Система регулирования скорости

109246 -. -Изббретение относится к системамстабилизации и регулирования скорости вращения электрических двигателейи может быть использовано, например,в качестве электромеханического при" 5вода медицинского прибора для исследования агрегации и вязкости крови.При работе прибора исследуемаякровь пропускается через мелкоячеистый фильтр и при этом с помощью тен-;зодатчика измеряется величина сопротивления, оказываемого фильтром току крови. Причем для измерения одниххарактеристик крови необходимо поддерживать скорость фильтрации строго постоянной, при этом величина сопротивления фильтра току крови служит характеристикой агрегатного состояния крови, а для исследования других ее параметров, в частности вязкости, необходимо скорость фильтрации менять в широких пределах. В зависимости от состояния исследуемой крови величина сопротивления фильтра кровотоку, а следовательно, и механическая нагрузка на привод прибора меняется в процессе фильтрации одной пробы и от одной пробы к другой в широкихпределах (в ОО и более раз). Но при этом точность поддержания установлен ной скорости фильтрации для получениядостоверных результатов должна оста"ваться высокой. Известно, что длятого, чтобы получить высокую точность стабилизации, привод охватывают отрицательной обратной связью по скорости. Известна система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные эадатчик регулируемого параметра, первый блок сравнения, усилитель, реле, интегратор, фильтр низких частот, источник постоянного напряжения, второй блок сравнения сервомеханизм, объект регулирования и датчик регулируемой координаты, соединенный выходом со вторым входом первого блока сравнения, вьгход усилителя соединен со вторым входом 50 второго блока сравнения, третий вход которого через датчик промежуточного параметра подключен к выходу сервопривода 1 1.В известной системе уменьшено .3 55 влияние фазовых погрешностей элементов структурной схемы системы и дрейфа усилителя на точность ее работы, однако увеличение мехачической 52нагрузки на валу сервомеханизма влечет за собой увеличение ошибки стабилизации и регулирования скорости системы. Таким образом, недостатком системы является ее низкая точностьИзвестна также система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные задатчик, сумматор, сервомеханизм, объект регулирования и датчик регулируемой величины, подключенный выходом ко второму входу сумматора,к входам трех мас- штабирующнх блоков и кпервому входу сигнум-реле, выходы первого и третьего масштабирующих блоков подключены к первым входам соответственно первого и второго компараторов, вторые входы которых подключены ко второму входу сигнум-реле и к выходу второго масштабирующего блока выходы первогс и второго компараторов соединены с соответствующими управляющими входами ключа и усилителя с переменныи коэффициентом усиления, сигнальный вход которого через ключ и сигнумреле подключен к выходу источника постоянного напряжения, а выходы через интегратор - к третьему входу сумматора Г 2 3Недостаток указанной системы заключается также в низкой точности при изменении механической нагрузки на валу сервомеханизма.Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является система регулирования скорости, содержащая последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок управления, усилитель, электролвигатсль и датчик регулируемой величины, подключенный выходом ко второму входу блока сравнения и входам трех масштабирующих блоков, причем выходы первого и третьего масштабирующих блоков соединены с первыми входами соответственно первого н второго компараторов, вторые входы которых подключены к выходу второго масштабирующего блока, а выходы которых подключены к первому и второму управляющим входам ключа, сигнальные входы которого соединены с выходами источника постоянного напряжения, а выход через интегратор соединен с третьим входом блока сравнения 3 ,Однако и данная система характеризуется низкой точностью.