Способ регулирования силовых электрогидравлических следящих приводов и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >705418 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050875 (2! ) 2162857/18-24 с присоединением заявки ¹

{23) Приоритет (5 ) „г а 0 В 11/З6

Государственный комитет

СССР

Il0 делам изобретений и открытий

Опубликовано 251279. Бюллетень Н9 47 (53) УДК 621-525 (086.8) Дата опубликования описания 2512.79 (72) А Р С.Г. Векшин, Ю.В. Илюхин, В.Ф. Казмирецко, В .И. Лобачев,.

HSO6pOTOHH$I А.P. Меркушев, Г.В. Письменный и И.В. Прокофьева (71) ЗаяВИтЕЛЬ Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного

Знамени высшее техническое училище -имени Н.Э.Баумана (54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ ПРИВОДОВ

Изобретение относится к области силовых следящих объемных приводов

;(СП) широкого назначения, например машиностроительного, которые получают энергию от автономных источников энергии, ограниченной мощности.

Преимущественная область использования предлагаемого изобретеиия - силовые СП, работающие от приводных двигателей (ПД) ограниченной мощности в конструкциях с жесткими требованиями к весу и габаритам системы.

Примером применения могут служить системы гидропроводов промышленных роботов или объемные гидроприэоды большой мощности, управляющие положением различных объектов регулирования, установленных на автономных транспортных устройствах с системами .электрического питания ограниченной мощности и общим приводным двит ателем.

Известны системы автоматического управления, в которых логическое устройство формирует корректирующий сигнал в те интервалы времени, когда не совпадают знаки скорости и входного сигнала двигателя. Логическое устройство затем сдвигает этот сигнал на некоторый промежуток вре- 30 мени и отключает сигнал ошибки при- вода. В данной системе не формируется и не используется сигнал момента силовой части и отсутствует предельный сигнал, что не позволяет реализовать замену входного сигнала на предельный. Хотя в системе и реализуется операция замены сигналов, но эта замена осуществляется на нулевой сигнал, а не на предельный, который может иметь и ненулевые значения, и замена сигналов происходит не в те моменты времени, когда входной сигнал превышает по модулю предельный сигнал fl).

Известные способы построения силовых СП основаны на применении источников энергии, мощность которых выбирается в соответствии с ее максимальным, возможным в переходном или установившемся процессе,. значением.При этом не учитйвают ряд особенностей работы мощных объемных СП с различного рода приводными двигателями (газотурбинными двигателями внутреннего сгорания или комбинированными источниками энергии) существенно ограниченной мощности. Эти осо-! бенности заключаются в том, что в процессе эксплуатации систем, в зави7054 18 ! симости от выбранного режима работы,i ствительный сигнал управления силовой обьяно цеобходимо получение либо мак- частью на предельный при условии, что симальной возможности скорости испол- первый из указанных сигналов превышанительйого- устройства при действии ет второй по модулю. неэйачительных развиваемых моментов Обычно. устройство для Формирования нагрузки, либо максимального момента 5 сигнала управления силовой частью нагрузки при скоростях, близких к измерения ее момента содерЖит опе-, нулевому значению. При этом ПривоД" . РаЦионный усилитель с диодным ограной двигатель, позволяющий лолучить ничителем типа ™насыщение, соеуказанные режймы работы силового CII диненный с механизмом управления, может иметВ уровень мощности значи- 0 который подключен к гидроприводу с тельно меньше предельно возможного ; . установленным на выходе датчиком давзначения и скорости слежения. Од- ления, и приводной двигатель насоса, нако эта особенность силовых СП не : гидропривода (2). может быть использована без реализа- . Для Реализации предложенного спо .цик специальных способов ограничения g Фоба описанное устройство дополнительмощности реакции СП и ПД.: При жест-, но содержит умножитель, усилители и ки» требованиях к габаритам и весу .мостовой диодный выпрямитель, к одной конструкций применение менее мощных ., " из диагоналей которого подклеен даты более экономичных ПД при перегруз- чик давления, а другая диагональ соеке ведет к воэможности появлейия фун- дийена со входом умножителя, охваченкциональиых отказов систеыд силового 0 кого отрицательной обратной связью, СП (в, случае использования ra3oTyp- с первым усилителем, подключенным к бииного двигателя в качестве привод- каналу- сигнала уровня ограничения мойого сгорание рабочих лопаток при по- мента приводного двигателя, причем .ниженки скорости под нагрузкой; пере» .:выход первого усилителя через второй ход на неустойчивый режим .работы в 5 и третий усилители подключен к диодасинхронных ПД и т д ) . .ному ограничителю типа насыщение .

