Устройство для управления ревер-сивным приводом

Союз Советски Социалистических Республик(22) Заявлено 06.0477(21) 2472687/24-07 ( 1)м. Кл. с присоединением заявки М -6 12 В 3/06 Государственныйкомитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 26. 01. 81(71) Заявитель Новосибирский институт инженеров водного транспорта(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ РЕВЕРСИВНЫМ ПРИВОДОМ стредетаИзобретение 9 тносится к автоматическому управлению реверсивным приводом с несамотормозящей механичес-, кой передачей (паровые машины, вы- . сокомоментные гидромоторы, электрические машины) и может быть использовано для точного измерения или задания силы (момента) на исполнительном органе, 10Общеизвестны автоматизированные приводы, в которых автоматическое регулирование происходит по косвенным величинам. При непрерывной ра" боте таких установок сила трения их механической части является хотя и переменной, но вполне определенной и поведение установки полностью предсказуемо, т.е. возможно построение. точной математической модели работы привода. Поэтому для решения задач автоматизации привода применяются широко известные системы автоматичекого регулирования, в которых трудно- измеримые переменные состояния испол нительного органа (момент, сила и т.п.заменяются соответствук ими переменными состояниями привода (ток,давление) .В случае прерывистого режима работы привода, когда вбзможно остансвленное состояние его "пбД йагрузкой, сила трения в пределах зонытрения покоя является неопределенной. Из.-за несоответствия переменных состояний исполнительного органа и гривода существующие системыавтоматического регулирования в указанном режиме не всегда эффективны так как косвенное измерение переменных состояния исполнительного ор"ана по значениям аналогичных переменных состояния остановленной машины можно выполнить только с точностью до сил трения.Известно устройство для уничтожения трения покоя,в котором при помощи вибрационного механизма компенсируется трение покоя в шарикоподшипниках 11.Недостатком его и годобных у ройств является наличие знакопе менных колебаний перемещений в лях, что требует затрат энергии.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для управления реверсивным приводом, содержащее привод с . механической передачей, исполнитель.- ный орган,.автоматический регуляторсилы привода и генератор колебаний.Наложение дополнительных колебанийна силу привода компенсир,ет зонунеопределенности сил трения покоя, что позволяет повысить точность измерений в этом устройстве 21.Однако при этом ухудшаются динамические и энергетические характеристики устройства,.Цель изобретения - улучшение динамических и энергетических характеристик устройства.Цель достигается тем, что в устройство для управления реверсивным приводом с механической передачей, содержащее исполнительный орган, автоматический регулятор силы при вода и генератор колебаний, введены датчики силы привода и перемещения исполнительного органа, вычислительное устройство, блоки усреднения силы привода и выключения колебаний, 20 измерительный прибор и задатчик. Причем выход датчика силы привода соедйнен с первым входом автоматического регулятора силы привода и входом блока усреднения, выход которого соединен с входом вычислительного устройства, соединенного выходами с измерительным прибором и первым входом генератора колебаний, второй вход которого через блок выключения колебаний соединен с выходом автоматического регулятора силы привода, соединенного вторым входом с выходом генератора колебаний, а третьим через дополнительно введенный переклФ- чатель с выходами задатчика и датчика перемещенийНа фиг. 1 показана блок-схема устройства для управления реверсивным приводом, на Фиг2 - графики обобценных сил и колебаний. 40Устройство содержит привод 1 с механической передачей и исполнительный орган 2, К приводу присоединен автоматический регулятор 3 силы привода, входы которого связаны с датчиком 4 силы привода и через переключатель 5 с датчиком перемещения или задатчиком 6. Датчик 4 силы привода соединен с приводом, а датчик 7 перемещения - с исполнительным органом. К автоматическому регулятору 3 подключен генератор 8 колебаний, один из входов которого через последовательно соединенные вычислительное устройство 9 и блок 10 усреднения силы привода соединен с датчиком 4 силы привода, другой через блок 11 выключения колебаний соединен с выходом автоматического регулятора, К вычислительному устройству 9 подсоединен измерительный прибор 12, 60На Фиг, 2 показана зона трения по.коя в системе координат М и где М - обобщенная сила привода;- обобщенная сила исполнительного органа, линия А - граница фак.и- у ческого трогания в положительномнаправлении (ход машины вперед )линия В - Фактическая граница трогания в противоположном направлении(ход машины назад), прямая Ннейтральная линия, на которой силатрения (момент трения) равна нулю,т.