Электромеханическая следящая система

(54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА(57) Изобретение относится к автоматике и предназначено для использования в электромеханических системах управления. Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик электромеханической следящей системы путем снижения потерь в якорной обмотке двигателя в динамических режимах работы. Электромеханическая следящая система содержит задатчик 1 скорости, регуляторы положения 2, скорости 3, мощности потерь 5, тока 8, корректирующее устройство 4, модулятор 6, релейный элемент 7, датчик 9 напряжения, усилитель 10 мощности, квадратор 11, электрический двигатель 12 постоянного тока, механическую передачу 15, обьект 17 регулирования, датчик 16 положения. датчики тока 13, скорости 14, 1-2-3-5-8-10-12-15- 17, 10-13-8, 10-9-7-6-5, 13-1 1-6, 15-14-4- 3, 15-16-2, 1 ил. ческий ин о СССР , 1987.ез оптимальных ми постоянного ых реализаций ропривод /Под Г.Юнькова, М.9-35,о СССР , 1987. 6, с. 2 ельств 11/01 4(56) Авторское свидетельствМ 1312522, кл. 6 05 В 11/ОАнхимюк В.А. и др, Синтуправлений электроприводатока для микропроцессорнАвтоматизированный электред. Н.Ф.Ильинского и МЭнергоатомиздат, 198Авторское свидетМ 1513415, кл, 6 05 В 1764032 А 1Изобретение относится к автоматике ипредназначено для использования в электромеханических системах управления,Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик электромеханической следящей системы путемснижения потерь в якорной обмотке двигателя,На чертеже приведена схема электромеханической следящей системы.Система содержит задатчик скорости 1,регулятор положения 2, регулятор скорости3;корректирующее устройство 4, регулятормощности потерь 5, модулятор 6, релейныйэлемент 7, регулятор тока 8, датчик напряжения 9, усилитель мощности 10, квадратор11, электрический двигатель постоянноготока 12, датчик тока 13, датчик скорости 14,механическую передачу 15, датчик положения 16, объект регулирования 17.В электромеханической следящей системе ротор электрического двигателя постоянного тока 12 через механическуюпередачу 16 соединен с объектом регулирования 17, Датчик 16 и датчик 1 положенияподключены соответственно к вычитающему и суммирующему входам регулятора положения 2, выход которого подключен ксуммирующему входу регулятора скорости3. Вычитающий вход последнего через корректирующее устройство 4 соединен с выходом датчика скорости 14, а выход соединенс суммирующим входом регулятора мощности потерь 5, вычитающий вход которогоподключен к выходу модулятора 6, а выходсоединен с суммирующим входом регулятооа тока 8. Вычитающий вход регулятора тока 8 объединен с входами квадратора 11 иподключен к выходу датчика тока 13, включенного в якорную цепь электрическогодвигателя постоянного тока 12, а выход через усилитель мощности 10 подключен кякорной обмотке двигателя 12, параллельнос которой включен датчик напряжения 9,Выход последнего через релейный элемент7 подключен к управляющему входу модулятора 6, информационный вход которого подключен к выходу квадратора 11.Электромеханическая следящая система работает следующим образом, Положение р объекта 17 регулируется путемперемещения его рабочего органа с помощью электрического двигателя постоянного тока 12 через механическую передачу16. Измерение положения р объекта регулирования производится с помощью датчика положения 16; Скорость О двигателя 12измеряется с помощью датчика 14 скорости,а ток- с помощью датчика 13 тока. Напря жение на якорной обмотке измеряется с помощью датчика напряжения 9. выходной сигнал 09 датчика 9 напряжения поступает на вход релейного элемента 7, который фор мирует сигнал Ое ПРИ 09007=-Ое при 09 010 где Ое - сопз - напряжение, соответствующее уровню логической единицы.Выходной сигнал 07 релейного элемента 7 поступает на управляющий вход модулятора 6, коэффициент передачи которого15 определяется соотношением-1 при 07 = -ОеНа информационный вход модулятора 620 поступает сигнал 011 с выхода квадратора11, на выходе которого действует сигнал01 з, пропорциональный току якорной обмотки двигателя 12;01 З = ЬЗ,25 где 11 з - коэффициент передачи датчика тока 13,Таким образом, на выходе модулятора 6действует сигнал 30 1 А 1 з 2 Р при цд0 2;2 0 = К Ц 11= кй 1 А 1б 6 зк 11(131 при 090где К 1 - коэффициент передачи квардратора 11.35 Сигнал 06 на выходе модулятора пропорционален квадратору тока якоря и, следовательно, пропорционален мощностипотерь в якорной обмотке:Ря= гя,2(1)40 где гя - сопротивление якорной цепи,Таким образом, на выходе модулятора 6формируется сигнал, абсолютное значениекоторого пропорционально мощности потерь в обмотке якоря. Изменение знака это 45 го сигнала при изменении полярностинапряжения на якорной обмотке двигателя12 необходимо для сохранения знака обратной (отрицательной) связи по мощности потерь при изменении направления вращения50 двигателя,На суммирующий вход регулятора 2 положения с выхода задатчика 1 положенияподается сигнал ц 1, пропорциональный требуемому значению регулируемой координа 55 ты системы, На второй вычитающий входрегулятора 2 положения поступает сигналц 16 с выхода датчика положения, пропорци-.