Способ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги и устройство для его осуществления

 

О П И С А Н И Е ()926747

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсник

Социапистичесиик

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву(22)Заявлено 13,05.80 (21) 2924331/24-07 с присоединением заявки М(23) ПриоритетОпубликовано 07.05 ° 82. Бюллетень,% 17

Дата опубликования описания 07. 05. 82 (5I)M. Кл.

Н 02 Р 5/00

9вударетквикы11 квыитет

СССР вю делам изввретеиий и вткрытий (53) УДК 621.316. . 718. 5(088. 8) (72) Авторы изобретения

Г.М.Левин, В.А.Очеретнюк и В ий

1 1

L . Ф

Всесоюзный научно-исследовательский институт ... электропривода (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИФУГИ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Недостатками известного устройст-. ва являются необходимость выполнения нелинейной градуировки задатчика скорости и невозможность формирования линейного во времени изменения величины перегрузки.

Цель изобретения — повышение безопасности испытаний путем обеспечения!

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электроприводами центрифуг, где регулируемым параметром является перегрузка. . Известен способ управления скоростью электропривода центрифуги, основанный на бесконтактном переключении числа пар полюсов многоскоростного асинхронного электродвигателя (1) .

Недостатками этого способа. является невозможность плавного регулирования величины перегрузки и формирования линейного во времени ее изменения.

Наиболее близким к предлагаемому является способ управления скоростью электропривода центрифуги, по которому непрерывно измеряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонение действительного значения скорости от заданного и регулируют его в сторону уменьшения

t21 .

Недостатком известного способа является невозможность формирования ли" нейного во времени изменения величины перегрузки.

Наиболее близким к предлагаемому устройству для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифуги, является устройство содержащее электродвигатель с тахогенератором на валу, подключенным к первому входу регуля" тора скорости, соединенного выходом с входом вентильного преобразователя, выход которого подключен к якорю электродвигателя 21.

3 92674 линейного во времени изменения перегрузки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления скоростью электропривода физиологической центри- 5 фуги, по которому непрерывно измеряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонение действительного значения скорости от заданного и регулируют его в сторону 10 уменьшения, дополнительно непрерывно измеряют величину действительной перегрузки, по заданной величине скорости изменения перегрузки определяют величину перегрузки, соответствующую нижней границе рабочей зоны, по формуле, 2...2

0 = 0.25 - — В= 5 н- A,Mn

20 где а - величина перегрузки, соответствующая нижней границе рабочей зоны;

J - суммарный момент инерции эле-25 ктродвигателя и рамы центрифуги, приведенный к валу электродвигателя, кг м

2.

- заданная величина скорости

-1 изменения перегрузки, с

И„ - допустимый предельный момент электропривода, Нм, непрерывно сравнивают величину действительной перегрузки с заданной вее личиной уставки перегрузки и с вели35 чиной перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей зоны, по результатам сравнения непрерывно формируют величину задания текущего значения перегрузки согласно соотношениям ат=ЧС(О а, а„) пРи а0 < a> и ао à „

a„+ а„+Уй (ац а а„) при a> a> и

a@ a„ ат=а пРи а0=ач и ад>-ан

45 а,=а, (t,)-Ч (а а ) ври ад a„, где а, - величина задания текущего значения перегрузки;

a< - заданная величина уставки

50 перегрузки, лежащая в пределах рабочей зоны или равная нулю; а„(1;)- величина задания текущего значения перегрузки в момен1 времени t< изменения согласно программе испытаний величины уставки перегрузки;

t — время, с; а0 — величина действительной перегрузки, ведичину задания текущего значения перегрузки преобразуют в величину задания текущей скорости электродвигателя по формуле

Г где u3> — величина задания текущей скорости электродвигателя, рад/с, и отрабатывают эту величину.

