Устройство для демпфирования колебаний в электроприводе с упругой связью между двигателем и механизмом

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9218 А 2 119) (11) 2 Р 5/06 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 14 ный ПоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ(71) Новомосковский филиал Московского химико-технологического института им. Д.И.Менделеева(56) Авторское свидетельство СССРУ 736317, кл, Н 02 Р 5/06,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯКОЛЕБАНИЙ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ С УПРУГОЙСВЯЗЬЮ МЕЖДУ ДВИГАТЕЛЕМ И МЕХАНИЗМОМ(57) Изобретение относится к электро.технике и может быть использовано вмеханизмах с упругой связью. Цельюизобретения является расширение функциональных возможностей за счетобеспечения его работы при переменной жесткости упругой связи. Привозникновении колебаний в упругойсвязи 2 изменяется по гармоническому закону момент электродвигателя1 на выходе блока умножения 8, Свыхода блока измерения жесткостипоявляется сигнал, пропорциональвеличине жесткости упругой связивеличине сигнала с помощью блоков15 и 19 перемножения корректируютсяамплитуда момента упругости и собственная частота колебаний динамического звена 11, с выхода которогодемпфирующий сигнал, согласованныйпо амплитуде и фазе с величиной жескости упругой связи 2, подается нарегулируемый преобразователь 5. 1 ил131921Изобретение относится к электро 1технике, может быть использовано вэлектроприводах с упругой связью между двигателем и механизмом и является усовершенствованием изобретенияпо авт.св, В 736317.Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей электропривода за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой 10связи,На чертеже представлена функциональная схема устройства демпфирования колебаний.Электродвигатель 1 электропривода 15через упругую связь 2 соединен с механизмом 3. Жесткость упругой связизависит от положения механизма 3 относительно электродвигателя 1. Вцепь электродвигателя включен первый 20регулируемый преобразователь 4 с,системой управления, а в цепь возбуждения электродвигателя включенвторой регулируемый преобразователь5 с системой управления. Выходы датчиков тока якоря 6 и магнитного потока 7 двигателя подключены к двумвходам первого блока 8 перемножения,выход которого через блок 9 суммирования, динамическое звено 10, нелинейный элемент 11, операционный усилитель 12 соединен с входом регулируемого преобразователя 5 в цепи возбуждения электродвигателя. К входублока 9 суммирования подключен такжеисточник 13 сигнала, пропорциональный моменту сопротивления М механизма 3.Динамическое звено 10 имеет передаточную функцию40Р1 т (Р)р 2+ 2где р - собственная частота недемпфированных механических колебаний.Устройство также содержит блок 14 измерения жесткости упругой связи, вход которого подключен к выходу блока 8 перемножения, динамическое зве О но 10 снабжено двумя корректирующими входами, которые подключены к выходу блока 14 измерения жесткости упругой связи и содержит входной блок 15 перемножения, входы которого являются собственно основным и первым корректирующим входами динамического звена 10, последовательно соединенные первый интегрирующий усилитель 8 216, второй интегрирующий усилитель 17 и дифференцирующий усилитель 18, выход которого является выходом динамического звена, блок 19 перемножения цепи обратной связи динамического звена, первый вход которого является вторым корректирующим входом динамического звена 10, второй вход соединен с выходом второго интегрирующего усилителя 17, а выход подключен к второму входу первого интегрирующего усилителя 16.Измерение жесткости упругой связи осуществляется блоком 14 измерения жесткости, включающим последовательно соединенные блок 20 измерения частоты колебаний момента двигателя, блок 21 возведения в квадрат, масштабный усилитель 22. Блок измерения частоты колебаний момента двигателя 20 включает анализатор частоты колебаний момента 23, сумматор 24, источник 25 опорного сигнала, пропорционального основной частоте колебаний двухмассовой системы, причем выход анализатора 23 частоты колебаний и выход источника 25 опорного сигнала, пропорционального частоте основных колебаний двухмассовой системы, присоединены соответственно к первому и второму входам сумматора 24.