Устройство для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода

 

петен нс те м-., с;сидя б флиоте .в hA Q А

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А ЙИ E

ИЗОБРЕТЕНИЯ («765960

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13pg78 (21) 2663092/24-07 (51)М. Кл.З

Н 02 P 5/06 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 230980. Бюллетень № 35

Дата опубликования описания 02. 10.8p (З) УД 621. 313. .2-58(088.8) (72) Автор изобретения

В.Я.Ткаченко

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженерностроительный институт им. В.В.Куйбышева (71) Заявитель (54) УстРОЙстВО ДлЯ РеГулиРОВАниЯ мОментА

НАГРУЗКИ В УПРУГОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Изобретение относится к электроприводам, а именно к устройствам для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода, и может быть применено в электроприводах прокатных станов, бумагоделательных и горных машин, испытательных стендов.

Известно устройство для регулирования момента упругой механической связи электропривода, содержащее регулятор момента нагрузки в этой механической связи, включенный между регулятором частоты вращения двигателя и регулятором момента двигателя, и подключенные ко входу регулятора момента нагрузки датчик этого момента нагрузки и датчик его производной P).

Недостатком этого устройства является малая динамическая точность регулирования, определяемая повышенной инерционностью контура регулирования вследствие наличия непрерывной гибкой обратной связи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода, содержащее включенный между выходом регулятора

5 частоты вращения двигателя и входом регулятора момента двигателя регулятор момента нагрузки в упругой механической связи с подключенным к его входу датчиком момента нагрузки, а также блок дифференцирования, включенный между выходом датчика момента нагрузки и входом регулятора момента двигателя Г21.

НедосТатком этого устройства является ограниченная динамическая точность регулирования момента нагрузки; вызываемая медленным уменьшением рассогласования по моменту нагрузки, неизбежным в данном уст2О ройстве для уменьшения перерегулирований этого момента нагрузки.

Цель изобретения - повышение динамической точности регулирования момента, нагрузки в упругой механической связи электропривода.

Это достигается тем, что устройство для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода, содержащее последовательно включенные регулятор

765960 частоты вращения двигателя, регулятор момента нагрузки в упругой механической связи и регулятор момента двигателя и подключенный ко входу соответствующего регулятора . датчик момента нагрузки, снабжено двумя элементами сравнения, нелиней ным элементом с параболической характеристикой, пропорциональным звеном с регулируемым передаточным коэффициентом, блоком выделения мо» дуля, причем два входа первого элемента сравнения подключены к выхо" дам регулятора частоты вращения и датчика момента нагрузки, а его выход через нелинейный элемент с параболической характеристикой подключен ко входу регулятора момента нагрузки в упругой механической, связи.электропривода, два входа второго элемента сравнения подключены к выходам регулятора момента нагрузки в.упругой механической связи электропривода и датчика момента двигателя, а его выход подключен ко входу регулятора момента двигателя через пропорциональное звено с регулируемым передаточным коэффициентом, вход регулирования передаточного коэффициента которого соединен через блок выделения модуля с выходом первого элемента сравнения, кроме того, датчик момента нагрузки в упругой механической связи электропривода выполнен в виде операционного усилителя с T-образным RC-фильтром в цепи его обратной связи, первого суммирующего усилителя с тремя входами и блоком ограничения в цепи его обратной связи и второго суммирующего усилителя с четырьмя входами, причем три входа первого суммирующего усилителя подключены соответственно к выходам датчика частоты вращения двигателя, датчика момента двигателя и второго суммирующего усилителя, четыре входа которого подключены к выходам первого суммирующего усилителя, датчика момента двигателя, датчика частоты вращения двигателя и операционного усилителя с

T-образным RC-Фильтром в цепи его обратной связи, вход которого соеди" нен с выходом датчика частоты вращения двигателя.

Достижение указанного эффекта обеспечивается также выполнением пропорционального звена с регулируемым передаточным коэффициентом в виде управляемого резистора, выполненного по структуре металл-диэлектрик-полупроводник, и трех линейных резисторов, причем сток и и сток управляемого резистора и два йсоединенных последовательно линеных резистора включены между входом и выходом пропорционального зве на с регулируеьим передаточным коэффициентом, вход регулирования передаточного коэффициента которого подключен между затвором управляемого резистора и общей точкой двух указанных линейных резисторов, которая через третий линейный резистор соединена с подложкой управляемого резистора.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для регулирования

® момента нагрузки в упругой механической связи электропривода; на фиг. 2 — схема датчика момента нагрузки в упругой механической связи электропривода; на фиг. 3 — схема пропорционального звена с регулируемым передаточным коэффициентом.