В устройство для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифуги дополнительно введены первый и второй дискриминаторы, двухканальный селектор, схема совпадения, задатчик интенсивности, первый и второй квадраторы, задатчик величины уставки перегрузки, задатчик величины скорости изменения перегрузки и преобразователь для извлечения квадратного корня, соединенный выходом с вторым входом регулятора скорости, а входом - с выходом задатчика интенсивности, подключенным первым входом к задатчику величины скорости изменения перегрузки, а вторым входом— к выходу двухканального селектора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с задатчиком величины уставки перегрузки и выходом первого квадратора, подключенного входом к задатчику величины скорости изменения перегрузки, первый управляющий вход двухканального селектора соединен с прямым, а второй — с инверсным выходом схемы совпадения, подключенной к выходам

nepsoro и второго дискриминаторов, первые входы которых подключены к выходу второго квадратора, соединенного входом с тахогенератором, а вторые входы соответственно - к выходу первого квадратора и к задатчику величины уставки перегрузки.

На фиг. 1 приведена функциональная. схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - типовая диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний; на фиг. 3 - трапецеидальные временные диаграммы изменения перегрузки.

Устройство содержит электродвигатель 1 с тахогенератором 2 на валу, подключенным к первому входу регуля47 6

5 9267 тора 3 скорости, соединенным выходом .с входом вентильного преобразователя

4, выход которого подключен к якорю электродвигателя 1. Второй вход регу. лятора 3 скорости соединен с выходом преобразователя 5 для извлечения квадратного корня,, вход которого подключен к выходу задатчика 6 интенсивности. Информационный вход задатчика интенсивности соединен с. выходом двух- о канального селектора 7. Информационный вход двухканального селектора 7 подключен к выходу первого квадрато ра 8. Управляющие входы двухканально" го селектора 7 через схему совпадения 1

9 соединены с выходами дискриминаторов

10 и 11, первые входы которых подключены к выходу второго квадратора 12, вход которого соединен с тахогенератором 2. Второй вход первого дискриминатора 10 подключен к выходу первого квадратора 8, а второго дискрймина» ° е тора 11 — к задатчику 13 величины уставки перегрузки, а вход квадратора 8 соединен с задатчиком 14 величины ско- 5 рости изменения перегрузки и с задатчиком 6, задатчик 13 соединен с вхо-. дом двухканального селектора 7.

Способ осуществляется следующим образом. зо

При линейном во времени изменении величины перегрузки а интенсивносс тью 9 скорость(2 и момент И электрода изменяются согласно формулам (д 1 . (1) ЗЗ

М = 025 91Р.), (2) где lp - передаточное число редуктора; 40

R - радиус рамы центрифуги;

- ускорение свободного падения;

- суммарный момент инерции электродвигателя и рамы цент"1 рифуги, приведенный к валу электродвигателя. ного во времени изменения перегрузки, имеет ограничение. по минимальной величине перегрузки. Величина перегрузки а „, соответствующая нижней границе зоны, определяется по формуле (2) из условия достижения моментом И до" пустимой предельной для электропривода величины И „ а„- 0,2» )а(— — . )(-а . (3) л

При определенных конструктивных параметрах центрифуги и мощности электропривода величина а „ зависит только от заданной скорости изменения перегрузки У а а„- КаУ, где Ку — 0,2» >>ð-. (0)

П

Способ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги предусматривает непрерывное изме" рение и сравнение действительного

u3g и заданного значений скорости. Величина последнего зависит от величины задания текущего значения перегрузки а,.

0) = К», а, где К»= )Е ф (5)

Величина задания текущего значения перегрузки а определяется задант ной величиной скорости изменения пе" регрузки У, моментом времени t u

Ф(, соотношением между величинои деиствительной перегрузки а = К„ (2), где К„ = —, (6)

1 g и величинами заданной установки перегрузки а> и перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей эоны ан (") °

Типовая диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний (фиг. 2) состоит из отдельных треугольных и трапецеидапьных. диаграмм, поэтому в дальнейшем будет рассматриваться отдельная трапецеидальная диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний (фиг. 3).

