Автоматический регулятор нагрузки горной машины

,80.1076578 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК зар.Е 21 С 35/24 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Научно-производственное объединение по созданию н выпуску средств автоматизации горных машин Автоматгормаш(54) (5) АВТОМАТИЧЕСКИИ РЕГУЛЯТОР НАГРУЗКИ ГОРНОИ МАШИНЫ, содержащий импульсный элемент, выходной усилитель, датчик нагрузки электродвига.телей горной машины, подключенные к входам амплитудного селектора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки, отличающийся ем, что, с целью поддержания максимальнои производительности горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели, он снаб жен интегрирующим элементом, а импульсный элемент выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, выход которого через развязывающий элемент подключен к релейному элементу, в качестве которого применен полевой транзистор, причем исток полевого транзистора соединен с выходом элемента сравнения, а сток через интегрирующий элемент соединен с входом выход- ф ного усилителя, выход которого соединен с электромагнитной муфтой элентроаиигатии.у Щтребуется автоматическое регулирование технических объектов с запаздыванием, подверженных неконтролируемым внешним возмущениям.Известны. автоматические регуляторы на- О грузки горной машины, содержащие датчики и задатчики нагрузки, элементы сравнения заданной и фактической нагрузки и исполнительные элементы 1 и 2.Недостатком известных устройств является широтно-импульсное преобразование сигнала рассогласования в регулирующее воздействие, что в отдельных случаях не 20 25 45 50 Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для автоматического регулирования скорости передвижения горных машин, преимущественно угледобывающих и проходческих комбайнов, а также в других отраслях, где обеспечивает качественного и устойчивого регулирования объекта с запаздыванием, так как при определенных требованиях к быстродействию регулятора приводит к перерегулированию и колебательным процессам в системе регулятор - объект.Известен автоматический регулятор нагрузки горной машины, содержащий импульсный элемент, выходной усилитель, датчики нагрузки электродвигателей горной машины, подключенные к входам амплитудного селектора, выход которого соединен с первым входом элемента сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки 3.Известный регулятор обеспечивает широтно-импульсную модуляцию регулирующего воздействия величиной сигнала рассогласования. При этом длительность регулирующего импульса прямо пропорциональна величине сигнала рассогласования, а длительность пауз при постоянном периоде импульсного элемента обратно пропорциональна величине сигнала рассогласования.Недостатком известного регулятора является невозможность обеспечения ими каЮ чественного и устоичивого регулирования нагрузки горной машины из-за непостоянства паузы импульсного элемента: длинная пауза приводит к снижению точности регулирования, короткая - к снижению устойчивости системы. Это не дает возможности поддерживать максимальную производительность горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели.Цель изобретения -- поддержание максимальной производительности горной машины при допустимых нагрузках на электродвигатели.Поставленная цель достигается тем, что автоматический регулятор нагрузки горной машины, содержащий импульсный элемент,выходнои енлнгель, датчик нагрузки электродвигатмей горной машины, подключенные к вхонм амп.итудного селектора, выход которого соединен е первым входом элеменЗО 35 40 та сравнения, к второму входу которого подключен задатчик нагрузки, снабжен интегрирующим элементом, а импульсный элемент выполнен в виде генератора прямоугольных импульсов, выход которого через развязывающий элемент подключен к релейному элементу, в качестве которого применен полевой транзистор, причем исток полевого транзистора соединен с выходом элемента сравнения, а сток через интегрирующий элемент соеди нен с входом выходного усил ителя, выход которого соединен с электромагнитной муфтой электродвигателя.На чертеже представлена принципиальная схема автоматического регулятора нагрузки горной машины.Регулятор нагрузки содержит датчики 1 и 2 нагрузки электродвигателей подачи и датчик 3 нагрузки двигателя резания горной машины, амплитудный селектор 4, задатчик 5 нагрузки двигателей, элемент 6 сравнения заданной и фактической нагрузки двигателей, импульсный элемент 7, интегрирующий элемент 8, выходной усилитель 9.Выход усилителя 9 соединен с обмоткой возбуждения электромагнитной муфты 10 двигателя 11, обеспечивающего перемещение комбайна (тянущий двигатель). Обмотка возбуждения .электромагнитной муфты 12 двигателя 13, обеспечивающего подтяжку холостой ветви цепи (подтягивающий двигатель), подключена через резистор к плюсу источника питания.Электродвигатели тянущий 1 и подтягивающий 13 соответственно с электромагнитными муфтами 10 и 12 расположены на противоположных концах лавы и через редукторы (не показаны) подсоединены к механизму4 подачи, выполненному в виде бесконечной кольцевой. цепи, в разрыв которой вмонтирован комбайн 15, На режущую часть комбайна 15 воздействуют внешние возмущения, вызывающие различную нагрузку в функции от времени на двигатель 16 резания.