Устройство для управления ревер-сивным приводом

 

Союз Советски»

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (б1) Дополнительное к авт.. свкд-ву— (22) Заявлено 06. 04.77 (21) 2472687/24-07 (-1) М Кл с присоединением заявки ¹â€”

G 12 В 3/06

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано230181. Бюллетень ¹ 3 (5З) М)(62-501.14 (088.8) Дата опубликования описания 26. 01. 81 (72) Авторы изобретения

Ж.Я.Кравченко, В.Г.Власов и Ю.Б.Родионов (71) Заявитель

Новосибирский институт инженеров водного транспорта (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ПРИВОДОМ

Изобретение относится к автоматическому управлению реверсивным приводом с несамотормозящей механичес-, кой передачей (паровые машины, вы--. сокомоментные гидромоторы, электрические машины) и может быть использовано для точного измерения или задания силы (момента) на исполнительном органе.

Общеизвестны автоматизированные приводы, в которых автоматическое регулирование происходит по косвенным величинам. При непрерывной ра" боте таких установок сила трения их механической части является хотя и переменной, но вполне определенной и поведение установки полностью предсказуемо, т.е. возможно построениеточной математической модели работы привода. Поэтому для решения задач автоматизации привода применяются широко известные системы автоматичекого регулирования, в которых трудноизмеримые переменные состояния испол- 25 нительного органа (момент, сила и т.п. i заменяются соответствук ими переменными состояниями привода (ток,давление) .

В случае прерывистого режима работы привода, когда возможно оста,, 4. нсвленное состояние era "пбД нагрузкой, сила трения в пределах зоны трения покоя является неопределенной. Из.-за несоответствия переменных состояний исполнительного органа и гривода существующие системы автоматического регулирования в указанном режиме не всегда эффективны„ так как косвенное измерение переменных состояния исполнительного ор"ана по значениям аналогичных переменных состояния остановленной машины можно выполнить только с .точностью до сил трения.

Известно устройство для уничтожения трения покоя,в котором при помощи вибрационного механизма компенсируется трение покоя в шарикоподшипниках (11.

Недостатком его и годобных устройств является наличие знакопеременных колебаний перемещений в деталях, что требует затрат энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления реверсивным приводом, содержащее привод с . механической передачей, исполнитель.-. ный орган, автоматический регулятор

799022 силы привода и генератор колебаний.

Наложение дополнительных колебаний на силу привода компенсир,ет зону неопределенности сил трения покоя, что позволяет повысить точность измерений в этом устройстве (2j.

Однако при этом ухудшаются динамические и энергетические характеристики устройства,.

Цель изобретения — улучшение динамических и энергетических характеристик устройства.

Цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным приводом с механической передачей, содержащее исполнительный орган, автоматический регулятор силы привода и генератор колебаний, введены датчики силы привода и перемещения исполнительного органа, вычислительное устройство, блоки усреднения силы привода и выключения колебаний, 20 измерительный прибор и задатчик.

Причем выход датчика силы привода соедйнен с первым входом автоматического регулятора силы привода и входом блока усреднения, выход которого соединен с входом вычислительного устройства, соединенного выходами с измерительным прибором и первым входом генератора колебаний, второй вход которого через блок выключения колебаний соединен с выходом автоматического регулятора силы привода, соединенного вторым входом с выходом генератора колебаний, а третьим через дополнительно введенный переключатель с выходами задатчика и датчика перемещений..

На фиг. 1 показана блок-схема устройства для управления реверсивным приводом, на фиг. 2 — графики обобценных сил и колебаний. 40

Устройство содержит привод 1 с механической передачей и исполнительный орган 2, К приводу присоединен автоматический регулятор 3 силы привода, входы которого связаны с датчиком 4 силы привода и через переключатель 5 с датчиком перемещения или задатчиком 6. Датчик 4 силы привода соединен с приводом, а датчик 7 перемещения — с исполнительным органом. К автоматическому регулятору 3 подключен генератор S колебаний, один из входов которого через последовательно соединенные вычислительное устройство 9 и блок 10 усреднения силы привода соединен с датчиком 4 силы привода, другой через блок 11 выключения колебаний соединен с выходом автоматического регулятора. К вычислительному устройству 9 подсоединен измерительный прибор 12. 60

На фиг. 2 показана зона трения по.коя в системе координат М и где М - обобщенная сила привода; — обобщенная сила исполнительного органа, линия А — граница фак. ического трогания в положительном направлении (ход машины вперед ) . линия  — фактическая граница трогания в противоположном направлении (ход машины назад), прямая Н нейтральная линия, на которой сила трения (момент трения) равна нулю, т.е. М„=л„

Зона, ограниченная линиями А и В, является зоной трения покоя (определяется экспериментально). Отрезки 13-14, 15-16, 17-18 — некоторые характерные горизонтальные отрезки зоны трения покоя при значениях в точках 19 и 2 и при нулевом значении Q . .Точки 21,22 и 23 — средние точки горизонтальных отрезков.