Как следует из формулы (2) момент электропривода И при заданной скорости изменения перегрузки Ч зависит от величины перегрузки. а и при а = 0

И = . Таким образом, по энергетическим воэможностям электропривода прин" ципиально нельзя обеспечить линейное во Времени изменение перегрузки во всем диапазоне от 0 до заданной величины перегрузки а . Рабочая зона,т.е. эона, где возможна реализация линейЕсли в момент времени t=0 величи50 на уставки перегрузки задается а =ач, 1 то в течение времени t выполняются условия аз (ац, а0 <а„и величина задания текущего значения перегрузки формируется в соответствии с формулой а2. = 0) t от нуля до величины а„(сплош55 ная линия), достигая последнеи в момент времени С1 и оставаясь неизменной в интервале времени t< - t .06ecпечить заданную скорость изменения

7. 92

9 действительной перегрузки а0 электропривод hO своим энегетическим возможностям не в состоянии. В течение времени tq момент электропривода равен предельному И и, следовательно действительная. скорость электропривода и>д изменяется по линейному,а действительная перегрузка а по параболическому во времени законам.Следует отметить, что на этом участке — < Я, т.е, скорость изменения ведаа

t личины действительной перегрузки не превышает заданную.

В момент времени- t величина действительной перегрузки аз достигает величины а, соответствующей нижней границе рабочей зоны;. В интервале времени t<-t выполняются условия а с а и а > а„" величина задания текущего значения перегрузки ат формируется в соответствии с формулой а, = а„ +g t от а„ до а, достигая последней в момент времени t>. На этом участке аз >< а„и, следовательно, энергетические воэможности электропривода позволяют обеспечить изменение перегрузки а с требуемой скоростью У.

На интервале времени t - t выполняются условия ва = а„, ag > а и величина задания текущего значения перегрузки ат остается неизменной и равной ац,, т.е. а = ач. Длительность интервала определяется моментом изменения величины уставки перегрузки а ц и, в частном случае, при треугольной диаграмме изменения перегрузки может быть равной нулю.

6747 гетических возможностей электропривода величина действительной перегрузки а снижается по параболическому закону, достигая нулевого,значения в момент времени tz, при этом ф

day <

Как следует из рассмотренного примера, способ управления скоростью

10 Электропривода физиологической центрифуги позволяет обеспечить с заданной скоростью линейное во времени изменения перегрузки в рабочем диапазоне. Скорость изменения перегруз1 ки в процессе испытаний не превышает заданной, что обеспечивает безо.пасность испытателя. Известные способы управления скоростью электропривода не обеспечивают выполнения

20 этого условия (фиг. 3, пунктирная линия). Формирования задания текущего значения перегрузки в соответствии с формулой ат =- 3t от нуля до значения а приводит к тому, что

25 из-за энергетйческих возможностей электропривода скорость изменения действительного значения перегрузки ау в интервал времени С вЂ” t превышает заданную, так как электроприЗ0 вод стремится на этом участке устранить накопившуюся за время t< ошибку. Учитывая, что испытания могут проводится при заданных значениях

У, близких к предельным, это предФ ставляет опасность для жизни испытателя.

Устройство работает следующим образом.

Вентильный электропривод, состоящий из электродвигателя 1 с тахогенератором 2 на валу, вентильного преобразователя 4 и регулятора 3 скорости, обеспечивает обработки заданного текущего значения скорости u3, поступающеro на второй вход регулятора

3 скорости, путем непрерывного cpasнения этого сигнала с величиной действительного значения скорости и),, поступающего с тахогенератора 2 на первый вход регулятора 3 скорости и воздействия на вентильный преобра55

В момент времени t q задается величина уставки перегрузки aö - О. С этого момента выполняется условие

aj a> и величина задания текущего значения перегрузки а т формируется в соответствии с формулой ат = а (С-)-Ч1, где @„.(t ) = а - величина задания .текущего значейия перегрузки в момент времени t, = 1 изменения согласно программе испытаний величины уставки перегрузки. Величина а „ изменяется с заданной скоростью 9 и достигает нулевого значения в момент времени t . Величина действительной перегрузки ад уменьшается с заданной скоростью до величины а„, соответствующей нижней границе рабочей эоны, которую достигает в момент времени йз. С этого момента из-за энерзователь 4 с целью уменьшения этого отклонения. 8 частном случае регулятор 3 скорости может иметь в своем составе внутренний контур регулирования тока электродвигателя.

