Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий

(5)5 Н 02 К 29/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ айаг,1(71) Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина(56) Петров Б,А. Манипуъяторы. Л,; Машиностроение, 1984. с.178,Проектирование следящих систем двустороннегс действия, Под ред, В.С.Кулешова.М.: Машиностроение, Ж".О, с,61,Авторское сидетельс 1 оо СССРМ 11 76425, кл, Н 02 К 29 И 6, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧИ УГЛА С МАСШТАБИРОВАНИЕМ УСИЛИЙ(57) Изобретение относится к области электротехники и автоматики, Цель изобретения - повышение точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочных моментов устройства дистанционной пере 5 Ы 1617550 А 1 дачи угла с масштабированием усилий, Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительными валами соответственно синхронные машины 1 и 2 оператора и нагрузки, снабженные датчиками 3 и 4 положения вала оператора и нагрузки, сравнивающий элемент 5, сумматор 6, первый блок 7 умножения на "ф.1", реле 8, выделяющее знак рассогласования, второй и третий блоки 9 и 10 умножения, функциональный преобразователь 11, вычисляющий угол а между магнитными полями ротора и статора. Введенные в схему интегратор 12 и блок 13 взятия модуля, дополнительные сравнивающие элементы трехходовый 14 и двух- ходовый 15 и полупроводниковый коммутатор 16 обеспечивают повышение точности и работоспособность при изменении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность. Особенностью устройства является также изменение начала отс фета рассогласования в зависимости от коэффициента мощности, 3 ил, 1617550Изобретение относится к области электротехники и автоматики и может быть использовано для дистанционной передачи угловых перемещений в следящих системах двустороннего действия с вентильными электродвигателями и силомоментным очувствлением при необходимости масштабирования усилийЦель изобретения - повышение точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочных моментов,На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - векторные диаграммы магнитных полей, поясняющие его действие; на фиг, 3 - моментные характеристики устройства.На фиг, 1 - 3 и в тексте приняты следующие условные обозначения:а ри, а рз углы поворота соответственно исполнительного и задающего валов(роторов синхронных машин);а, - угол поворота магнитных полей их статоров;а - угол между магнитными полями ротора и статора синхронной машины нагрузки (исполнительного двигателя);Мз, Ми - нагрузочные моменты на задающем и испОлнительных валах;Моп, Ми - моменть, развиваемые синхронными машинами оператора и нагрузки;Фз, г 1 и, Фсз, Фси - магнитные потоки роторов и статоров синхронных машин оператора и нагрузки,Устройство содержит соединенные с задающим и исполнительными валами соответственно синхронные машины оператора 1 и нагрузки 2, снабженные датчиками положения вала: оператора 3 и нагрузки 1. сравнивающий элемент 5, сумматор 6. первый блок 7 умножения ча +1, реле 8, выделяощее знак рассогласования, второй 9 и -ретии 10 блок умножения а +1, функциональный преобразователь 11, вычисляющий угол по заданному коэффициенту масштабирования, равному 5 10 15 20 25 МппМ,п интегратор 12, блок 13 взятия модуля, дополнительные сравнивающие элементы; трехвходовый 14 и двух входовый 15 и полупроводниковый коммутэтор 16, Коммутирующий вход 17 полупроводникового коммутатора 16 соединен с выходом сумматора 6, а вход 18, управляющий величиной выходного тока, с выходом дополнительного двухвходового сравнивающего элемента 15, На второй вход 19 первого блока 7 умноженя 30 35 40 45 50 55 на +. 1 подается сигнал уставки, пропорциональный углу в 90 О, а на вход 20 функционального преобразователя 11 - сигнал уставки, пропорциональный коэффициенту масштабирования моментов.