Электропривод

)з Н 02 АНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ 2 ири руги ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина(56) Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Т сторные системы электропривода с уп ми связями. Л.; Энергия, 1979, с. 59,Авторское свидетельство СССР М 1084934, кл, Н 02 Р 5/06, 1982.(57) Изобретение относится к автоматизированным электроприводам с упругой кинематической связью между электродвигателем и механизмом при работе исполнительного органа на нагрузку типа пары трения, Целью изобретения является повышение надежности механизма и качества технологического процесса при работе электропривода на нагрузку типа пары трения. Устройство содержит электродвигатель 1, вал которого через упругую связь 3 соединен с исполнительным органом 2, последовательно соединенные эадатчик 5 скорости, коммутирующий элемент 12, регулятор 6 скорости, регулятор 7 тока, выход которого подключен к вентильному преобразователю. Вход датчика 10 фрикционных автоколебаний подключен к выходу датчика 9 тока. В данном устройстве обеспечивается подавление фрикционных автоколебаний без снижения частоты вращения электродвигателя за счет подключения дополнительной жесткой обратной связи по току к входу регулятора скорости и соответствующего изменения напряжения задания скорости. 1 3. и, ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с упругой связью между электродвигателем и механизмом при работе механизма на нагрузку типа пары трения,Цель изобретения - повышение надежности механизма и качества технологического процесса при работе электропривода на нагрузку типа пары трения,На фиг. 1 приведена функциональная схема электропривода; на фиг. 2 - функциональная схема датчика фрикционных авто- колебаний; на фиг. 3 - граница устойчивости электропривода в пространстве его обобщенных безразмерных параметров.Электропривод (фиг. 1) содержит электродвигатель 1, связанный с исполнительным органом 2 посредством упругой связи 3 и подключенный к вентильному преобразователю 4, а цепь управления которого включены последовательно включенные задатчик 5 скорости, регулятор 6 скорости, регулятор 7 тока с подключенными к входам регуляторов соответственно датчиком 8 и 9 скорости и тока. В электропривод введены датчик 10 фрикционных автоколебаний и управляемые коммутирующие элементы 11 и 12, при этом вход датчика 10 фрикционных автоколебаний подключен к выходу датчика 9 тока, а выход - к управляющим входам управляемых коммутирующих элементов 11 и 12, первый иэ которых включен между выходом датчика 9 тока и входом регулятора б скорости, а второй - между задатчиком 5 и регулятором 6 скорости, Между датчиком 9 тока и коммутирующим элементом 11 включен узел 13 жесткой обратной связи.Датчик 10 фрикционных автоколебаний (фиг, 2) образуют последовательно соединенные узкополосный фильтр 14, преобразователь 15 переменного напряжения в постоянное, второй фильтр 16, компвратор 17, логический элемент И 18, логический элемент ИЛИ 19 и триггер 20, а также последовательно соединенные дифференцирующее звено 21 и блок 22 компараторов. при этом вход дифференцирующего звена 21 подключен к выходу фильтра 16, первый выход блока 22 компараторов подключен к втоРому входу логического элемента И 18, второй выход - к второму входу логического элемента ИЛИ 19, а вход узкополосного фильтра 14 и выход триггера 20 служат соответственно входом и выходом датчика,Электропривод с упругой связью и нагрузкой типа пары трения характеризуется следующими обобщенными параметрами: у - коэффициент соотношения маховых масс; 1 - отнОшЕниЕ квадРатов5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 частот недемпфированного механического и электромеханического резонансов, Тм 1 з - относительная электромеханическая постоянная замкнутой системы; Ь - отношение жесткости механической характеристики нагрузки к модулю жесткости статической механической характеристики замкнутой системы электропривода.На фиг. 3 представлена граница устойчивости электропривода с упругой связью и нагрузкой типа пары трения в пространстве обобщенных параметров Ь, Тмин для значений у - 1,8 и м, где обозначены область А, соответствующая затухающим колебаниям, и область Б, соответствующая фрикционным автоколебаниям. Кроме того, на фиг.3 представлена прямая ОД, Ее наклон определяется исключительно механическими параметрами системы. Прн изменении жесткости статической механической характеристики электропри вода (введением дополнительной жесткой обратной связи по току) точка с координатами Ь и ТМ 1 З, отображающая характер динамических процессов системы электропривода, перемещается по прямой ОД.