Способ регулирования скорости электропривода многомассовой системы

)5 Н 02 Р 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) НТНОЕ(.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ про нсти СКОРО- МАССОнее значение скорости движ совой системы определяют на сохранения количеств соответствии с выражением ия многомас основе закодвижения в где и, М - количества вращпательно движущихся мас)ь а - момент инерцзначение угловой скоростися массы,;щк, чк, гк- масса, мгноскорости и радиус приведтельно движущейся массы)пр - приведенный к вателя момент инерции систределяют в соответствии с ющихся и постусистемы;и и мгновенное1-й вращающей енное значение ния Ьй поступа лу электродвигаемы, который опвыражением;(56) Авторское свидетельство СССМ 1682058, кл. Н 02 Р 5/06, 1990.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МНОГОВОЙ СИСТЕМЫ Изобретение относится к области автоматического управления и регулирования электроприводов механизмов, преимущественно циклического действия, содержащих упругие, гибкие и нелинейные кинематические связи.Целью изобретения является повышение КПД за счет сокращения потерь энергии,Для осуществления этой цели в известном способе регулирования скорости электропривода многомассовой системы, по которому задают среднюю скорость электродвигателя, измеряют мгновенные значения угловой скорости 1-й вращающейся массы. определяют значение средней скорости движения многомассовой системы и. сравнивают его с заданной средней скоростью электродвигателя и при наличии отклонения формируют управляющее воздействие, обеспечивающее равенство значений заданной средней скорости электродвигателя и средней скорости движения многомассовой . системы, дополнительно измеряют мгновенное значение скорости К- й поступательно движущейся массы, а средЖ 1820470 А 1(57) Использование: в злектроприводах циклического действия содержащих упругие, гибкие кинематические связи. Сущность: способ регулирования средней скорости движения многомассовой системы, вычисленной на основе закона сохранения количества движения, позволяет устранить колебания тока электропривода, вызванные колебаниями скорости отдельных частей механизма, обусловленные наличием упругих, гибких и нелинейных связей. 1 ил.где оМ - среднее за период колебаний значение угловой скорости 3-й вращающейся массы;Чск - среднее эа период колебаний значение скорости к-й поступательно движущейся массы;асд- среднее за период колебаний значение угловой скорости электродвигателя.Существенным отличительным признаком данного способа регулирования скорости электропривода многомассовой системы является поддержание постоянства количества движения этой системы, соответствующего заданной. средней скорости движения, При таком способе регулирования колебания скорости отдельных масс системы, в том числе и электродвигателя, сопровождаются обменом энергии между массами без перекачки ее из сети и обратно. Из сети потребляется энергия на создание запаса кинетической энергии системы при разгоне, а также энергия для преодолевания момента сопротивления, создаваемого силами трения и рабочим органом. После разгона привода из сети потребляется только энергия для преодоления момента сопротивления, а движение системы будет таким, как если бы она была изолирована от внешних воздействий и находилась в состоянии свободных колебаний. На чертеже приведена функциональная схема устройства для управления электроприводом поршневого компрессора, являющегося примером реализации данного способа регулирования скорости.Устройство содержит последовательно соединенные задатчик 1 средней скорости, регулятор 2 скоростй, регулятор 3 тока, усилитель 4 мощности. К выходу усилителя 4 мощность подключен двигатель 5, в цепь питания которого включен датчик 6 тока. С одним концом вала двигателя 5 сочленен датчик 7 скорости двигателя, а второй конец вала двигателя соединен с помощью упругого элемента 8 (длинный вал) с валом кривошипно-шатунного механизма 9 компрессора, с которым соединены датчик 10. скорости кривошипа и датчик 11 угла поворота кривошипа, Устройство также содержит блок 12 вычисления средней скорости многомассовой системы и блок 13 компенсации внутренней обратной связи по ЭДС двигателя. Входы блока 12 вычисления средней скорости соединены с выходами датчиков 7, 10, 11, а выход - с вторым входом регулятора 2 скорости. В ыход датчика 6 тока соединен с вторым входом регулятора 3 тока, третий вход которого через блок(3(фд1 35 где ад,вд - угловая скорость и моментинерции двигателя;вк, Ь - угловая скорость и момент 40 инерции кривошипа;е, ч- масса и линейная скорость поршня;г - радиус приведения линейного движения поршня к вращательному движению 5 кривошипа;1 пр - момент инерции многомассовойсистемы, приведенный к валу двигателя, .Радиус приведения определяется выра- жением(4) гщ й 8 па где й, а - радиус и угол поворота криво- шипа,Линейную скорость поршня можно выразить через угловую скорость кривошипа по формулеЧ-ЧгЯЬа аа й ЗЬа Щ где Чт - линейная скорость кривоаипа. 