Двигатель 1 питается от преобра-зователя 2, вход которого соединен с выходом регулятора 3 момента двигателя, ко входу которого подключен

2Q датчик 4 момента двигателя, а вход регулятора 5 частоты вращения двигателя соединен с выходом датчика б,частоты вращения двигателя.

Устройство для регулирования мо д мента нагрузки в упругой механической связи электропривода содержит включенный между выходом регулятора

5 частоты вращения двигателя и входом регулятора 3 момента двигателя регулятор 7 момента нагрузки в упругой механической связи с подключенным к его входу датчиком 8 момента . нагрузки, два элемента сравнения 9 и 10, нелинейный элемент 11 с параболической характеристикОй, пропорциональное звено 12 с регулируемям передаточным коэффициентом, блок выделения модуля 13, причем два входа первого элемента сравнения

9 подключены к выходам регулятора

40 частоты вращения 5 и датчика момен та нагрузки 8, а его выход через нелинейный элемент 11 с параболической характеристикой подключен ко входу регулятора 7 момента на4 грузки в упРугой механической связи электропривода, два входа второго элемента сравнения 10 подключены к выходам регулятора 7 момента нагрузки в упругой механической связи электропривода и датчика 4момента двигателя, а его выход подключен ко входу регулятора 3 момента двигателя через пропорциональное звено 12 с регулируеьым.передаточным коэффициентом, вход регулирования передаточного коэффициента которого соединен через блок выделения модуля 13 с выходом nepsoro элемента сравнения 9.

Датчик 8 момента нагрузки в упруд) гой механической связи электропривода (см. фиг. 2) выполнен в виде операционного усилителя 14 с Т-образным ВС»фильтром 15 в цепи его обРатной связи, первого суммирукщегЬ усилителя 16 с тремя входами и бло765960

15

30

40

50

d0 ком ограничения 17 в цепи его обратной связи и второго суммирующего усилителя 18 с четырьмя входами, причем три входа первого суммирующего усилителя 16 поключены к выходам датчика 6 частоты вращения двигателя Ф, датчика 4 момента двигателя Ид и второго суммирующего усилителя 18, четыре входа которого подключены к выходам первого суммирующего усилителя 16, датчика 4 момента двигателя Ид, датчика 6 частоты вращения двигателя Ф и операционного усилителя 14 с T-образным RC-фильтром в цепи его обратной связи, вход которого соединен с выходом датчика 6 частоты вращения двигателя.

Пропорциональное звено 12 с регулируемым передаточным коэффициентом (см. Фиг. 3) выполнено в виде управляемого МДП резистора 19 (со структурой металл-диэлектрикполупроводник) и трех линейных резисторов 20, 21 и 22, причем сток и исток ИДП резистора 19 и два соединенных последовательно линейных резистора 20 и 21 включены между входом 23 и выходом 24 пропорционального звена 12 с регулируемым передаточным коэффициентом, вход

25 регулирования передаточного коэффициента которого подключен между затвором ИДП резистора 19 и общей точкой двух указанных линейных резисторов 20 к 21, которая через третий линейный резистор 22 соедийена с подложкой ИДП резистора 19.

Устройство работает следующим образом..

С помощью первого элемента сравнения 9 осуществляется сравнение фактического и заданного значений момента нагрузки в упругой механической связи.электропривода, характеризуемых сигналами с выходов датчика 8 нагрузки и регулятора 5 частоты вращения двигателя соответственно. При наличии рассогласования момента нагрузки Му.выходной сигнал первого элемента сравнения

9 через нелинейный элемент 11 с параболической характеристикой поступает на вход регулятора 7 момента .нагрузки, складывается с основным задающим сигналом, поступающим с выхода регулятора 5 частоты вращения двигателя, и тем самым обеспечивает более быстрое уменьшение рассогласования момента, что способствует повышению динамической точности регулирования этого момента нагрузки. Благодаря параболи ческой характеристике нелинейного элемента 11 поступающий с его выхода на вход регулятора 7 момента нагрузки дополнительный сигнал растет быстрее, чем увеличивается рассогласование момента нагрузки, что повышает скорость уменьшения ошибки регулирования и благодаря чему также повышается динамическая точность регулирования.