Устройство работает следующим образом.Передаточная функция динамического звена 10 равна11(Р Т Т 2Т 18 Р1 ь 1 тр+ осР Т 18р+ а ТТ,ф.где Т,ь,ТТ, - постоянные временисоответственно интеграторов 16 и 17и дифференциатора18, Т 1 ь = Кь С 1 ьТ 1 т - К,т С 1 т, Т 18л Се- коэффициент отрицательной обратнойсвязи, равный передаточному коэффициенту блока 19;Р - оператор Лапласа.Для консервативного колебательного звена, выполненного на операционных усилителях 16 и 17 с блоком 19(2) С другой стороны собственная частота недемпфированных механических колебаний равна(3) перемножения в цепи жесткой отрицательной обратной связи собственнаячастота колебаний определяется выражением 9218 4гой вход этого блока перемножения подается сигнал с выхода блока 14 измерения жесткости упругой связи пропорциональный величине жесткости С, получаем на выходе динамического звена 10 сигнал, пропорциональный скорости измерения момента М в упругой связи 10 1 1 Т Р = ( - С,ФТ+ - М,) С- --- , --(4) и по входу, к которому подключен ис 50 точник сигнала, пропорционального моменту сопротивления М, равным 1К(5) и учитывая то, что выход блока 9 суммирования присоединен к одному выходу блока 15 перемножения, а на дру 1 1где у = - + -- коэффициент, за11 12висящий от моментов инерции двигателя 11 и момента инерции механизма 12Из уравнений (2) и (3) следует, что при изменении жесткости упругой связи 2 собственная частота механиго ческих колебаний меняется и, чтобы в динамическом звене 10 учитывалось изменение жесткости упругого звена, необходимо изменять коэффициент об 25 ратной связи К, пропорционально фактической жесткости упругого звена С, Для этого в цепь обратной связи введен блок 19 перемножения, на один вход которого подается сигнал с выхода консервативного звена, т,е, с выхода второго интегрирующего операционного усилителя 17, а на другой вход сигнал с выхода блока 14 измерения жесткости упругого звена, пропорциональный величине жесткости С, При изменении жесткости упругой связи С коэффициент передачи блока перемножения К, пропорционален жесткости С и частота колебаний динамического звена р меняется и соответствует40 фактической частоте собственных колебаний механической системы.Выбрав коэффициенты усиления блока 9 суммирования по входу, подклю 45 ченному к выходу блока перемножения 8, равным 1 1 Т 1 ф/Т 1 Т 1 ь Р(8)и учитывая то, что Кспропорционаленжесткости упругой связи С, имеемуравнение (6) в следующем видеРМ = Г - С Ф 1 + - М ) С - (9)1 12 +1 2Измерение жесткости упругой связи в блоке 14 выполняют косвенным методом, используя зависимость между собственной частотой колебаний двух- массовой системы и жесткостью упругой связи С в соответствии с (3). Блок измерения частоты колебаний 20 измеряет частоту колебаний момента двигателя ы 1, равную д, и подают сигнал на вход блока 21 возведения в квадрат, сигнал на выходе которого пропорционален ы = 2 = су, Сигнал на выходе масштабного усилителя 22 также пропорционален жесткости С = = -- .Коэффициент передачи масштабноХго усилителя 22 равен 1/р Анализатор частоты колебаний обеспечивает измерение отклонения юш 1 фактической частоты колебаний момента двигателя от основной частоты ы, ,взя 1 Кнтой при базовой жесткости упругой19218 5 10 15 20 25 Например, с увеличением жесткости упругой связи 2 по сравнению с базо-войМ, увеличивается частота колебаний уйругого моментаи частота колебаний момента двигателя ш , при1 ф этом сигнал на выходе масштабного усилителя 22 возрастает, Так как этот сигнал подается на входы блоков 15 и 19 перемножения, то увеличиваются частота и амплитуда демпфируемого 5 13 связи Со. Отклонение частоты ау = ы, - ы обусловлено изменениемоснжесткости упругой связи С. Сигнал на выходе источника 25 опорного сигнала, пропорционален основной частоте колебаний .