з 1092465Цель изобретения - повышение точ- У ности системы,Поставленная цель достигается тем, что в системе регулирования скорости, содержащей первый мастабирующий блок, последовательно соединенные задатчик регулируемой величины, блок сравнения первый сумматор, усилитель, электродвигатель и датчик регулируемой вели чины, соединенный выходом со вторым входом блока сравнения и первым входом первого компаратора, и последовательно соединенные второй масштабирующий блок и второй компаратор, соеди ненный выходом с управляющим входом ключа, сигнальный вход которого соединен с выходом источника постоянного напряжения, а выход через интегратор соединен со вторым входом первого сумматора, дополнительно установлены блок обнуления. интегратора и второй сумматор, первый вход которого соединен с выходом датчика регулируемой величины, второй вход " с выходом 25 первого масштабирующего блока, вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - со вторым входом второго компаратора, вход блока обнуления интегратора соединен с выходом ЗО первого компаратора, а выход - со вторым входом интегратора, вход второго масштабирующего блока соединен с выходом задатчика регулируемой величины, а выход - с вторым входом первого компаратора. На чертеже представлена функциональная схема предлагаемой системы,Схема включает задатчик 1 регули 40 руемой величины, блок 2 сравнения, первый сумматор 3, усилитель 4, электродвигатель 5, датчик 6 регулируемой величины, второй масштабирующий блок 7, второй и первый компараторы 8 и 9, второй сумматор 10, источник 11 по 45 стоянного напряжения, ключ 12, интегратор 13, первый масшгабирующий блок 14, блок 15 обнуления интегратора.50Задатчик 1 регулируемой величины- скорости представляет собой управляемый делитель напряжения, например, прецизионный потенциометр, блок 2 сравнения выполнен, например, на 55 суммирующем операционном усилителе, первый сумматор 3 - например, на суммирующем операционном усилителе,4силитель 4 - например, в виде усилителя постоянного тока, электродвигатель 5 - например, в виде электро" двигателя постоянного тока, датчик 6 регулируемой величины - скорости выполнен, например, в виде тахогенератора постоянного тока, масштабирующий блок 7 - например, на реэисторном делителе напряжения, сумматор 1 О аналогично сумматору. 3, ключ 12 например, на транзйсторе, блок 15 обнуления интегратора - например, электромагнитном или электронном реле.Система работает следующим образом.Сигнал постоянного тока, пропорци. ональиый величине. заданной скорости, с задатчика 1 через блок 2 сраннения, сумматор 3 и усилитель 4 поступает на обмотку якоря электродвигателя 5 и приводит его во вращение.Величина скорости вращения вала электродвигателя 5 преобразуется датчиком 6 в пропорциональный скорос. ти вращения электродвигателя 5 электрический сигнал и поступает на второй вход блока 2 сравнения. На выходе последнего образуется напряжение ошибки, равное разности между задающим сигналом и сигналом с выхода датчика 6. Это напояжение через сумматор 3 прикладывается ко входу усилителя 4, а выходное напряжение усилителя 4, воздействуя на обмотку якоря электродвигателя 5, поддерюп ает требуемую скорость вращения выходного вала при условии, что момент нагрузки на валу электродвигателя 5 равен или меньший номинального значения. Входной сигнал с выхода задатчика 1 поступает также и на вход масштабирующего блока 7, коэффициент передачи которого выбран такой величины, чтобы при номинальной нагрузке на валу электродвигателя 5 напряжение на выходе масштабирующего блока 7 био несколько меньше напряжения с выхода датчика 6. Поэтому на первом входе первого комларатора 9 напряжение больше, чем на втором его входе. Следовательно, на его выходе присутствует высокий уровень напряжения, которое запускает блок 15 обнуления интегратора, Таким образом, интегратор 13 находится в обнуленном состоянии и на его выходе напряжс.нне5 1 О 924 равно нулю, Следовательно, равно нулю и напряжение на втором входе второго сумматора 10, а напряжение на его выходе равно напряжению ыа выходе датчика 6, Таким образом, 5 напряжение на первом входе компаратора 8 оказывается меньше напряжения на его втором входе, поэтому на его выходе имеется низкий уровень напряжения, который не может открыть О ключ 12, вследствие чего ключ 12 не пропускает напряжение от источника 11 постоянного напряжения на вход интегратора 13. Поэтому при моменте нагрузки на валу электродвигателя 5,.5 не превышающей номинального значения, на втором входе сумматора 3 сигнал равен нулю и стабилизация скорости вращения выходного вала привода осуществляется только за счет канала 20 регулирования по отклонению.