Электропривод работает следующим образом,При отсутствии скольжения в паре трения коммутирующий элемент 11 отключен и электропривод работает как система подчиненного регулирования со стандартной настройкой, При скольжении в механизме возникают фрикционные автоколебания, определяющие колебания тока в якорной цепи электродвигателя, Распознавание фрикционных автоколебаний производится датчиком 10 фрикционных автоколебаний в результате анализа им сигнала, поступающего на его вход с выхода датчика 9 тока. При этом на выходе датчика фрикционных автоколебаний вырабатывается сигнал в виде электрического напряжения, который включает коммутирующий элемент 11 по управляющему входу, В результате выход датчика 9 тока через узел 13 дополнительной жесткой обратной связи по току (пропорциональный усилитель) подключается к входу регулятора 6 скорости. При этом точка с координатами Ь, Тм 1 з, характеризующая тип динамического процесса в системе, из области Б фрикционных автоколебаний (фиг. 3) перемещается вдоль прямой ОД в область А, вследствие чего фрикционные автоколебания подавляются, Одновременно с подключением узла дополнительной жесткой обратной связи сигналом с датчика фрикционных автоколебаний во втором коммутирующем элементе 12 производится изменение напряжения задания скорости с5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 целью компенсации того статического эл;енения скорости, к которому приводит подключение дополнительной жесткой обратной связи,Датчик фрикционных автоколебаний осуществляет идентификацию фрикционных автоколебаний, С помощью узкополосного фильтра 14, настроенного на полосу частот фрикционных автоколебачий, и фильтра 16, выделяющего постоянную составляющую выпрямленно;о и усиленного напряжения, блок 22 компараторов идентифицирует уровень напряжения в четырех устанавливаемых диапазонах.Компаратор 17 является пороговым элементом и вырабатывает напряжение в случае, когда амплитуда колебаний тока силовой цепи привода превышает некоторое установленное значение. Дифференцирующее звено 21 предназначено иля выработки напояжения, анализируя кото.рое можно определитл характер колеоательного процесса (сходящийся, стационарный, расходящийся), При этом затухающему колебательному процессу соответствует отрицательное напряжение на .- выходе дифференцируюцего звена 21. стационарным фрикционным астоколебаниям - напряжение, близкое к нулю, расходящемуся кг лсбвт.льн му прас,-ссу - относительно неболл шое положительное напряжение, первому моменту ударного приложения нагрузки - значительное по ве.личине выходное напряжение, Ьлок 22 компараторов предназначен для анализа характера колебательного процесса и соответствующей выработки выходных напряжений, Компоновка компара 1 оров в блоке 22 осуществлена так, что при отрицательном напряжении на входе блока выходной сигнал отсутствует на обоих выходах, при величине входного напряжения из малой окрестности муля на первом выходе вырабатывается сигнал, а на втором нет, при относительно небольшом положительном входном напряжении вырабатывается сигнал на втором выходе и при значительном входном напряжении не вырабатываются сигналы ни на первом, ни на етором выходах. Элемент И 18 предназначен для индикации стационарных фрикционных автоколебаний со значительной амплитудой, в также для исключения ложных срабатываний датчика фрикционных автоколебаний при приложении ударной нагрузки как в первый момент, когда амплитуда резко возрастает, так и в дальнейшем, когда колебания приобретают характер затухающего процесса. Элемент ИЛИ 19 служит для индикации фрикционных автоколебаний в двух ст учаях; или стац 1 онарн ых ф рикционных автоколебаний (по сигналу с элемента И 18) или расходящихся колебаний(по сигналу с второго выхода блока 22 компараторов), а также для предотвращения ложных срабатываний триггера 20 от кратковременных импульсов на выходе элемента И 18, При этом уставки (опорные напряжения) компаратора 17 и блока 22 компараторов устанавливаются при наладке устройства, а их ориентировочные величины могут быть заранее рассчитаны исходя из требований к динамике данного механизма,При рассмотрении работы датчика 10 следует иметь ввиду, что до уровня стационарной амплитуды фрикционные автоколе. бания могут развиваться л 1 бо плавно (за 2-10 или более периодов расходящихся колебаний), либо скачком (менее чем за 0.5 периода), что зависит от величины логарифм;веского декремента и других факторов, датчик построен так, что позволяет распознавать фрикционные автоколебания независимо о 1 типа их установления и вместе с тем отличить их от затухающих колебаний бо;ьшой амплитуды, вызванных, например, ударной нагруэой в элементах конструкции. В качестве фрикционных автоколебаний регистрирую" ся колебательные процессы установленной частоты и либо стационарной, но относительно большой амплитуды, либо нарастающей во времени амплитуды (независгл:;о от ее величины), Принципиальной основой аппаратурного анализа динамических процессов в приводе с индикацией режима фрикционных автоколебаний является непрерывный контроль комбинаций абсолютных величин двух фи. зических параметров; амплитуды колебаний и скорости изменения этой амплитуды.