Программой испытаний задается величина уставки перегрузки ау и

9 .9267 величина скорости изменения перегруз ки У . Сигнал 9 поступает на вход первого квадратора 8, выходной сигнал которого пропорционален величине перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей зоны а н (4).

Действительное значение перегрузки а э формируется на выходе второго квадратора 12, на вход которого поступает сигнал сакэ с тахогенератора

2, пропорциональный скорости электродвигателя 1 (6).

Сигнал .задания текущего значения скорости d> формируется на выходе преобразователя 5 для извлечения квадратного корня в соответствии с сигналом задания текущего значения перегрузки ат(1), поступающего на его вход с выхода эадатчика 6 интенсивности. 0

На выход двухканального селектора

7 проходит один. из сигналов в> или а„, поступающих на его информационные входы А1 и А2 в соответствии со значениями сигналов Ч у, Чан на управляющих входах Vl и V2 которые определяются схемой, состоящей из двух дискриминаторов 10 и ll и схемы 9 совпадения. Таблица состояний для нее щ,имеет вид.

Выход пер- Выход вог диск- 1второго риминатора дискриминатора

Значение сигнала

Соотношение уровней входных сигналов дискриминаторов пп.

Чоу

5 ад > а„; а (ан

1 принимает сигнал Уац а на выход селектора 7 проходит сигнал ач. С момента времени t эадатчик 6 интенсивности формирует с заданной скоростью 9 изменение величины задания текущего значения перегрузки а от а н до à у1 Величина действительной перегрузки аз на этом участке изменяется с заданной скоростью Ц достигая значения ау в момент вре1 мени ty.

Во .временном интервале tq-t q соотношение уровней входных сигналов дискриминаторов 10 и ll соответствует М 3. Изменений в управляющих сигналах Vay и V не происходит, и на выходах селектора 7 и задатчика

6 интенсивности сигнал равен Оу .

В момент времени t< задается величина уставки перегрузки ау = О, что Работу устройства рассмотрим на

40 примере отработки временной диаграммы изменения перегрузки (фиг. 3).во временном интервале 0-t соотношение уровней входных сигналов дискриминаторов 10 и 11 соответствует N 1

45 (таблица) . Единичное .значение сигнара Чр„ обуславливает прохождение на

1выход селектора 7 сигнала а„ ° Задатчив. 6 интенсивности формирует с за данной скоростью 9 изменение вели50 чины задания текущего значения перегрузки ат, которая достигает значения а„в момент времени t s и остается неизменной в интервале tq-tð.

1 ада ау, а сан 1

2 а а,; а > а„О

3 аа = ау., а3 ан 0

4 а > ау, аэ-,ан 0

В момент tq величина действительной перегрузки достигает значения а „ и начинает выполняться условие М 2.

Это означает, что единичное значение

47 10

Задатчик 6 интенсивности формиру" ет выходной сигнал а, линейно изменяющимся во времени с темпом, зависящим от поступающего на вход сиг- нала Ч, до достижения входным сигналом уровня сигнала на.информационном входе. Последний поступа" ет с выхода двухканального селектора 7.

11 9267 приводит к выполнению условия Ф 4.

Единичное значение управляющего сигмала Ч „ определяет прохождение на выход селектора сигнала ач = 0 и уменьшение выходного сигнала задатчи- 5 ка 6 интенсивности от значения а„„ до

0 с заданной скоростью изменения Ц

Во временном интервале tq-ts величина действительной перегрузки а5 уменьшается с требуемой скоростью Ч,достигая значения а „ в момент времени

С этого момента соотношение уровней выходных сигналов соответствует

0 5, управляющий сигнал Vo сохраняет единичное значение, а величина дейст- 15 вительной перегрузки а уменьшается по параболическому закону.

Предлагаемый способ управления ско-.