Одновременно сигнал с выхода первого элемента сравнения 9 поступает на вход регулирования передаточного коэффициента пропорционального звена 12. Чем больше величина рассогласования момента нагрузки, т.е. чем больше выходной сигнал первого элемента сравнения 9, тем больше передаточный коэффициент пропорционального звена 12. Выходной сигнал второго элемента сравнения 10, пропорциональный разности заданного (с выхода регулятора 7 момента нагрузки) и фактического (с выхода датчика 4 момента двигателя) момента двигателя, поступает через пропорциональное звено 12 на вход регулятора 3 момента двигателя. Этот дополнительный сигнал добавляется к основному задающему сигналу с выхода регулятора 7 момента нагрузки и обеспечивает быстрое уменьшение ошибки регулирования, что повышает динамическую точность регулирования момента нагрузки. Особенно существенно влияние дополнительного сигнала на входе регулятора 3 момента двигателя в режиме, при котором регулятор 7 момента нагрузки находится в зоне насыщения.

По мере уменьшения рассогласования момента нагрузки уменьшается выходной сигнал первого элемента сравнения 9, вместе с ним уменьшаегся дополнительный сигнал, поступающий на вход регулятора 7 момента нагрузки через нелинейный элемент 11 с параболической характеристикой. Одновременно приближается к нулю передаточный коэффициент пройорционального эвена 12, вследствие чего уменьшается дополнительный сиг нал, поступающий на вход регулятора

3 момента двигателя.

При нулевом рассогласовании момента нагрузки, т.е. при нулевой ошибке регулирования этого момента нагрузки, оба дополнительных сигнала равны нулю.

Благодаря параболической характеристике нелинейного элемента 11 его коэффициент усиления в зоне малых рассогласований момента нагрузки близок к нулю, вследствие чего близок к нулю и дополнительный сигнал, поступающий на регулятор момента нагрузки, который при этом практически не изменяется в указанной зоне, что способствует плавной отработке малых ошибок регулирования момента нагрузки °

Укаэанное построение устройства для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи злектропривода обеспечивает быстрое

765960 где Mтр а м

К Тч

К (А -и ) ро, 4 т К М о61Я П (МЛ,-IA>) т ФМ

КмМт о 8"@и 1ф уменьшение ошибке регулирования, а при появлении ошибки вследствие управляющего или возмущающего воздействий на электропривод эффективное ограничение и снижение максимальных ошибок во время йереходного процесса, т.е. обеспечивается повышение динамической точности регулирования момента нагрузки.

В датчике 8 момента нагрузки в упругой механической связи электропривода сигнал на выходе второго суммирующего усилителя 18 определяется зависимостью вых18 1 м тр г м ь, з w

c3K

+ к Хчк,Щ+к т dt момент трения на валу двигателя, масштабные коэффициенты, коэффициент усиления и время упреждения операционного усилителя 14 с Тобразным RC-фильтром 15 в цепи его обратной связи, где М вЂ” максимальная величина момента трения.

При нулевой скорости двигателя сигнал на первом входе первого суммирующего усилителя 16 равен нулю, а сигналы, поступающие на его второй и третий входы с выходов датчика 4 40 момента двигателя и второго суммирующего усилителя 18, формируют на его выходе сигнал, определяемый первой или второй строчками укаэанной зависимости, при этом блок ограничения 17 обеспечивает ограничение выходного сигнала первого суммирующего усилителя 16 значением, соответствующим макс*мальной величине момента трения. При йулевбй скорости 50 двигателя выходной сигнал датчика

6 скорости двигателя поступает на первый вход первого суммирующего усилителя 16, коэффициент усиления по которому выбирается на порядок большим, чем по второму и третьему входам, благодаря чему выходной сиг- . нал первого суммирующего усилителя 16 будет достигать максимального значения, определяемого блоком ограничения 17 в соответствии с вы- 49 ражением, приведенным в третьей строчке указанной выше зависимости.

Описанное выполнение датчика 8 момента нагрузки в упругой механической связи электропривода обеспе— коэффициенты усиления втоК4, рого операционного усилителя 18 по первому — четвертому входам соответственно.

При выборе параметров схемы в соответствии с условиями

К.=К =1 К =К К -; К К К Т =К

Ъ J J 3 3 UU 3 М где у — момент инерции двигателя, выходное напряжение второго операционного усилителя 18 пропорционально моменту нагрузки в упругой механической связи электропривода

Подаваемые на три вхс ца первого операционного усилителя 16 сигналы с выходов датчика частоты вращения

6 (Кщ>ы ) датчика 4 момента двигателя (Кц, Мд) и второго суммирующего усилителя 18 (-К М ) обеспечивают формирование на его выходе сигнала, пропорциойального моменту трения на валу двигателя в соответствии с зависимостью чивает высокую точ . ь определения этого момента, что способствует повышению точности его регулирования.