момента двигателя н 1 при базовой жесткости упругой связи Сщ. Поэтому на выходе второго сумматора 24 имеем сигнал, пропорциональный Фактической частоте момента двигателя Ю = ю + й и.1 оснПри возникновении колебаний момента И в упругой связи электропривода на выходе динамического звена 10 появляется сигнал, пропорциональный скорости изменения момента в упругой связи. Этот сигнал через операционный усилитель 12 с нелинейным элементом 11 на его входе поступает на регулируемый преобразователь 5 в цепи возбуждения двигателя, обеспечивая демпфирование колебаний.При изменении жесткости упругой связи между двигателем 1 и механизмом 3 изменяется частота колебаний момента в упругой связи и момента двигателя, поэтому изменяется сигнал на выходе блока 20 измерения частоты колебаний момента двигателя и сигнал на выходе масштабного усилителя 22, который пропорционален жесткости упругой связи. Так как сигнал с выхода масштабного усилителя 22 падается на входы блоков 15 и 19 перемножения, то в соответствии с уравнением (9) изменяются амплитуда и частота .демпфирующего сигнала на выходе динамического звена 1 О в зависимости от переменной жесткости упругой связи.При этом обеспечивается эффективное демпфирование колебаний при любой жесткости упругой связи, так как частота и амплитуда демпфируемого сигнала соответствуют фактической жесткости упругой связи и значит собственной частоте упругих колебаний двухмассовой электромеханической системы. 30 35 40 45 50 55 сигнала, получаемого на выходе динамического звена, который, поступая на вход преобразователя 5, имеет амплитуду, частоту и фазу, обеспечивающие эффективное демпфирование колебаний при конкретной жесткости упругой связи, Аналогично изменяются амплитуда и частота демпфнрующего сигнала при уменьшении жесткости упругой связи 2. Если жесткость упругой связи неизменна, то на выходе блока 20 измерения частоты колебаний момента сигнал неизменен и на выходах блоков 15 и 19 умножения действует постоянный сигнал, соответствующий базовой жесткости.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает эффективное демпфирование упругих колебаний в электроприводе с переменной величиной жесткости упругой связи между двигателем и механизмом и расширение функциональных возможностей электро- привода за счет применения его в электроприводах с переменной жесткостью упругой связи. Формула изобретения Устройство для демпфирования колебаний в злектроприводе с упругой связью между двигателем и механизмом по авт.св. У 736317, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей электропривода за счет обеспечения его работы при переменной жесткости упругой связи,в него введен блок измерения жесткости упругой связи, включающий последовательно .соединенные анализатор частоты колебаний, сумматор, блок возведения в квадрат и масштабный усилитель, источник опор - ного сигнала, выход которого подключен к второму входу сумматора блока измерения жесткости упругой связи, вход блока измерения жесткости подключен к выходу блока перемножения, динамическое звено снабжено двумя корректирующими входами, которые подключены к выходу блока измерения жесткости упругой связи, и содержит входной блок перемножения, входы которого являются соответственно основным и первым корректирующим входами динамического звена, последовательно соединенные первый интегрирующий усилитель, второй интегрирующий усилитель и дифференцирующий13 19218 Составитель В, ТрофименкоРедактор А. Сабо Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипенко Заказ 2526/53 Тираж 660 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5сПроизводственно-полиграфическое предприятие, г, ужгород, ул, Проектная, 4 усилитель, выход которого являетсявыходом динамического звена, блок перемножения цепи обратной связи динамического звена, первый вход которого является вторым корректирующим входом динамического звена, второйвход соединен с выходом второго интегрирующего усилителя, а выход подключен к второму входу первого интегрирующего усилителя.