Наиболее близким к изобретению Положительный .эффект достигается

:техническим решением является спо- введением в схему силового сп нелиней соб РегулйрОвания силовых электрогид- ной обратной связи и взаимодействую равлических следящих приборов цутем 30 щего с ней управляющего устройства в формирования сигнала управления сило- прямой цепи СП, корректирующих сиг вой "Мастью к измерения мбмента "скло- . нал управления гидроприводом в эавивой части. Этот способ относится к сис- симости от развиваемого момента на вы темам, работающим от приводного дви- ходе системы. Эффект ограничения могателя и характеризуется гидромехани- 35 мента реакции силовой части на при- ческой линейной обратной связи по мо- водной двигатель достигается за счет менту"гкЩюпривода, уменьшающей значе- :автоматического вычисления допустимонке"=угла"ограничения поворота люльки : го входного сигнала силовой части насоса, что ограничивает расход рабо- гкдропривода, который формируют в зачей жидкостИ (2). 40 вискмостк от требуемого уровня огра. Однако данный способ обладает ря- : ничения и который пропорционален обцом недостатков,в том,4исле сложностью ратной величине модуля момента, разего реализации прй раз1 аботке совре- . виваемого гидродвкгателем. В соотм@нных Силовых гидравлических СП в. ветствии с этими автоматически устарежиме высоких давлений (до 320 атм), 45 навливается желаемый уровень огранинеточйостью стабилизации мощности к чения сигнала на входе механизма отсутствием возможности регулирова- управления гидроприводом.

НИЯ УфОВКЯ ОГРаничейкя моЩностй в. . Сущность способа РЕгулирования по йроцеСсе работы, невозможностью при- ясняется чертежами. менения в СП с другим типом его си- На фиг. 1 представлена реализующая ловой части. разработанный. способ регулирования . Цель настоящего изобретейия состо- схема силового СЙ; на фиг. 2 — фрагкт в повышении точности и надежности мент схемы устройства с операционным регулирования путем разработки спосо» усилителем; иа.фиг. 3 — полная схема бе коррекции, позволяющего существен- устройства. но ограничить мощность, потребляемую 55 Структурная схема, реализующая

От приводного-.двигателя . " — способ, содержит усилительное устройПоставленная цель достигается тем, ство 1, механизм управления 2 гидрочто формируют Сигнал, пропорциональ- привода объемного регулирования 3, ;,ный модулю измеренного момента скло- приводйой двигатель 4, датчик давлевой части, вычисляют предельную ве- 60 ния 5, мостовой диодный выпрямитель личину сигнала управления силовой час 6 умножитель 7, диодный ограничител тью по сигналу уровня ограничения мо- типа насыщение 8. На фигурах такмейта йркводного двигателя и сигналу, же показаны: операционный усилитель дропорциональному модулю измеренного 9, диоды 10 и ll, усилители 12, 13 момента силовой части, и заменяют дей-е5 и 14, резисторы 15 и 16 (Фиг. 2).; на7054 18 сос 17, гидродвигатель 18, блоки 19 и 20 умножителя, редуктор 21, датчики положения 22 и 23.

Способ регулирования включает в себя следующие операции: измерение момента m силовой части датчиком дав- 5 пения 5; формирование в элементе 6 сигнала, пропорционального модулю m силового момента, развиваемого силовой частью; вычисление элементом 7, предельной величины сигнала управления силовой частью е» как частного

От деления сигнала уровня момента силовой части реакции на приводной цвигатель В на модель момента (при формировании) путем замены сигнала с помощью элемента 8 и механизма управления 2 на входе силовой части сигнала В» при условии, что действительная величина сигнала управления

:силовой частью превышает предельную, .то есть при е )е, и сигнала е при невыполнении этого условия,то есть при е < е».

