Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий

( 9) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(71) Белорусский государственный университет им, В.И.Ленина(56) Авторское свидетельство СССРМ 1647789, кл. Н 02 К 29/06, 1986,Авторское свидетельство СССРМ 1777207, кл. Н 02 К 29/06, 1986,(54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ ДИ СТАН ЦИОН НОЙПЕРЕДАЧИ УГЛА С МАСШТАБИРОВАНИ-.ЕМ УСИЛИЙ(57) Изобретение относится к электротехнике и автоматике, Целью изобретения является повышение точности передачи углаповорота и расширение диапазона изменения отношения моментов и исполнительной(ИМ) и задающей (ЗМ) синхронных машин,за счет задания в ИМ между магнитнымиполями ротора (Р) и статора (С) угла а, путемпреобразования и по закону арктангенса Изобретение относится к элект ке и может быть использовано для ционной передачи угловых переме следящих системах двустороннего д с вентильными электродвигателями моментным очувствлением при не мости масштабирования усилий. Цель изобретения - повышен сти передачи угла поворота и рас функциональных возможностей и личения диапазона изменения от)5 Н 02 К 29/06, Н 02 Р 6/ имеющимся в устройстве нелинейным преобразователем. Магнитные поля Р обеих машин взаимно перпендикулярны, а магнитные поля С обеих машин, вследствие параллельного подключения их обмоток к выходам полупроводникового коммутатора, сонаправлены, Введение трехвходового алгебраического сумматора и изменение закона преобразования коэффициента масштабирования и обеспечивает повышение точности дистанционной передачи угла и расширение диапазона изменения отношения моментов и ИМ и ЗМ, а вместе с соответствующим образом подключенными реле, интегратором, блоком взятия модуля, тремя блоками умножения на . 1, двумя двухвходовыми и одним трехвходовым 3 сравнивающими элементами обеспечивает работоспособность при измейении направлений моментов оператора и нагрузки и высокую динамическую точность.Особенностью устройства является независимость рассогласования валов, принимающее наименьшую величину, от и, 3 ил,аеевЪ 1 Ор моментов исполнительной и задающей синхронных машин,На фиг,1 изображена структурная схема устройства для дистанционной передачи угла; на фиг.2 - векторные диаграммы магнитных полей; на фиг.3 - моментные характеристики устройства,Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий содержит укрепленную на задающем валу синхронную машину 1 с первым датчиком 2 положения, исполнительную синхроннуюмашину 3 со вторым датчиком 4 положения, полупроводниковый коммутатор 5 с коммутирующим 6 и управляющим 7 величиной тока входами, к выходам которого параллельно подключены ебмотки статоров обеих синхронных машин 1. 3, а выходы датчиков 2, 4 положения подключены ко входам первого двухвходового сравнивающего элемента 8, выход которого соединен со входом реле 9, Выход последнего связан с первыми входами трех блоков умножения 10-12, на второй вход первого блока умножения 10 подан сигнал, эквивалентный углу 90, На второй вход второго блока 11 умножения подан сигнал с выхода нелинейного преобразователя 13 коэффициента масштабирования, Выход второго блока умножения 11 соединен с первым суммирующим входом первого трехвходового алгебраического сумматора 14, вычитающий вход которого соединен с выходом второго датчика 4 положения, а выход подключен к первому входу второго двухвходового сравнивающего элемента 15 и через последовательно соединенные интегратор 16 и блок 17 взятия модуля ко второму входу третьего блока умножения 12, Выход блока 12 соединен со вторым входом второго двухвходового сравнивающего элемента 15, выхОд которого подключен к управляющему величиной тока входу 7 полупроводникового коммутатора 5.Выход первого блока 10 умножения подключен к первому суммирующему входу второго алгебраического сумматора 18, выход которого подключен ко второму суммирующему входу первого алгебраического сумматора 14 и к коммутирующему входу 6 полупровдникового коммутатора 5, Нелинейный преобразователь 13 выполнен в виде агст 9-ного преобразователя, а второй вход алгебраический сумматор 18 снабжен вычитающим входом, подключенным к выходу второго блока умножения 11, Второй суммирующий вход второго алгебраического сумматора 18 подключен к выходу первого датчика 2 положения.На фиг.1, 2, 3 приняты следующие обозначения:ГХрз, ари - УГЛЫ ПОВОРОта ИСПОЛНИТЕЛЬ- ного и задающего валов;ао - угол поворота магнитных полей статоров;а - угол между магнитными полями ротора и статора исполнительного двигателя (синхронной машины);Моп, Ми - нагрузочные моменты на задающем и исполнительном валах;Мз, Мп - моменты, развиваемые двигателями оператора и нагрузки:(4) ступает на вход интегратора 16 и сравнивающего элемента 15, При появлении рассогласования возникают вращающие моменты в соответствии с уравнениями (2) и начинает увеличиваться модуль интеграла рассогласования на выходе блока 17 При Фрз, Фри, Фз, Фси - магнитные потокироторов и статоров синхронных машин оператора и нагрузки;СМЗ, СМИ - синхронные машины назадающем и исполнительном валах соответственно;ДПРЗ, ДПРИ - датчики положения роторов на задающем и исполнительном валах соответственно.Устройство работает следующим образом. Угловая ориентация магнитных полей статоров обоих двигателей будет одинаковой, если считать оси роторов расположенными вдоль одной прямой при совпадении начал отсчета датчиков положения 2 и 3. За счет взаимодействия реле 9 и первых двух блоков умножения 10, 11 во втором алгебраическом сумматоре 18 к показаниям датчика 2 положения будет прибавлен сигнал ч (90 - а) знак которого определяется сигналом с выхода реле 9 таким образом, чтобы магнитные поля статоров были отклонены на 90" -а от магнитного поля ротора задающего двигателя Фрз в сторону Фри (фиг,2 а), Амплитуды статорных полей пропорциональны (в силу параллельного включения обмоток синхронных машин 1 и 3) и определяются рассогласованием Йх, которое отсчитывается от положения ао а ао = арз ф 90, (1), где знак "+ " определяется сигналом с выхода реле 9, поступающим на блоки умножения 10 и 11, т.