13 компенсации ЭДС двигателя подключен к выходу датчика 7 скорости двигателя.Устройство представляет собой двухконтурную систему, построенную по прин ципу подчиненного регулированияпараметров. В контур регулирования тока двигателя входят регулятор 3 тока, усилитель 4 мощности (источник питания), двигатель 5 и датчик 6 тока. 8 контур 10 регулирования средней скорости мнргомассовой системы входят регулятор 2 скорости, замкнутый контур тока, датчик 7 скорости двигателя, датчики 10, 11 скорости и угла поворота кривошипа, блок 12 вычисления 15 средней скорости. Задатчик 1 средней скорости представляет собой; например, известное устройство, содержащее последовательно соединенные компаратор и интегратор, охваченные отрицательной 20 обратной связью. На его выходе формируется линейно изменяющийся во времени сигнал до заданного уровня с заданной интенсивностью. Регулятор 3 тока может быть выполненным пропорционально-ин тегральным, а регулятор 2 скорости - пропорциональным. Блок 12 вычисления средней скорости представляет собой арифметическое устройство, с помощью которого вычисляется сигнал обратной связи по 30 скорости в соответствии с выражением (1),Для данного устройства значение средней скорости определяется выражением(8) Учитывая, что в данном устройстве шсд а, а также подставляя (8) в выражение 2(7), получим 4 Впр д +1 к+ тп (9) Блок 13 компенсации внутренней об- П ратной связи по ЭДС двигателя предназначен для устранения динамической ошибки при регулировании тока, вызванной изменением ЭДС двигателя. На выходе блока формируется сигнал Ек положительной об- П ратной связи по ЭДС, например, в соответствии с передаточной функцией(10) 40 где Ке - коэффициент пропорциональности между ЭДС и угловой скоростью двигателя;Тит - постоянная интегрирования регулятора тока; 45Тя - постоянная времени якорной цепи; Кп - . коэффициент усиления усилителя МОЩНОСТИ.В качестве датчиков 7, 10 угловой скорости двигателя и кривошипа могут быть при менены тахогенераторы, а в качестве датчика 11 угла поворота кривошипа - сельсинУстройство работает следующим о бра 5 вы- чиого ЗгоПодставляя(4) и (5) в выражение(3), пол- учим щ-й( .1 . - )и- (6)+ п 1 2 Эп 2 аПриведенный к валу двигателя момент инерции многомассовой системы определяется в соответствии с выражением (2), которое для данного устройства имеет вид 1 Прдгде Мд- среднее за период колебанийчение угловой скорости двигателя,аа - среднее за период колебанийчение угловой скорости кривошипа.Чс - среднее значение линейной сксти поршня, определяемое выражение22Чс" -Чба=-йаЛ о Ж ъ Ек Р К ТитР Р) Р Ке При пуске механизма сигнал аъс на ходе задатчика 1 средней скорости увели вается линейно от нулевого до некотор заданного значения. Электропривод ра няется под воздействием регулятора скорости, обеспечивающего равенство заданной йьс и фактической в средних скоростей многомассовой системы. При этом с выхода 5 регулятора скорости на вход регулятора тока подается сигнал задания токаз, При разгоне механизма изменяется угловая скорость и ЭДС двигателя. Однако благодаря действию "гибкой" положительной связи 10 по ЭДС ток двигателя поддерживается равным заданному и на валу двигателя создается момент, составляющие которого определяются величиной ускорения механизма, силами трения в кинематических 15 звеньях и силами сопротивления рабочемуоргану. В период разгона механизма потребляемая из сети энергия расходуется на преодоление указанных сил, а также преобразуется в кинетическую энергию движу щихся масс. Процесс разгона заканчиваетсяв момент, когда средняя скорость а много- массовой системы станет равной заданному значениюаь, . Если, пренебречь трением и сопротивлением рабочему органу, после 5 разгона потребление энергии из.сети будетотсутствовать. На выходе регулятора скорости сигнал з задания тока будет равным нулю и это нулевое задание будет точно отрабатываться контуром регулирования 0 тока благодаря действию сигнала компенсации внутренней обратной связи по ЭДС.При этом выходное напряжение усилителя мощности будет "следить" за изменением ЭДС двигателя, пропорциональной его уг ловой скорости. В этом случае многомассовую систему можно рассматривать как изолированную от внешних возмущений и находящуюся в состоянии свободных колебаний, Такая система в любой момент времени имеет постоянное значение количества движения, а скорости вращающихся и поступательно движущихся масс изменяются в результате действия внутренних динамических сил, возникающих благодаря тому, что массы связаны между собой через нелинейный (кривошипно-шатунный) и упругий (длинный вал) элементы, При этом кинетическая энергия, сохраняя среднее. значение, периодически изменяется, частично преобразуясь в потснцйальную энергию деформации упругих механических звеньев.С учетом ьнешних возмущающих воздействий регулирование заданной средней 5 скорости в данном устройстве приводит ктому, что колебания скорости двигателя, . кривошипа и поршня сопровождаются только Обменом кинетической энергии между массами без перекачки энергии из сети и