Прн действии на входе силовой части rU сигнала е» выполняется гранич- ное условие отсутствия перегрузки приводного двигателя 4 по моменту реакции R R, причем непрерывное выполнение условия е «» е гарантиру ет ограничение мощности, потребляе в, 30 мой ГИДРОПРиВОДОм )Я«б,.щ

/м!

Предлагаемый способ регулирования, с целью повышения функциональной надежности и упрощения настройки привода, реализуется при вклниении в цепь З5 ошибки СП в качестве элемента 8 перед механизмом управления 2 операцйоннОго усилителя с ограничением типа . .насыщения, уровень которого автоматически изменяется пропорционально 40 предельной величине сигнала управления силовой частью. Эта величина вычисляется элементами корректирующей обратной связи, состоящей из после« довательно соединенных устройств, 45 формирующего модуль сигнала датчика давления, и умножителя. Сигнал Датчика давления дает информацию о моменте СП, а выходной сигнал умиожителя

Я едставляет собфй частное от деления постоянного по величине сигнала, пропорционального сигйалу уровня ozраничения момента силовой части реакции СП, на сигнал, пропорциональный модулю момента силовой части. Эффективность регулирования будет более высокой при большем по сравнению с силовой частью быстродействии механизма управления.

Принципиальным является то, что учитываетоя взаимодействие гидроцри- 60 вода с источником энергии и ограничивается не момент силовой части в, а момент на валу приводного двигателя

R. Момент силовой части определяется нагрузкой гидропрнвода. В режиМе Я ограничения момента приводного двигателя изменяется положение регулирующего органа насоса е по закону:

Ro (е е =

Ф

Jmj где Ro — уровень ограничения момента приводного двигателяу е» вЂ” предельное значение угла по.ворота регулирующего органа.

В силу этого момент на валу приводного двигателя R = em оказывается ограниченным: R ,В .с е+n =

t ml что и позволяет исключИть перегрузки источника энергии (приводного двигателя) и обеспечить достижение поставленной цели.

В предлагаемом устройстве эффект ограничения момента реакции достигается (фиг, 2) при охвате части элемента. 8 по фиг.l обратной связью, содержащей операционный усилитель 9 с обратной связью,- состоящей из двух диодов 10 и ll и трех усилителей 12, 13 и 14 °

Такая обратная связь является извест-. .ным диодным ограничителем выходного сигнала операциойного усилителя ° Особенность ограничителя заключается в наличии дополнительных усилителей,. два из которых — 12 и 13 - являются . суммирующими буферами,а третий — 14— инвертирующим. Общая точка усилителя ...

9 и встречно включенных диодов 10 и

11 подключена к суммирующей точке,а противоположные. точки диодов подключены к выходам усилителей 12 и 13.На входы этих усилителей подается выходной сигнал операционного усилите ля УВЫ и опорное напряжение U,соот;ветствующее сигналу уровня ограниче .ния К .На один из буферных усилителей опорное напряжение 0 подается. через усилитель 12.Ïîëÿðíoñòü опооного.напряжения такова, что при отсутствии сигнала U äèîäû заперты. Обратные связи, охватывающие через диоды операционный усилитель, являются отрицательными. Это достигается, в частности, при использовании усили- телей 12 и 13, не изменяющих фазу,, входного сигнала, например эмиттерных повторителей.