Входной сигнал пропорционального звена 12 с регулируемым передаточным коэффициентом поступает на его вход 23 (см. фиг. 3) и проходит на его выход 24 через сопротивление между стоком и истоком управляемого МДП резистора 19. Напряжение, подаваемое <о входа 25 регулирования передаточного коэффициента пропорционального звена 12 на затвор МДП резистора 19, создает электрическое поле, изменение которого изменяет сопротивление между стоком и истоком ИДП резистора 19 и тем самым обеспечивает регулирование передаточного коэффициента пропорционального звена 12. Линейные резисторы 20 и 21 обеспечивают линеаризацию и симметричность характеристики пропорционального звена 12, а линейный резистор 22 расширяют диапазон регулирования и уменьшает чувствительность этого звена к внешним помехам, делая определенным по тенциал подложки МДП резистора.

Возможность плавного регулирования передаточного коэффициента пропорционального:звена 12 в широких пределах обеспечивает при такой реализации этого звена эффективное воз765960

10 действие на систему управления электроприводом в соответствии с описанным выше:принципом работы предложенного устройства, что способствует повышению динамической точности регулирования момента нагрузКИ.

Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение динамической точности регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода, что позволяет также уменьшить максимальные значения этих йагрузок и тем самым повысить надежность электромеханической системы электропривода, а также сократить время переходных процессов и тем самым повысить быстродействие электропривода. Предлагаемое устройство может применяться в электропринодах прокатных станов, блюмингов, бумагоделательных машин, экскаваторов, шахтных подъемников, драг, станков.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования момента нагрузки в упругой механической связи электропривода-, содержащее последовательно включенные регулятор частоты вращения, регулятор момента нагрузки н упругой механической связи и регулятор момента двигателя и подключенный ко входу соответствующего регулятора датчик момента нагрузки, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения динамической точности регулирования момента нагрузки, н не" го введены два элемента сравнения, нелинейный элемент с параболической характеристикой, пропорциональное звено с регулируемым передаточным коэффициентом, блок выделения модуля, причем два входа первого элемента сравнения подключены к выходаМ регулятора частоты вращения и датчика момента нагрузки, а его выход через нелинейный элемент с параболической характеристикой подключен ко входу регулятора момента нагрузки в упругой механической связи электропривода, два входа второго элемечта сравнения подключены к выходам регулятора момента нагрузки в упругой механической связи электропривода и датчик момента двигателя, а его выход подключен ко входу регулятора момента двигателя через пропорциональное звено с регулируемым передаточным коэффициентом, вход регулирования передаточного коэффициента которого соединен через блок выделения модуля с выходом первого элемента. сравнения.

2. Устройство rro rr. 1, ч а ю щ е е с я тем, что датчик момента нагрузки выполнен в виде операционного усилителя с.Т-образным ВС-фильтром в цепи его обг=тной связи, первого суммирующего усилителя с тремя входами и блоком ограничения в цепи его обратной связи и второго суммирующего усилителя с четырьмя нходами,,вЫход которого является выходом датчика, причем три входа первого суммирующего усилителя подключены соответственно к выходам датчика частоты вращения двигателя, датчика момента двигателя и второго суммирующего усилителя, Я) четыре входа которого подключены к выходам первого суммирующего усилителя, датчика момента двигателя, датчика частоты вращения двигателя и операционного усилителя с Тобразным RC-фильтром н цепи его обратной связи, вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя.

3. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что пропорциональное звено с регулируемым передаточным коэффициентом выполнено в виде управляемого резистора, выполненного по структуре металлдиэлектрик-полупроводник, и трех

З5 линейных резисторов, причем сток и исток управляемого резистора и два последовательно соединенных линейных резистора включены между входом и выходом пропорционального

gQ звена с регулируемым передаточным коэффициентом, вход регулирования передаточного коэффициента которого подключен между затнором управляемого резистора и общей точкой

45 двух указанных линейных резисторон, которая через третий линейный резистор соединена с подложкой управляемого резистора.

Источники информации, принятые но ннимание при экспертизе

1. Труды Московского энергетического института. Вып. 302, 1976, с. 32-36, рис. 1.

2. Системы регулирования автоматизированных электроприводон с упру 5 гимн звеньями механической части (аналитический обзор). Серия ТС-8, Электропривод. Комплектные устройства. Обзорная информация. М., "Информэлектро", 1977, с. 20, рис.10.

765960" фиа!

r к„м

АЗ

Составитель A.Ãîëîâ÷åíêî

Редактор В.Фельдман ТехредМ. Левицкая

Корректор C.щекмар

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Уягород, ул..Проектная, I

Заказ 652 у 5 Тираи 3

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, $-35, Раушская наб., д. 4/5