е. М=О ,Зона, ограниченная линиями А и В,является зоной трения покоя (определяется экспериментально), Отрезки 13-14, 15-16, 17-18 - некоторыехарактерные горизонтальные отрезкизоны трения покоя при значенияхв точках 19 и 2 и при нулевом значении Д . Точки 21,22 и 23 - средниеточки горизонтальных отрезков.%141. М 1-М =05 (М 14Ь)В рассматриваемом частном случаезона трения покоя симметрична относительно начала координат и средняяточка 23 совпадает с точкой О.Точки, находящиеся посередине горизонтальных отрезков, например 21,22 и 23, названы средними точками,а их геометрическое место - линияС - названа средней линией. Точки,находящиеся на пересечении горизонтальных отрезков с нейтральной линией Н, например 24,25 и 0 нейтральные точки. д - поправка, равная приращению силы привода в нейтральной точке относительно средней точки одного горизонтального отрезка,напримеб для отрезка13-14 Д = Мл 4- М . э и Ь - линиитрогания задаваемой эоны трения покоя (аналогичны А и В).На фиг, 2 показаны также графики прямоугольных колебаний 26 и 27 результирующей силы в зависимости от временис постоянными амплитудами, равными половине горизонтальных отрезков 17-18, 13-14, зон трения относительно средних точек 23 и 21 соответственно. График прямоугольных колебаний 28 соответствует частичной компенсации трения покоя в отрезке 15-16 относительной средней точки 22 и относительно точек 29 и 30.Устройство может работать как в режиме точного измерения силы исполнительного органа, так и в режиме точного ее задания, Возможен режим частичной компенсации трения покоя, зона трения покоя произвольно сужаегся в требуемых пределах.Система в режиме измерения работает следующим образом.Если машина находится в остановленном состоянии под нагрузкой, то при изменении М,Ов границах эоны трения А-В,т,е. например 17- 18-31-32, трсгания не происходит, Если в этот момент включить автомаческий регулятор 3 и с помощью гене" ратора 8 колебаний подать на еговход колебания 26, амплитуда которыхравна половине горизонтального размера зоны трения покоя а=М 18 =/Мл 7/ (фиг. 2), то при М -00 результирующая сила периодически выходит за границу А, т.е. установка периодически трогается в положительном на 5 правлении с частотой наложенных колебаний, М с - координата средней точки горизонтального сечения. При Мс-О(0 аналогично происходит периодическое трогание привода в противоположном направлении. Очевидно, что при М -О 0 трогания не.происходит.Сигнал о трогании с помощью датчика 7 перемещения через переключатель 5 подается на вход автоматичес кого регулятора 3, который, воздей" ствуя на привод, уменьшает или увеличивает М до тех пор, пока точка (М, О) не выйдет на среднюю линию С, в этот момент машина оста навливается, Требуемая амплитуда колебаний задается с помощью вычислительного устройства 9 в зависимости от сигнала М получаемого от дат)чика 4 силы через блок 10 усреднения силы, представляющего собой Фильтр низких частот. На измерительный прибор 12 от вычислительного устройства 9 подается усредненное во времени значение силы М с учетом поправки 8 В момент остановки привода показания прибора соответствуют Мс сГ=Мн т.е. точке, лежащей на неитральной линии, где М =О,;НТаким образом, по показаниям М можно установить значение О, С воз- З 5 растанием О (сила на исполнлтельном органе имеет случайную составляющую) автоматически, как было указано выше, возрастает сила привода М и одновременно на вход автоматическо Ого регулятора 3 через цепочку: датчик4 силы, блок 10 усреднения силы, вычислительное устройство 9, генератор 8- колебаний подаются колебания,.амплитуда которых возрастает в соответствии с увеличением горизонтального размера зоны трения покоя, Например, при 0 = О, амплитудаа=М 4 -М. Ав "окатический регулятор 3 увеличивает М до тех пор, пока точка (И,п) не выйдет на среднюю линию. В этот момент установка перестает трогаться и прибор 12 показывает значение М =ОДатчик 7 перемещения необходим для автоматической осив механической системы. Когда переключатель 5 соединяет автоматический регулятор 3 с датчиком 7, установка работает в режиме измерения силы исполнительного органа. Если в рассматриваем.й на фиг.1 схеме переключателем 5 к входу автоматического регулятора 3 присоединить задатчик 6, установка будет рабо- у тать в режиме задания силы исполнительного органа.Работа установки в режиме задания,в отличие от работы в режиме измерения, может быть эффективйа только втом случае, когда существует составляющая силы, зависящей от перемещения, например в лебедках, Здесь припревышении нагрузки лебедка "потравливает" трос и этим уменьшает нагрузку до заданной величины,Причем "потравпивание" троса происходит весьма экономно, так как обеспечивается высокая точность эа счетисключения зоны трения покоя,Очевидно, могут быть случаи, когда согласно техьологическому процессу нужен только режим заданияили только режим измерения, напримердля лебедок (боковых) траншейногоземлесоса.