Следящая система с ограниченным углом поворота выходного вала

мы,Изобретение относится к автоматике и может быть использовано при управлении угловым положением различных объектов.с,Цель изобретения - расширение диапазона допустимых, углов поворота выходного вала системы и уменьшениявремени вывода выходного вала системы из конечных положений в рабочуюзону.На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы; на фиг. 2то же, вариант выполнения.Следящая система содержит блок 1 15управления, исполнительный электродвигатель 2, датчик 3 положения, блок4 концевых выключателей, датчик 5скорости, детектор 6, компараторэлемент И 8, ключ 9, регулировочныйрезистор 10, обмотку 11 возбуждения,якорь 12, источник 13 напряжения питания, задатчик 14, источник 15 опорного напряжения, измеритель 16 рассогласования, формирователь 17 сигналауправления, усилитель 18 мощностипороговый блок 19, нагрузка 20, ключ21, диод 22.В качестве ключей 9 и 21 могутбыть применены любые безынерционные30ключи, Формирователь сигнала управления реализует любой закон управления,Система работает следующим образом.При движении нагрузки 20 в рабочей зоне системы ключ 9 разомкнут,поскольку на вход элемента И 8, уп-.равляющего работой ключа 9 поступает только выходной сигнал датчика 5скорости через детектор 6 и компаратор 7, Детектор 6 совместно с компаратором 7, уровень опорного напряжения которого равен нулю, выполняютфункцию порогового блока 19, вырабатывающего сигнал о наличии скорости 45системы, независимо от ее величины инаправления, При этом обмотка 11 возбуждения исполнительного электродвигателя 2 оказывается подключеннойк источнику 13 напряжения питания через регулировочный резистор 10,вели -чина которого выбирается так, чтобыпо обмотке 11 возбуждения протекалноминальный ток возбуждения. Выходной сигнал датчика скорости 5 оцновременно поступает на третий информационный вход блока. 1 управления дляобеспечения устойчивой работы систеПри подходе системы к конечным положениям срабатывают концевые выключатели блока 4 концевых выключателей и сигнал с выхода блока 4 поступает на управляющий вход блока 1 управления,переводя систему в режим динамического торможения, например, путем замыкания якорной обмотки исполнительного электродвигателя 2 на резистор динамического торможения или выходное сопротивление усилителя 18 мощности и, кроме того, на второй. вход элемента И 8. При этом элемент И 8 вырабатывает сигнал, который поступает на управляющий вход ключа 9, Последний замыкается и шунтирует регулировочный резистор 10, подключая обмотку 11 возбуждения исполнительногоэлектродвигателя 2 непосредственно к источнику 13 напряжения питания, осуществляя тем самым форсировку тока(потока возбуждения) в обмотке 11 воз. возбуждения. Поскольку момент, развиваемый исполнительным электродвигателем 2 постоянного тока, пропорционален потоку возбуждения (току возбуждения), то его тормозной момент, аследовательно, угол торможения системы, который обратно пропорционаленмоменту исполнительного электродвигателя 2, уменьшится,. По окончании процесса торможения и остановке системыв конечном положении сигнал на выходе датчика 5 скорости равен нулю, Врезультатте этого сигнал на выходеэлемента И 8 пропадает, ключ 9 размыкается и вновь подключает обмотку11 возбуждения к источнику 13 напряжения питания через регулировочныйрезистор 1 О, обеспечиваятем самымнормальное возбуждение исполнительно.го электродвигателя 2,При выходе системы из конечного положения в рабочую зону блок 1 управления отключает режим динамического торможения. На якоре 12 исполни. тельного электродвигателя 2 появляется напряжение, и он начнет вращаться в сторону выхода в рабочую зону.Одновременно начинает вращаться датчик 5 скорости, и на выходе компаратора 7 появляется сигнал, который гоступает на первый вход элемента И.Я. Поскольку в конечном положении блок 4 концевых выключателей срабатывает, на втором входе элемента И 8 также присутствует сигнал, Элемент И 8 срабатывает, и сигнал с его вьгода посМ= К 41, (1) где М - момент электродвигателя 2;Кц - коэффициент пропорциональности, зависящий от конструкцииэлектродвигателя 2;.1 - ток в якорной цепи.С другой стороны уравнение равновесия моментов на валу исполнительного электродвигателя 2 без учета моментов сил статических сопротивлений имеет вид: доМ=1Х ЙС(2) з 13 тупает на вход ключа 9, Последний замыкается, шунтирует регулировочный резистор 10 и вновь подключает обмотку 11 возбуждения исполнительного электродвигателя 2 непосредственно к источнику 13 напряжейия питания, форсируя тем самым поток возбуждения исполнительного электродвигателя 2, Его пусковой момент увеличивается, а сле.довательно, и увеличивается ускорение разгона системы, что обеспечивает более быстрый выход из конечного положения в рабочую зону.