Если выходное напряжение 0Вы меньше опорного напряжения 0О по модулю, то диоды заперты, и операционный усилитель имеет коэффициент передачи, определяемый величинами сопротивлений резисторов 15 и 16, стоящих на входе и в обратной связи. Когда под влиянием возрастающего входного напряжения, напряжение на выходе достигает абсолютной величины значения опорного напряжения, один,из диодов будет открытым, а коэффициент передачи усилителя резкО уменьшается. В этом случае, с достаточной для практики точностью, выходное напряжение можно

7054 18

Формула изобретения

10 й15 считать постоянным и равным опорному напряжению. Формируемое корректирующей обратной связью привода переменное опорное напряжение, благодаря наличию буферных усилителей, дийамически изменяет уровень ограничения выходного сигнала усилительного .устройства. Полученный таким образом ограничитель в цепи ошибки привода позволяет структурно изобразить усилительное-устройство СП в виде формирующего элемента, показанного на фиг. 3. Функ циональная схема устро ства реализации предложенного спосо5а регулирования, изображенная на Фиг. 3, содержит: механизм управления 2, силовую часть гидропривода объемного регулирования 3, включающего в себя насос 17 и гидродвигатель

18, приводной двигатель 4,.датчик давления 5, формирующий модуль элемент б, умножитель 7, включающий в себя блок 19 и 20, элемент 8, редуктор 21, дающий и принимающий датчики положения 22 и 23, выделяющие ошибку СП Е, R Π— сигнал,. несущий информацию об уровне ограничения" момента реакции ГП на ПД, и f3 и а(.— углы поворота входного и выходного валов привода соответственно.

Принцип действия данного устройства соответствует описанию порядка действий в предлагаемом способе ограничеййя мощности приводного двигателя в системе ЭГСП.

Предлагаемый способ и устройство, его реализующее, получили проверку пр пбмощи моделирования на ABM. Характе рен результат проверки в наиболее тяжелом режиме отработки ступенчатого входного сигнала большой величины обратной связи. Применение данного способа позволяет ограничивать потре ление.мощности приводного двигателя в системе ЭГСП на определенном уровн

Ошибки системы, вызванные наиболее тяжелйм для системы ступенчатым воздействием входного сигнала, кратко времеййы H обусловлены инертностью механизма управления.

Использование нового способа — or раничения мощности приводного двигателя в системе ЭГСП - выгодно отличает предлагаемый силовой СП от известных решений, так как позволяет существенно ограйичить мощность,. потребляемую от приводного двигателя ограниченной мощности и,.таким

Ьбразом, исключает возможность Функ.

Мконального отказа системы.

Использование новых структурных элементов к корректирующей цепи позволит значительно повысить функциональную надежность силового СП без применения силовых:,стабилизаторов,и различного рода силовых преобразо вателей энергии, увеличивающих вес и габариты системы, что в свою очередь увеличивает сферу применения

ЭГСП, конструкции которых будут более надежны и экономичны.

1. Способ регулирования силовых электрогидравлических следящих приводов путем формирования сигнала yriравления силовой частью и измерения момента силовой части, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности и надежности регулирования, формируют сигнал, пропорциональный модулю измеренного момента силовой части, вычисляют предельную величину сигнала управления силовой частью по сигналу уровня ограничения момента приводного двигателя и сиг налу,пропорциональному модулю измеренного момента силовой части,и заменяют действительный сигнал управ ления силовой частью на предельный лри условии,что первый из указанных сигналов превышает второй по модулю.

2. Устройство для реализации способа по п. 1, содержащее операцион30 ный усилитель с диодным ограничителем типа насыщение, соединенный с механизмом управления, который

:.подключен к гидроприводу с установленным на выходе датчиком давления, и 35 и приводной двигатель насоса гидропривода, отличающийся тем, .что, с целью повышения точности и надежности устройства, оно со,держит умножитель,усилителй и мостовой диодный выпрямитель,к одной из б диагоналей которого подключен датчик давления,а другая диагональ соединена е, со входом умножителя, охваченногб отрицательной обратной связью с пер45 вым усилителем, подключенным к каналу сигнала уровня ограничения момен" та приводного двигателя, причем выход первого усилителя через второй и третий усилители подключен к диодному. ограничителю типа насыщение

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сб. Нелинейные корректирующие устройства в системах автомати55 ческого управления . Под. ред. профессора Ю.И. Топчиева. И.,"Машиностроение", 1971, с. 18, 2. Кулагин A.Â., Денисов Ю.С. и др . Основы теории и конструирования

60 объемных гидропередач. M.,"Bûñøàÿ школа", 1968, с. 34, рис. III.2 (прототип) .