И1 4™2 М у 1Ъ = 0 5 { М14 ®q y)

В рассматриваемом частном случае зона трения покоя симметрична относительно начала координат и средняя точка 23 совпадает с точкой О.

Точки., находящиеся посередине горизонтальных отрезков, например 21, 22 и 23, названы средними точками, а их геометрическое место — линия

С вЂ” названа средней линией. Точки, находящиеся на пересечении горизонтальных отрезков с нейтральной линией Н, например 24,25 и 0 нейтральные точки. д — поправка, равная приращению силы привода в .нейтральной точке относительно. средней точки одного горизонтального отрезка,напримеб для отрезка

13-14 Д = М4- М . а и b — линии трогания задаваемой эоны трения покоя (аналогичны А и В).

На фиг. 2 показаны также графики прямоугольных колебаний 26 и 27 результирующей силы в зависимости от времени с с постоянными амплитудами, равными половине горизонтальных отрезков 17-18, 13-14, зон трения относительно средних точек 23 и 21 соответственно. График прямоугольных колебаний 28 соответствует частичной компенсации трения покоя в отрезке 15-16 относительной средней точки 22 и относительно точек

29 и 30.

Устройство может работать как в режиме точного измерения силы исполнительного органа, так и в режиме точного ее задания. Возможен режим частичной компенсации трения покоя, зона трения покоя произвольно сужаегся в требуемых пределах.

Система в режиме измерения работает следующим образом.

Если машина находится в остановленном состоянии под нагрузкой, то при изменении М„-,Q „ в границах эоны трения A-В,т.е. например 1718-31-3?, трсгания не происходит.

Если в этот момент включить автомаческий регулятор 3 и с помощью гене" ратора 8 колебаний подать на его

799022 вход колебания 26, амплитуда которых равна половине горизонтального размера зоны трения покоя а=М18 =/Мл7/ (фиг. 2), то при М -) 0 результирующая сила периодически выходит за границу А, т.е. установка периодически трогается в положительном на5 правлении с частотой наложенных колебаний, М с — координата средней точки горизонтального сечения. При

Мс-Q(0 аналогично происходит пери- о одическое трогание привода в противоположном направлении. Очевидно, что при М -Q=O трогания не.происходит.

Сигнал о трогании с помощью датчика 7 перемещения через переключатель 5 подается на вход автоматичес- 15 кого регулятора 3, который, воздействуя на привод, уменьшает или увеличивает M„ до тех пор, пока точка (М„, 0,) не выйдет на среднюю линию С, в этот момент машина оста- gQ навливается. Требуемая амплитуда колебаний задается с помощью вычислительного устройства 9 в зависимости от сигнала M . получаемого от дат1) чика 4 силы через блок 10 усреднсния силы, представляющего собой фильтр низких частот. На измерительный прибор 12 от вычислительного устройства

9 подается усредненное во времени значение силы М„ с учетом поправки <1

В момент остановки привода показания прибора соответствуют Мс 1-с(=Мн т.е. точке, лежащей на неитральной линии, где M =О,;

Н

Таким образом, по показаниям М можно установить значение Q, С воз- З5 растанием Q (сила на исполнлтельном органе имеет случайную составляющую) автоматически, как было указано выше, возрастает сила привода М и одновременно на вход автоматическо- 40 го регулятора 3 через цепочку: датчик

4 силы, блок 10 усреднения силы, вычислительное устройство 9, генератор

8- колебаний подаются колебания,. амплитуда которых возрастает в соответствии с увеличением горизонтального размера зоны трения покоя. Например, при Q = Q, амплитуда а=М 4 -M „ . Ав "окатический регулятор

3 увеличивает М до тех пор, пока точка (И„.,n„) не выйдет на среднюю линию. В этот момент установка перестает трогаться и прибор 12 показывает значение М =Q

Датчик 7 перемещения необходим для автОматическОй ОстанОвки MBZBHHческой системы. Когда переключатель

5 соединяет автоматический регулятор

3 с датчиком 7, установка работает в режиме измерения силы исполнительного органа.

Если в рассматриваем и на фиг.1 схеме переключателем 5 к входу автоматического регулятора 3 присоединить задатчик 6, установка будет рабо- у тать в режиме задания силы исполнительного органа.

Работа установки в режиме задания, в отличие от работы в режиме измерения, может быть эффективйа только в том случае, когда существует составляющая силы, зависящей от перемещения, например в лебедках, Здесь при превышении нагрузки лебедка "потравливает" трос и этим уменьшает нагрузку до заданной величины.