Тянущие двигатель 11 подачи н электромагнитная муфта 10 обеспечивают перемещение тянущей цепи механизма 14 подачи и комбайна 15 вдоль забоя, подтягивающие двигатель 13 подачи и электромагнитная муфта 12 обеспечивают перемещение подтягивающей цепи механизма 14 подачи.Элемент 6 сравнения выполнен наусилителе 17, усиливающем сигналы рассогласования. Импульсный элемент 7 выполнен в виде генератора 18 прямоугольных импульсов, выход которого через диод 19 подключен кзатвору полевого транзистора 20, истоком соединенного с выходом элемента 6 сравнения, а стоком - с входом интегрирующегоэлемента,Автоматический регулятор нагрузки работает следующим образом.40 45 50 55 Сигналы с датчиков 1 - 3 нагрузки поступают на амплитудный селектор 4, где из них выбирается больший. С амплитудного селектора 4 сигнал поступает на элемент 6 сравнения, где сравнивается с сигналом задатчика 5 нагрузки. При наличии рассогласования сигнал с усилителя 17 элемента 6 сравнения поступает через электроды исток-сток полевого транзистора 20 импульсного элемента 7 на вход интегрирующего элемента 8. В импульсном элементе 7 полевой транзистор 20 управляется разнополярными импульсами генератора 18 прямоугольных импульсов, выход которого через диод 19 соединен с затвором полевого транзистора 20, причем импульсы. положительной полярности закрывают транзистор 20 на время запаздывания объекта регулирования. При эФом сигнал рассогласования на вход интегрирующего элемента 8 не поступает, и последний запоминает свое состояние на время запаздывания системы регулирования. Отрицательный импульс генератора открывает полевой транзистор 20, и сигнал рассогласования через исток-сток полевого транзистора 20 поступает на вход интегрирующего элемента 8, где формируется новое управляющее воздействие которое усиливается усилителем 9 и подается на обмотку возбуждения электромагнитной муфты 10 тянущего двигателя 11 подачи. При этом изменяется скорость перемещения комбайна 15. При отсутствии рассогласования заданной и фактической нагрузки двигателей интегрирующий элемент 8 работает в режиме хранения сигнала управления, следовательно, ток в обмотке возбуждения электромагнитной муфты 1 О тянущего двигателя 11 подачи не изменяется и скорость перемещения комбайна 15 постоянна.На обмотку возбуждения подтягивающей электромагнитной муфты 12 подается постоянный сигнал управления от источника питания, в результате чего подтягивающии привод обеспечивает постоянное усилие подтяжки холостой ветви механизма 14 подачи. Применение такого импульсного элемента и включение его между выходом элемента сравнения и входом интегрирующего элемента позволяет иметь в замкнутой системе регулирования нагрузки комбайна (полевой транзистор импульсного элемента 7 открыт) высокий коэффициент усиления регулятора для повышения качества процесса регулирования. В то же время, такой высокий коэффициент усиления регулятора повышает устойчивость системы регулирования объекта с запаздыванием за счет размыкания ее на время паузы импуль ского элемента, длительность которой равна продолжительности переходного процесса в 5 10 15 20 25 30 35 системе (полевой транзистор закрыт), Этим обеспечивается улучшение качества системы регулирования объекта с запаздыванием.Выполнение импульсного элемента в виде генератора прямоугольных импульсов обеспечивает постоянные длительности подачи и прерывания сигнала рассогласования на вход интегратора 8 за счет постоянных длительностей импульсов и пауз генератора. На время паузы генератора полевой транзистор разрывает систему регулирования и дает ей возможность отработать предыдущее регулирующее воздействие - установить новое значение скорости подачи комбайна 15. После окончания паузы генератора с датчиков 1 - 3 тока должны прийти измеренные значения токов двигателей, соответствующие новому установившемуся значению скорости подачи комбайна 15, а импульсный элемент 7 вновь замыкает систему регулирования, и начинается новый цикл регулирующего воздействия, длительность которого равна длительности импульса генератора. В это время полевой трайзистор 20 импульсного элементаоткрыт, и на вход интегрирующего элемента 8 поступает сигнал рассогласования с элемента 6 сравнения, в результате чего регулятор нагрузки вырабатывает новое регулирующее воздействие, которое затем отрабатывается объектом регулирования за время следующей паузы импульсного элемента и т.д.