ональный измеренному значению (р регулируемой координаты. В регуляторе 2положения производится вычисление ошибки регулирования е= ц 1-ц 16 и преобразование ее в соответствии с выбранным законом регулирования, например П-, ПД-, или ПИ-, Выходной сигнал ц 2 регулятора 2 положения поступает на суммирующий вход регулятора 3 скорости, на вычитающий вход которого поступает сигнал ц 4 с выхода корректирующего устройства 4, На выходе корректирующего устройства 4 действует выходной сигнал ц 14 датчика 14 скорости. Назначение корректирующего устройства 4 - формирование заданных динамических свойств контура регулирования скорости, При этом корректирующее устройство 4 может быть выполнено, например, в виде пропорционального, реального дифференцирующего, интегродифференцирующего или другого звена,Выходной сигнал цз регулятора 3 скорости поступает на суммирующий вход регулятора 5 мощности потерь, на вычитающем входе которого действует сигнал цб с выхода модулятора 6, пропорциональный мощности потерь в якорной обмотке двигателя.Сигнал ц 5 с выхода регулятора 5 мощности потерь поступает на суммирующий вход регулятора 8 тока, второй вычитающий вход которого подключен к выходу датчика 13 тока, Выходной сигнал регулятора 6 тока поступает на вход усилителя мощности 10, к выходу которого подключена якорная обмотка двигателя 12,Таким образом, электромеханическая следящая система содержит четыре контура регулирования: главный, образованный регулятором 2 положения и датчиком 16 положения, и три подчиненных, Первый подчиненный контур тока включает регулятор 8 тока и датчик 13 тока, Второй подчиненный контур мощности потерь содержит регулятор 5 мощности потерь и измерительный преобразователь мощности потерь, состоящий из датчика 13 тока, датчика напряжения 9, релейного элемента 7, квадратора 11 и модулятора 6. Третий подчиненный контур регулирования скорости содержит регулятор скорости 3, датчик скорости 14 и корректирующее устройство 4,Действие подчиненного контура регулирования мощности потерь происходит следующим образом, В лабом режиме работы электромеханической следящей системы сигнал ц 6, пропорциональный мощности потерь в якорной обмотке поступает на вычитающий вход регулятора 5 мощности потерь. В результате этого в динамических режимах работы всегда минимизируется мощность потерь в якорной обмотке двигателя, которая, как известно, составляет основную часть потерь в двигателе.Скорость И и положение у в электромеханической следящей системе связаны с 5 током соотношениямий = - Х ыс:о(2)10 :КУ адт= ХЫс, (3)о о огде - момент инерции механических масс,приведенный к валу двигателя;с - конструктивная постоянная двигате 15 ля;К - коэффициент передачи механического передаточного устройства.Мощность потерь в якорной обмоткепропорциональна квадрату тока и опреде 20 ляется формулой (1). Энергия, теряющаяся ввиде тепла в якорной обмотке,1Е = 3 Ря д 1 = У гяб 1 . (4)о оИз уравнений (1), (2), (3) и (4) следует, чтопотери пропорциональны квадрату тока и, следовательно, находятся в сильной зависимости от его мгновенных значений, Скорость двигателя пропорциональна интегралу от тока и, следовательно, зависит не от мгновенных значений, а определяется площадью фигуры, образуемой током в переходном процессе, Положение р пропорционально двойному интегралу от тока.Следовательно, практически одинаковым переходным процессам для положения могут соответствовать различные диаграммы тока, Наилучшим процессом является такой, при котором энергия потерь за время переходного процесса минимальна,Отрицательная обратная связь по мощности потерь действует в электромеханической следящей системе таким образом, что при больших токах напряжение на якорной обмотке и, следовательно, ток двигателя уменьшаются, т.е. происходит ограничение тока, обеспечивающее минимизацию потерь в якорной обмотке двигателя,Таким образом, в предлагаемой электромеханической следящей системе по сравнению с известным техническим решением обеспечивается уменьшение потерь энергии в динамических режимах и, следовательно, повышение энергетических характеристик, При этом положительный эффект достигается простым способом и не требует для технической реализации существенных изменений типовых структур и1764032 Составитель С,МалафеевТехред М,Моргентал Корректор С.Юско Редактор Г,Бельская Заказ 3457 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 элементной базы электромеханических систем управления.Следовательно, использование в известной электромеханической следящей системе регулятора мощности потерь позволяет улучшить его энергетические характеристики путем снижения потерь в якорной обмотке.Формула изобретения Электромеханическая следящая система, содержащая задатчик положения, выход которого соединен с суммирующим входом регулятора положения, вычитающий вход которого соединен с выходом датчика положения, механически соединенного с ротором электродвигателя постоянного тока, а выход - с суммирующим входом регулятора скорости, и последовательно соединенные регулятора. тока, усилитель мощности и электродвигатель постоянного тока, с ротором которого соединен вход датчика скорости, а в якорную цепь включен датчик тока,выход которого соединен с вычитающим входом регулятора тока, а также релейный элемент, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения энергетических характе ристик путем снижения потерь в якорнойобмотке в динамических режимах работы системы, в нее введены корректирующее звено, датчик напряжения, квадратор, модулятор и регулятор мощности потерь, сумми рующий вход которого подключен к выходурегулятора скорости, выход соединен с суммирующим входом регулятора тока, а вычитающий вход подключен к выходу модулятора, информационный вход которо го через квадратор подключен к выходу датчика тока, управляющий через релейный элемент соединен с выходом датчика напряжения, включенного параллельно якорной обмотке электродвигателя постоянного то ка, а выход датчика скорости через корректирующее звено соединен с вычитающим входом регулятора скорости.