\ ростью электропривода физиологической центрифуги и устройство для его осу- ществления обеспечивают с заданной скоростью линейное во времени изменение перегрузки в рабочем диапазоне для повьнцения безопасности испытателя.

<> =j Д рт о где u) - величина задания текущей скорости электродвигателя, рад/с,,и отрабатывает эту величину.

2. Устройство. для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифуги,содержащее электродвигатель с тахогенератором на валу, подключенным к первому входу регулятора скорости, соединенного выходом с входом вентильного преобразователя, выход которого подключен к якорю электродвигателя, о т л и ч а.ю щ е е с я тем, что, с

„ целью повышения безопасности испыта" ний путем обеспечения линейного во времени изменения перегрузки, в него дополнительно введены первый и второй дискриминаторы, двухканальный селектор, схема совпадения, задатчик ин-; тенсивности, первый и второй квадраторы, задатчик величины уставки пе50

Формула изобретения

1. Способ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги, по которому непрерывно изме ряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонение действительного значения скорости от заданного и регулируют его в сторону уменьшения, о т л и ч а ю35 шийся тем, что,с целью повышения безопасности испытаний путем обес: .печения линейного во времени изменения перегрузки, дополнительно непрерывно измеряют величину действитель- 4О ной перегрузки, по заданной величине скорости изменения перегрузки определяют величину перегрузки, соответствующую нижней границе рабочей эоны, по формуле и М где R - радиус рамы центрифуги, м;

1 - передаточное число редуктора;

" ускорение свободного паде-. ния, м/c ая - величина перегрузки, соответствующая нижней границе рабочей зоны;

J - суммарный момент инерции электродвигателя и рамы центрифуги, приведенный к валу электродвигателя, кг,м ;

- заданная величина скорости изменения перегрузки, с n - допустимый предельный момент электропривода, Нм, непрерывно сравнивают величину дей"твительной перегрузки с заданной величиной уставки перегрузки и с величиной перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей зоны, пореЗультатам сравнения непрерывно формируют величину задания текущего значения перегрузки согласно соотношениям а,. = Jt(0ан а =ау при ад .= ay и ааааа„ ат = а,(t<) — Jt (а, ач ) при а >ац, где а - величина задания текущего значения перегрузки;

: а — заданная величина уставки пеЧ регрузки, лежащая в пределах рабочей зоны или равная нулю; ат(т.j) — величина задания текущего значения перегрузки в момент времени ti изменения согласно программе испытаний величины уставки перегрузки; время, с, ад- величина действительной пере.грузки, величину задания текущего значения перегрузки преобразуют в величину задания текущей скорости электродвигателя по формуле

9г6 регрузки, задатчик величины скорости изменения перегрузки и преобразователь для извлечения квадратного корня,соединенный выходом с вторым входом регулятора скорости, а входом - с выхо- 5 дом задатчика интенсивности, подключенным первым входом к задатчику величины .скорости изменения перегрузки, а вторым входом - к выходу двухканального селектора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с задатчиком величины уставки перегрузки и выходом первого квадратора, подключенного входом к задатчику величины скорости из- 5 менения перегрузки, первый управляющий вход двухканального селектора соединен с прямым, а второй — с инверсным выходом схемы совпадения, подключенной к выходам первого и 20

747 14 второго дискриминаторов, первые входы которых подключены к выходу второго квадратора, соединенного входом с тахогенератором, а вторые входы соответственно - к выходу первого квадратора и к задатчику величины уставки перегрузки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Архипцев Ю.Ф., Крикунов В.Л.

Бесконтактная система автоматического управления приводом центрифуг.

Бюллетень технико-экономической информации, изд-во ГОСИНТИ, 1967, и 7.

R. Иванов Г.И., Крикунов В.Л., Рейгольд Ю.P. Комплектный тиристорный электропривод центрифуги с программным управлением. Электротехническая про" мышленность, сер. "Электропривод", вып. 7/51, Йнформэлектро, 1976.

926747 (сд)

Фс г. Г 1 2

Фиг. . ВНИИПИ Заказ 2996/46 Тираж 719 Подписное Филиал.ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4