Так как во время импульсов генератора полевой транзистор 20 своими переходами исток-сток соединяет выход элемента 6 сигнала рассогласования с выходом интегратора 8, то такое его включение обеспечивает прямую пропорциональность регулирующего воздействия регулятора величине сигнала рассогласования в системе регулирования. Прерывание сигнала рассогласования приводит к снижению информативности, Однако, использование полной и непрерывной информации о состоянии инерционного объекта с запаздыванием, каким является горная машина, невозможно из-за запаздывания между выработкой управляющего воздействия и его отработкой объектом, поэтому информация, поступающая во время отработки объектом управляющего воздействия, будет ложной. Прерывание сигнала разбаланса в данном случае на время отработки управляющего воздействия при определенном выборе параметров импульсного и интегрирующего элементов обеспечивает повышение качества регулирования и устойчивости при достаточной информативности сигнала разбаланса.Импульсы положительной полярности генератора прямоугольных импульсов закрывают полевой транзистор на время запаздывания объекта регулирования, при этом сигнал рассогласования на вход интегрирующего элемента 8 не поступает, и послед1076578 Составитель Р. ГладунТехред И. Верее Корректор Гт. ВиликТираж 5 б 4 ПодписноеВНИ И ПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий11 Звзб, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/бФилиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Ре,тактор П. МакаревичЗаказ бэь 2 П ний запоминает свое состояние на время запаздывания регулирования, а отрицательный импульс генератора открывает полевой транзистор, и сигнал рассогласования через него поступает на вход интегрирующего элемента 8.Для пояснения соотношений длительности подачи и прерывания сигнала разбаланса на вход интегратора, а также связей с другими параметрами регуЛятора и объекта длительность прерывания сигнала разбалан са на вход интегратора 8 (длительность паузы генератора 7 импульсного элемента) выбрана равной 1 = 0,5 с, что соответствует длительности переходного процесса в систе ме регулирования, а длительность подачи сигнала разбаланса (длительность регулирующего импульса) выбирается, исходя из двух условий: с одной стороны, длительность, импульса должна быть больше длительности паузы, чтобы существенно не снижать информативность сигнала; 20с другой стороны, длительность импульса ограничивается тем условием, что период генератора должен быть меньше, чем период возмущающих воздействий в системе регулирования, на которые регулятор нагрузки реагирует (частота возмущающих воз действий 10,5 Гц, период возмущающих воздействий ъ 2 с). Исходя из этих условий, период колебаний генератора Т =. 1,5 с, длительность импульса тн = Т - 1= 1,5 с - 0,5. с = 1 с.Постоянная времени интегратора 8 выбрана равной длительности паузы генератора (0,5 с). Такая постоянная времени обеспечивает, с одной стороны, достаточное быстродействие регулятора нагрузки при снижении скорости подачи комба 1 на вследствие перегруз. кй двигателя (для исключения его опрокидывания) и обеспечивает, с другой стороны, достаточное качество регулирования при 4 О увеличении скорости подачи вследствие недогрузки двигателя (для более полного использования его мощности).В качестве импульсного элемента 7 применен генератор прямоугольных импульсов (мультивибратор) с включенным на его вы ход полевым транзистором, исходя из условий выполнения им следующих требований: постоянные деятельности импульсов и пауз с высокой крутизной передачи фронта сигнала от элемента 6 к интегратору 8;возможность передачи сигнала как положительной, так и отрицательной полярности от элемента 6 к интегратору 8;высокое сопротивление, достигающее десятки мегаом, в замкнутом состоянии (для исключения саморазряда интегратора 8 во время пауз импульсного элемента 7) и низ. кое сопротивление в открытом состоянии (для точной. передачи сигнала рассогласования от усилителя 6 на вход интегратора 8 во время импульсов элемента 7);наработка на отказ импульсного элемента 7 должна быть 1 О (для обеспечения работы автоматического регулятора нагрузки горной машины в течение паспортного срока службы 5 лет прн принятом периоде включений импульсного элемента.7, равном 1,5 с).Всем этим требованиям удовлетворяет полевой транзистор.Достоинством применения интегратора 8 в регуляторе нагрузки является не эолько запоминание им регулирующего воздействия во время паузы импульсного элемента 7, но н обеспечение во время импульса пропорциональности изменения регулирующего воздействия величине сигнала рассогласования блока 6 как при заряде, так и при разряде интегратора,Это обстоятельство, а также выбранная постоянная времени интегрирующего элемента Т = 0,5 с, позволяет ему во время импульса довольно точно отслеживать изменение сигнала с выхода элемента 6, частота изменения которого определяется частотой возмущающего воздействия 1 0,5 Гц. За время паузы импульсного элемента 7, равной 0,5 с, интегратор практически не разряжается, так как полевой транзистор 20 импульсного элемента в это время находится в закрытом состоянии и на вход интегратора не поступает отрицательный сигнал от элемента 6, вызывающий разряд интегратора.Таким образом, автоматический регулятор нагрузки позволяет управлять скоростью перемещения горной машины, автоматически поддерживая при этом нагрузки электродвигателей резания и подачи на заданном уровне. Кроме того, улучшается качество и обеспечивается устойчивость процесса регулирования горной машиной как объекта с запаздыванием.