Причем "потравпивание" троса происходит весьма экономно, так как обеспечивается высокая точность эа счет исключения зоны трения покоя.

Очевидно, могут быть случаи, кorда согласно техьологическому процессу нужен только режим задания или только режим измерения, например для лебедок (боковых) траншейного землесоса.или для крана, взвешивающего груз. В первом случае иэ схемы на фнг. 1 могут быть Hñl<ëþ÷åíû дат=их 7 перемещений и переключатель 5, а эацатчик 6 . непосредственно присоединен к входу автоматического регулятора 3. Во втором случае можно и<;ключить из схемы задатчик 6 и переключатель 5,а датчик 7 соединен с входом. автоматического регулятора 3.

Блок 11 выключения колебаний в любом случае служит для выключения генера« тора 8 колебаний в режиме непрерывного вращения машины, когда определенность трения исчезает.

Практически <асто возникает задача сужения зоны трения покоя, так как полное ее исключение вызывает автоколебательные процессы в автоматизированном приводе. Для этого, воздействуя на вычислительное уотройство 9 корректирующим сигналом, можно уменьшить степень компенсации: отношение амплитуды колебаний а к половине горизонтального размера зоны трения покоя — Ь. О (o /ll)< I при q/Ü = Π— режим нулевой компенсаL;HH

afb =1 — режим полной компенса- ции.

На графике 28 (фиг.2) показан случа 70%-ной компенсации q/Ü = О 7

<Пусть „ находится в окрестности то < 20- если м1 ) ммл1 7 Оэъ, то результирующая сила М1 + а йериодически выходит за границу А, т.е. установка периодически трогается в положительном направлении.,При

М - М . Q,< 0 аналогично происхос лэ „ м дит трогание в противоположном напр влении. B cJiywae M,9(М с М, 0 0

Я., и шина останавлйвается. При работе установки в режиме изменения сигнал перемещения исполнительного органа 2 датчиком 7 через переключатель 5 подается на вхоц автоматического регулятора 3, который, воздействуя на привод 1, уменьшает или уве799022 личивает M Ä. до тех пор, пока точка (M, Q„.) не войдет в зону, ограниченную лйниями а-b, В этот момент происходит остановка привода.

При работе установки в режиме задания односторонние перемещения исполнительного органа приводят к изменению его силы Q и к автоматической остановке машины при значении силы исполнительного органа, равной заданной на задатчике 6, с точностью до ширины зоны à-b. Например, натяжение троса зависит от угла поворота барабана лебедки и при периодическом изменении угла поворота в сторону, например наматывания сила Q увеличивается. Когда точка (M„;Q; )вхо- 15 дит в зону, ограниченную линиямй а-b, система останавливается.

При изменении М .0.„ амплитуда колебаний, задаваемая с помощью вычислительного устройства 9 в зави- Щ симости от сигнала и . и корректи1 рующего сигнала, уменьшается пропорционально выбранной степени компенсации С1!b = O,7

Таким образом, в зависимости от корректирующего сигнала, т.е. от степени компенсации а/Ъ, можно задать в пределах фактической зоны

А-В любую ширину требуемой зоны трения покоя à-b- В более общем случае, введя в вычислительное уст.ройство программы изменения корректирующего сигнала, можно задать любую конфигурацию зоны трения покоя в рамках фактической, что позволяет оптимизировать выбор параметров динамической системы по точности и . демпфирующим характеристикам.

Предлагаемое устройство может быть использовано в автоматизированном приводе оперативных лебедок зем- 4О снарядов. Кроме того, оно может быть применено в натурных аэрогидродинамических испытаниях для измерения сил и моментов на рулях или сил сопротивления, в том числе и при испытаниях в аэрогидродинамических трубах. Его можно использовать для взвешивания грузов непосредственно при перегрузке их подъемными кранами.

Формула изобретения

Устройство для управления реверсивным приводом с механической передачей, содержащее исполнительный орган, автоматический регулятор силы привода и генератор колебаний, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических и энергетических характеристик устройства, в него введены датчики силы привода и перемещения исполнительного органа, вычислительное. устройство, блоки усреднения силы привода и выключения колебаний, измерительный прибор и задатчик, щ ичем выход датчика силы привода соединен с первым входом автоматического регулятора силы привода и входом блока усреднения,.выход которого соединен с входом вычислительного устройства, соединенного выходами с измерительным прибором и первым входом генератора колебаний, второй вход которого через блок выключения колебаний соединен с выходом автоматического регулятора силы привода, соединенного вторым входом с выходом генератора колебаний, а третьим — через дополнительно введенный переключатель — с выходами задатчика и датчика перемещений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР

9 186182, кл. С 01 М 13/04, 1966.

2.Авторское свидетельство .СССР

9 285267, кл. F 16 С 39/06, 1970.