Функцией реле 8 является инвертирование сигналов на выходах блоков 7,9 и 10 умножения, с входами которых соединен его выход. Посредством этого инвертирования осуществляется, во-первых, изменение направления моментов обеих синхронных машин 1 и 2 на противоположные при изменении направления нагрузочного момента Ми, чтобы последний правильно отражался на задающем валу в виде Моп, во-вторых, с помощью его и блока 9 умножения осуществляется смещение начала отсчета рассогласования а, для обеспечения работоспособности системы при изменении направления Ми или заданного коэффициента масштабирования и. Реле 8 может быть любым, его входные и выходные уровни должны быть согласованы с блоками 7,9 и 10 умножения на + 1, а также элементом 5.Работа устройства осуществляется следующим образом.Угловая ориентация магнитных полей статоров обеих синхронных машин 1 и 2 будет одинаковой если считать оси роторов оасположенными вдоль одной прямой при совпадении начал отсчета датчиков 3 и 4 положения, За счет взаимодействия реле 8 и первого блока 7 умножения на + 1 в сумматоре 6 к показаниям датчика 3 положения буд,г по бавле,сигнал в 90 О, знак которгио определяется сигналом с выхода реле8 аким образом, чгобы магнитные поля статоров были отклонены на 90 от магнитногополя ротсоа задающего двигателя Фьз всгорону Фри (фиг.2 а). Амплитуды статорныхполей пропорциональны в силу параллельного включения обмоток синхронных машин 1 и 2 и определяются рассогласованием Ла, которое отсчитывается от положения ао, а ао =ар, +(а+90 ), где знак "+" оп;еделяегся сигналом с выхода реле 8, поступающим на блоки 7 и 9 умножения на + 1, т.е, направлением нагрузочного момента Ми, в зависимости от которогоа рз будет больше или меньше а ри . Угол а определяется необходимым оператору отношением моментов (1) - коэффициентом масштабирования и задает угол между Фри и Фси(фиг.2 а),В принятых обозначениях при отключенном интеграторе 12 моменты двигателеи выражаются следующим образом;Ми =К,(а, - ари)впаМоп - Кол (а о а ри ) где Ки, Кол - коэффициенты, определяемые конструкцией синхронных машин 1 и 2 и при одинаковых синхронных машинах Кн = Коп,Очевидно, что в системе данной конструкции коэффициент масштабированияиКн/Коп (3) и функциональный преобразователь 11 с учетом (1) и (2) выполняет следующее преобразование; а = агсз 1 п и К КопРассогласование Ла = а, - а ри с выхода трехвходового сравнивающего элемента 14 поступает на вход интегрдтора 12 и сравнивающего элемента 15. При появлении некоторого рассогласования Ла появляются вращающие моменты в соответствии с уравнениямии (2) и начинает увеличиваться модуль интеграла рассогласования на выходе блока 13. Пои увеличении угла между полями Фи и Фси больше а, что соответствует возрастанию Уи, сигнал модуля интеграла на выходе блока 10 умножения будет иметь тэт же знак, чтс и рассогласование Лав силу действия реле 8, Это приведет к увеличению сигнала нд выход.; сравнивающего элемента 15, а следовагельно, возрастанию на: ряжения и тока двигаяя и его Ми, Через некоторое время в силу этого ротор синхронной машины нагруз,.и возвратится в исходное положение, либо (при движении) угол между Фри и Фси снова будет ранена, что приведет к выполнению соотношения Ми Ми и = -- =- -Мол М,(5) Если же Ми уменшится, то угол между Фри и Фси станет "еньшса и знак интеграла рассогласования станет противоположен знак, Ли, что приведет к уменьшению Фсз, Фси и увеличению за некоторое время угла между Фри и Ф-, до а,При изменении знака Уи угол между Фри и Ф:и начнет уменьшаться, а рассогласование Ла будет расти в силу отсчета его от ао. Однако, как указано выше, знак интеграла рассогласования на выходе блока 10 умножения будепротивоположен знаку Лк а следовательно, амплитуды статорных полей будут уменьшат ься (фиг.2 б), Под действием Ми через некоторое время поля Фри и Фэ совпадут (так как амплитуда Фси вниду действия интегратора 12 будет уменьшаться) и значение арз ари на выходе сравнивающего элемента 5 изменит знак, что приведет к переключению реле 8 и отсчету рассогласования от нового а,. При 5 этом ввиду укаэанного взаимодействия блоков 12,13,10 и 15 с 8 и 14 под действием М, угол а рз - а ри будет расти и через некоторое время, вновь станет равен а+ 90,При изменении и и, следовательно, иэ менении а по (4) в схеме будут происходитьпроцессы, полностью аналогичные описанным, как и при изменении а рз оператором.