При сходе системы с концевых выключателей сигнал с выхода блока 4 . концевых выключателей пропадает, в результате чего пропадает сигнал на выходе элемента И 8, Ключ 9 размыкается и подключает обмотку 11 возбуждения к источнику 13 напряжения питания через резистор 10, обеспечивая тем самым номинальное возбуждение исполнительного электродвигателя 2 при нахождении в рабочей зоне.Рассмотрим эффект, получаемый при форсировке возбуждения исполнительного электродвигателя 2 в режиме динамического торможения. Известно, что момент, развиваемый исполнительным электродвигателем 2 постоянного тока, может быть записан в виде:(3) К а = - 1 К,где Кц - коэффициент противоЭДСК - суммарное сопротивлениеякорной цепи.Определив из уравнений (1) и (2)ток 1 в якорной цепи, после подстановки его выражения в (3) и преобра О зований получим уравнение, описывающее .процесс торможения системы: Т +Я =0 дО ф С 1 Ф(4) 15 -, 1где Т = - в в .а- - электромеханичесф ККц " кая постоянная времени системы,Интегрируя уравнение (4) по времени дважды при начальных с(0) = О; и (0) =сд,; (р(0) = О, получим выражение для угла торможения системы- Т з (1 - е) (Я Анализ выражения (5) с учетом выражения Тм показывает, что угол торможения системы пропорционален электромеханической постоянной временисистемы, которая, в свою очередь,обратно пропорциональнавеличине потока возбуждения исполнительногоэлектродвигателя 2 (току возбужденияэлектродвигателя 2), Таким образом,форсируя, например, поток возбуждения исполнительного электродвигателя2 в два раза, можно уменьшить уголвыбега системы в два раза и существенно расширить рабочую зону системы.40Считая, что разгон исполнительного электродвигателя 2 при выходе системы из конечного, положения в рабочую зону осуществляется постоянным моментом, время выхода системы в рабочую зону может быть вычислено поформулегде 1 - суммарный момент инерцииякоря 12 и нагрузки, приведенный к валу электродвигателя 2;Я - угловая скорость электродвигателя. 2.Пренебрегая индуктивностью якорной обмотки, которая, как правило, мала, уравнение напряжений в якорной цепи исполнительного электродвигателя 2 в режиме динамического торможения можно записать: где Я - ускорение разгона,Тогда при форсировке потока возбуждения исполнительного электродвигателя 2 в два раза время выхода сис темы из конечного положения в рабочую зону уменьшится тоже в два раза.55Таким образом, в предлагаемойследящей системы обеспечивается автоматическая форсировка возбуждения исполнительного электродвигателя 2на время торможения системы в конеч ных положениях и на время выхода сис темы из конечных положений с целью повышения его момента в этих режи. - . мах. Увеличение момента исполнительного электродвигателя 2 в режиме динамического торможения приводит к уменьшению углов выбега системы при торможении, что позволяет выставлять концевые выключатели ,ближе к предельному положению (механическим упо. рам), т,е. расширить рабочую зону системы, Увеличение момента исполнительного электродвигателя 2 в режиме вывода системы из конечных положений в рабочую зону позволяет увеличить ускорение разгона системы, что обеспечивает уменьшение времени вывода системы из конечного положения в рабочую зону,Формула изобретенияСледящая система с ограниченным углом поворота выходного вала, содержащая детектор, подключенный выходом к информационному входу компаратора, соединенного опорным входом с выходом источника опорного напряжения, а выходом с первым входом элемента И, подключенного выходом к управляющему входу ключа, задатчик соединенный выходом с первым входом измерителя рассогласования, подключенного вторым входом к выходу датчика положения, и выходом к первому входу формирователя сигнала управления, соединенного вторым входом с выходом датчика скорости и выходом с первымвходом усилителя мощности, подключенного выходом к якорной обмотке исполнительного электродвигателя, обмотка возбуждения которого подключена одним выводом к первому выходуисточника напряжения питания, а другим выводом через регулировочный ре 1зистор - к второму выходу источниканапряжения питания, вал исполнительного электродвигателя является выходным валом системы и кинематическисвязан с нагрузкой и с валами датчика положения и датчика скорости, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что с целью расширения диапазона допустимыхуглов поворота выходного вала системы и уменьшения времени вывода выходного вала системы из конечных положений в рабочую зону, введен блок концевых выключателей, кинематически соединенный с выходным валом системы иподключенный электрически к вторымвходам усилителя мощности и элементаИ, вхоц детектора соединен с выходом датчика скорости, а выводы ключаподключены к выводам регулировочногорезистора,1339488 Заказ 4216/35 ПодписноСССР Тираж 863НИИПИ Государственного комитет по делам изобретенйй и открыт Москва, Ж, Раушская наб., д 1130