е. направлением нагрузочного момента Мн, в зависимости от котоРого Гхоз бУдет больше или меньше ари .При отключенном интеграторе 16 моменты двигателей выражаются следующим образом:Ми - Ки (ГХо - ГХри) 3 И ГХ (1) Мз = Кз (Гхо - ари) сов Гх (2)где Ки и Кз - коэффициенты, определяемые конструкцией синхронных машин и при одинаковых двигателях Ки = Кз. Очевидно, что в системе данной структуры45 п = " =-т 9 а (3)Моит,е. "и" принимает значения от 0 до оо и функциональный преобразователь с учетом (2) и (3) должен выполнять следующее преобразованиеКиа = дгст 9 иКзРаССОГЛаСОВаНИЕ дГХ = ао - ари С ВЫХОДа первого алгебраического сумматора 14 по(5)Если же Ми уменьшится, то угол междуФьи и фси станет меньше а и знак интеграла рассогласования станет противоположензнаку Ла, что приведет к уменьшениюФсз, Фси и увеличению через некоторое время угла между Фьи и Фи до а.При изменении знака Мн угол междуФьи и Феи начнет уменьшаться, а рассогла 25сование Ла будет расти в силу отсчета егоот а, Однако, как указано выше, знак интеграла рассогласования на выходе блока 12умножения будет противоположен знакуЬа, а следовательно, амплитуды статорныхполей будут уменьшаться фиг.2 б), Под действием Мн через некоторое время поляФьии Ф, совпадут (так как амплитудаФ, из-за действия интегратора 16 будет 3535 суменьшаться, и значение арф гхри на выходе сравнивающего элемента 3 изменитзнак, что приведет к переключению реле 9 икотсчету рассогласования от нового а,. Привэтом под действием Мн угол арф При будет 40расти, и через некоторое время вновь станет равен 90,При изменении коэффициента масштабирования и, следовательно, изменении а всхеме. будут происходить процессы, полностью аналогичные описанным выше, как ипри изменении арз оператором.Фиг.За иллюстрирует зависимости Ми иМз соответственно, от угла а, фиг.Зб показывает зависимость угла (х от коэффициен ста масштабирования и. Видно, что изависимость угла а коэффициента масшта- вбирования и лежит в пределах от Одо любой знеобходимой величины,иТаким образом, за счет изменения сиг мнала управления на коммутирующем входе экоммутатора 5 на величину, определяемую ннелинейным преобразователем 13, удается иповысить точность передачи угла и расши- срить функциональные возможности путем в увеличении угла между полями 4 и и Фси больше а, что соответствует возрастанию Ми, сигнал модуля интегратора на выходе блока 12 умножения будет иметь тот же знак, что и рассогласование да в силу 5 действия реле 9. Это приведет к увеличению сигнала на выходе сравнивающего элемента 15, а следовательно, возрастанию напряжения и тока двигателя и его Ми. Через некоторое время в силу этого ротор.двига теля нагрузки возвратится в исходное положение либо (при движении) угол между Фи и Фи снова будет равен а, что приведет к выполнению соотношения; увеличения диапазона изменения коэффициента масштабирования при отражениинагрузочного момента,Формула изобретения Устройство для дистанционной передачи угла с масштабированием усилий, содержащее на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину с вторым датчиком положения, полупроводниковый коммутатор с коммутирующим и управляющим величиной тока входами, к выходам которого параллельно подключены обмотки статоров синхронных машин, а выходы датчиков положения подключены к входам первого двухвходового сравнивающего элемента, выход которого соединен со входом реле, а выход реле подключен к первым входам трех блоков умножения, второй вход первого блока умножения служит для подачи сигнала, эквивалентного углу в 90, второй вход второго блока умножения соединен с выходом нелинейного преобразователя коэффициента масштабирования, вход которого является входом установки отношения моментов задающей и исполнительной синхронных машин, а выход второго блока умножения соединен с первым суммирующим входом первого трехвохдового алгебраического сумматора, вычитающий вход которого подключен к выходу второго датчика положения ротора, а выход - к первому входу второго двухводового равнивающего элемента и через последовательно соединенные интегратор и блок взятия модуля к второму входу третьего блоа умножения, выход которого соединен с торым входом второго двухвходового сравивающего элемента, выход которого подлючен к управляющему величиной тока ходу полупроводникового коммутатора, ыход первого блока умножения подключен первому суммирующему входу второго алебраического сумматора, выход которого одключен к второму суммирующему входу ервого алгебраического сумматора и к комутирующему входу полупроводникового оммутатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, целью повышения точности передачи угла оворота и расширения функциональных озможностей путем увеличения диапаона изменения отношения моментов исолнительной и задающей синхронных ашин, нелинейный преобразователь коффициента мастшабирования выполен в виде арктангенсного реобразователя, второй алгебраичекий сумматор снабжен вычитающим ходом, подключенным к выходу второгоаказ 1728 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, уп,Гагарина, 10 блока умножения, а второй суммирующий вход второго алгебраического сумматора подключен к выходу первого датчика положения,