или для крана, взвешивающего груз. В первом случае иэ схемына Фнг, 1 могут быть исключены датчик 7 перемещений и переключатель 5,а эацатчик 6 . непосредственноприсоединен к входу автоматическогорегулятора 3. Во втором случае можноР 1 сключР 1 ть из схемы задатчик 6 и переключатель 5,а датчик 7 соединен свходом.автоматического регулятора 3.Блок 11 выключения колебаний в любомслучае служит для выключения генератора 8 колебаний в режиме непрерывного вращения машины, когда определенность трения исчезает,Практически часто возникает задача сужения зоны трения покоя, таккак полное ее исключение вызываетавтоколебательные процессы в автоматизированном приводе, Для этого,воздействуя на вычислительное уотройство 9 корректирующим сигналом,можно уменьшить степень компенсации:отношение амплитудь 1 колебаний Ок половине горизонтального размеразоны трения покоя - Ь. О ЬЬ)при /Ь = О - режим нулевой КомпенсаЦИР 1а/Ь =л - режим полной кмпенсации.На графике 28 (Фиг,2) показан случа 70 О-ной компенсации 1 Ь = О 7 Пусть О находится в окрестности точки 20. если м, ) ме,п.; 7 0 ээ, то результирующая сила М + а йериодически выходит за границу А, т.е. установка периодически трогается в положительном направлении, ,При М : М О 0 аналогично происхос лэ 1 мдит трогание в противоположном напр влении.В луч ММ ( М , 0 0 О., и-"шина останавлйвается, При работе установки в режиме изменения сигнал перемещения исполнительного органа 2 датчиком 7 через переключатель 5 подается на вхоц автоматического регулятора 3, который, воздействуя на привод 1, уменьшает или увеличивает Мдо тех пор, пока точка (М, О) не войдет в зону, ограниченную лйниями а-Ь, В этот момент происходит остановка привода.При работе установки в режиме задания односторонние перемещения исполнительного органа приводят к изменению его силы 0 и к автоматической остановке машины при значении силы исполнительного органа, равной заданной на задатчике б, с точностью до ширины эоны а-Ь. Например, на- О тяжение троса зависит от угла поворота барабана лебедки и при периодическом изменении угла поворота в сторону, например наматывания сила увеличивается. Когда точка (М;0; )вхо дит в зону, ограниченную линиямй а-Ь, система останавливается.При изменении М 0, амплитуда колебаний, задаваемая с помощью вычислительного устройства 9 в эави О симости от сигнала М . и корректирующего сигнала, уменьшается пропорционально выбранной степени компенсации С 1 Ъ = 0,7Таким образом, в зависимости от корректирующего сигнала, т.е. от степени компенсации а/Ъ , можно задать в пределах фактической зоны А-В любую ширину требуемой зоны трения покоя а-Ь. В более общем. случае, введя в вычислительное уст.ройство программы изменения корректирующего сигнала, можно задать любую конфигурацию зоны трения покоя в рамках фактической, что позволяет оптимизировать выбор параметров динамической системы по точности и демпфирующим характеристикам.Предлагаемое устройство может быть использовано в автоматизированном приводе оперативных лебедок зем снарядов, Кроме того, оно может быть применено в натурных аэрогидродинамических испытаниях дляизмерения сил и моментов на рулях или сил сопротивления, в том числе и при испытаниях в аэрогидродинамических трубах. Его можно использовать для взвешивания грузов непосредственно при перегрузке их подъемными кранами.Формула изобретения Устройство для управления реверсивным приводом с механической передачей, содержащее исполнительныйорган, автоматический регулятор силыпривода и генератор колебаний,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью улучшения динамических и энергетических характеристик устройства,в него введены датчики силы приводаи перемещения исполнительного органа,вычислительное устройство, блокиусреднения силы привода и выключенияколебаний, измерительный прибор иэадатчик, щ ичем выход датчика силыпривода соединен с первым входомавтоматического регулятора силы привода и входом блока усреднения,.выход которого соединен с входом вычислительного устройства, соединенного выходами с измерительным прибором и первым входом генератора колебаний, второй вход которого черезблок выключения колебаний соединенс выходом автоматического регуляторасилы привода, соединенного вторымвходом с выходом генератора колеба"ний, а третьим - через дополнительновведенный переключатель - с выходамиэадатчика и датчика перемещений.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.Авторское свидетельство СССР9 186182, кл. С 01 М 13/04, 1966.2.Авторское свидетельство .СССР9 285267, кл. Г 16 С 39/06, 1970.оное ВНИИПИФилиал каэ 10081/77 Тираж 598 Патент , г. Ужгород, ул, Проектная