Фильтр 14 выделяет из сигнала датчика 9 тока первую гармонику колебаний тока, соответствующих фрикционным автоколебаниям, когда последние появляются. Преобразователь 15 со сглаживающим фильтром 16 вырабатывает на выходе в зависимости от типа установления фрикционных автоколебаний либо плавно нарастающее в функции времени напряжение (плавное установление), либо близкое к единичной функции (скачкообразное установление). При стационарных фрикционных автоколебаниях на выходе фильтра 16 присутствует постоянное напряжение. В случае плавного установления фрикционных авто- колебаний дифференцирующее звено 21 вырабатывает относительно небольшое положительное напряжение, в результате чего блок 22 компараторов на первом выходевырабатывает нулевое напряжение, а на втором выходе - положительное и включает элемент ИЛИ 19, который затем включает триггер 20. Последний подключает узел дополнительной жесткой обратной связи по току. В случае, когда имеет место второй тип установления фрикционных автоколебаний и стационарная амплитуда устанавливается скачком, на выходе дифференцирующего звена 21 присутствует сигнал, близкий к нулевому, в результате чего на втором выходе блока 22 компараторов вырабатывается нулевой сигнал, а на первом - положительный, который подается на второй вход элемента И 18. При этом на первом входе элемента И 18 также присутствует положительный сигнал, поскольку амплитуда фрикционных автоколебаний значительна и соответствующий ей сигнал превышает уставку компаратора 17. Элемент И 18 вырабатывает на выходе напряжение и через элемент ИЛИ 19 включает триггер 20, который обеспечивает подключение узла дополнительной жесткой обратной связи по току.В случае затухающего колебательноге процесса значительной амплитуды компаратор 17 вырабатывает сигнал, который подается на первый вход элемента И 18. Однако на выходе элемента И 18 присутствует нулевой сигнал, поскольку дифференцирующее звено 21 вырабатывает отрицательное напряжение и, следовательно, на обоих выходах блока 22 компараторов вырабатываются нулевые сигналы. Поэтому не включается элемент ИЛИ 19 и ложного срабатывания не происходит.При ударном приложении нагрузки, когда первому полупериоду колебаний соответствует всплеск амплитуды колебаний, на выходе дифференцирующего звена вырабатывается положительное напряжение большой амплитуды. При этом на обоих выходах блока 22 компараторов вырабатываются нулевые напряжения, вследствие чего триггер 20 не включается и ложного срабатывания не происходит,Таким образом, датчик фрикционных колебаний обеспечивает идентификацию фрикционных автоколебаний и автоматически производит подключение к системе управления электроприводом дополнительной обратной связи по току.Отключение дополнительной жесткой обратной связи по току и возврат системы управления в исходное состояние производятся подачей напряжения на второй выход триггера 20, который в результате отключает коммутирующий элемент 11. Подача на 5 10 15 пряжения на второй вход триггера 20 может осуществляться либо оператором, либо автоматически с различными принципами выработки управляющего напряжения,Датчик фрикционных автоколебаний может быть выполнен на базе интегральных элементов - серийно выпускаемых операционных усилителей и коммутирующих элементов, либо программно с применением микропроцессоров.Таким образом, электропривод обеспечивает подавление фрикционных авто- колебаний, что значительно снижает динамические нагрузки в упругой связи, повышая надежность механизма и качество технологического процесса,20 25 ЗО 35 40 45 50 55 Формула изобретения 1. Электропривод, содержащий электродвигатель, связанный с исполнительным органом посредством упругой связи, подключенный к вентильному преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные задатчик скорости, регулятор скорости и регулятор тока с подключенными к входам регуляторов ссютветственно датчиками скорости и тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности механизма и качества технологического прс есса при работе электропривода на нагрузку типа пары трения, в него введены датчик фрикционных автоколебаний, два управляемых коммутирующих элемента, при этом вход датчика фрикционных автоколебаний подключен к выходу датчика тока, а его выход - к управляющим входам управляемых коммутирующих элементов, первый из которых включен между выходом датчика тока и входом регулятора скорости, а второй - между задатчиком и регулятором скорости.2. Электропривод по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что датчик фрикционных автокопебаний содержит последовательно соединенные узкополосный фильтр, преобразователь переменного напряжения в постоянное, второй фильтр, компаратор, логические элементы И и ИЛИ и триггер, а также последовательно соединенные дифференцирующее звено и блок компараторов, при этом вход дифференцирующего звена подключен к выходу второго фильтра, первый выход блока компараторов подключен к второму входу логического элемента И, его второй выход - к второму входу логического элемента ИЛИ, а вход узкополосного фильтра и выход триггера служат соответственно входом и выходом датчика. Огар ак Заказ 4127 Тираж 455 Подлиснов ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбина "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10