фиг.3 иллюстрирует необходимость использования интегратора 12 и блоков его включения 13,10 и 15. Кривая 1 показывает зависимость Ми от угла между Фи и Ф,и при постоянном управляющем нг"йстоип лучи 2 показывают зависимость рдссогласованияЛапри различных г, ог рассогласования гхр - ари, Видно, что без интегратора 12 при перемножении этих характеристик получаются сущес оенно нелинейные зависимости Моо от Ми, что недопустимо.Положительный эффект предлагаемогоустройства состоит в том, что оператор получает возможность изменять коэффициент масштабирования при отражении ндгрузо; - ного момента, это облегчает его работу и повышает качество функционирования биотехнического манипулятора, д также повышает точность передачи угла и отракения нагрузочных моментов. Он достигается за счет введения в схему реле, трех блоков умножения на - 1, сумматора, двух сравнивающих элементов, интегратора, блока взятия модуля и устдноо .ения соответствующих связей мекду блоками системы.Наличие рассогласования одлоо о а" 9 Т 40при рдбоге не будет ощущаться за счет поддержания его неизменным при постоянном и и адаптивных возможностей челооекдоператора, использующего визуальную обратную связь. Кроме того, при использоод.нии синхронных машин с Р парами полюсов ротора в реальных системах с редуктором, передаточное число которого М - 100-200, рассогласование будет составлять сравни 90" +ательно небольшую величину;Р МК преимуществам предлагаемого устройства следует отнести простоту реализации отдельных блоков как н аналоговой, так и в цифровой форме, Например, функциональный преобразователь может быть ныполнен в виде постоянного здпсииндющего устройства, а умножение нд:" 1 эквивалентно подаче на выход прямого либо инвертированного значения входного сигнала.038 (. Составитель В.Никаноро ех е М.Мо гентал дактор О,Спесивых Т р д р Корректор Л.Бески аз 4124 Тираж 441 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобрегениям и открь тиям113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 и ГКНТ СС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, УжгоГ.,д, ул,Гагарина 1 Формула изобретения Устройство дистанционной передачи угла с масштабированием усилий, содержащее укрепленную на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину с вторым датчиком положения и полупроводниковый коммутатор с коммутирующим и управляющим входами, к выходам которого параллельно подключены обмотки статоров синхронных машин, а выходы датчиков положения подключены к входам двухвходового сравнивающего элемента, отл и ча ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности передачи угла поворота задающего вала и отражения нагрузочного момента, дополнительно введены реле, нелинейный функциональный преобраэова тель коэффициента масштабирования в угол между магнитными полями статора и ротора синхронной машины нагрузки, интегратор, сумматор, трехвходовый и второй двухвходовый сравнивающие элементы три блока умножения на + 1 и блок взятия модуля, причем выход двухвходового сравнивающего элемента соединен с входом реле, выход которого связан с первыми входами трех блоков умножения на 4-1, на второй вход первого блока умножения подан сигнал уставки, эквивалентный углу в 90", а выход соединен с первым входом сумматора, вто рой вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к коммутирующему входу полупроводникового коммутатора и первому входу трехвходового сравнивающего элемента, второй вход 10 которого соединен с выходом второго блокаумножения, а третий вычитающий вход подключен к выходу второго датчика положения, выход трехвходового сравнивающего элемента подключен к первому входу второ го двухвхоцового сравнивающего элементаи через последовательно соединенные интеграгор и блок взятия модуля - к второму входу третьего блока умножения, выход которо о соединен с вторым входом второго 20 дв;хвходового сравнивающего элемента,выходом подключенного к управляющему входу полупроводникового коммугатора, причем на вход нелинейного функционального преобразователя подключен сигнал ус тавки, пропорциональный отношениюмоментов синхронных машин, а к выходу - второй вход второго блока умножения.