При возрастании момента нагрузки на валу электродвигателя 5 уменьшает ся скорость электродвигателя 5, что25 приводит к уменьшению сигнала на выходе датчика 6. Поэтому напряжение сигнала на первом входе компаратора Я превышает величину сигнала на его втором входе и на выходе появляется высокий потенциал, который замыкает ключ 12, и с выхода источника 11 сигнал поступает на вход интегратора 13. Кроме того, на первом входе компаратора 9 напряжение стает ниже,чем на его втором входе, и на выходе 35 стает низкий потенциал, Бследствие этого блок 15 обнуления интегратора выключается ч интегратор 13, будучи разблокированным, начинает интегрировать поступающее на его вход напряже-"0 ние, причем нарастающее на его выходе напряжение прикладывается ко второму входу сумматора 3, где складывается с сигналом ошибки по скорости, тем самым увеличивая величину управляюще 5 го воздействия и, следовательно, величину скорости вращения выходного вала электродвигателя 5. При этом пропорционально возрастает напряжение на выходе датчика 6, С выхода интегратора 13 напряжение через масштабирующий блок 14 поступает также на второй вход сумматора 10. Таким путем достигается компенсация влияния инерционности электродвигателя 5 на 55 работу всей системы, Действительно, вследствие инерционности электродвигателя 5 скорость вращения его выходного цала достигает заданной величины лишь спустя некоторое определенное время после того, как уста-. новится необходимая для этого величина нагряжения на. его обмотке якоря. Иными словами, выходное напряжение интегратора 13 уже достигло достаточ" ной величины, чтобы обеспечить поддержание заданной скорости вращения выходного вала, но, поскольку электро двигатель 5 сможет развить эту скорость лишь спустя некоторое время, то компаратор 8 продолжает держать ключ 12 в замкнутом состоянии и выходное напряжение интегратора 13 продолжает возрастать. Это может привести к возникновению колебаний; Введение связи выхода интегратора 13 через масштабирующий блок 14 и сумматор 10 со вторым входом компара тора 8 обеспечивает Форсирование момента отключения компаратора 8 и при соответствующем выборе коэффициента передачи блока 14 размыкание ключа 12 и отключение входной цепи интегратора 13 от источника постоянного напряжения 11 и момент достижения выходным напряжением интегратора 3 достаточно для поддержания величины заданной скорости вращения Действительно, ключ 12 размыкается тогда, когда на выходе компаратора 8 потенпиал стает низким, что происходит в момент, когда напряжение на втором входе компаратора 8 превышает напряжение на его первом входе. За счет того, что величина напряжения, поступающего на второй вход компаратора 8, складывается из сигнала датчика 6 и выходного напряжения интегратора 13, проходящего через масштабирующий блок 14, вь.бор необходимого коэффициента передачи блока 14 позволяет обеспечить отключение ключа 12 в момент достижения напряжением на выходе интегратора 13 нужного значения не дожидаясь, когда скорость вращения вала электродвигателя 5 также достигнет заданного значения.Если при дальнейшей работе системыпосле увеличения нагрузки происходитее уменьшение, то скорость вращениявала электродвигателя 5 возрастает,возрастает также сигнал с выходадатчика 6. Б результате напряжениена первом входе компаратора 9 стаетвыше напряжения на втором его входе .65 7 0924 и на его выходе появляется высокий уровень напряжения, который включает блок обнуления интегратора 15. Этот блок 15, воздействуя на второй вход интеграторе 13, обеспечивает обнуление его ныходного напряжения, Следователь но, сигнал со второго входа сумматора 3 снимается, и точность стабилизации скорости привода обеспечивается только каналом регулирования по откло О нению. Таким образом, в системе достигается инвариантность выходной величины от воэмушаемого воздействия .(из 5 менения момента нагрузки на валу) за счет введения астатизма в канал регулирования по возмущению. При этом исключается нозможность потери устойчивости в работе привода, возникающая при наличии положительной обратной связи по моменту нагрузки элект-, родвигателя 5, а влияние инерционности интегратора 13 на устойчивость системы исключается с помощью введенного формирования момента размыкания ключа 12, а также обнуления интегратора 13 при уменьшении величины нагрузки ца валу электродвигателя 5.Кроме того, предлагаемая система поЗО сравнению с базовым объектом позволяет обеспечить высокую точность стабилизации скорости вращения электродвигателя 5 при изменяющейся в широ-, ких пределах нагрузке без уменьшения 35Чзапаса устойчивости работы системы, так как н этой системе наряду с сигналом (напряжением) управления, формируемым каналом регулирования со статизмом, формируют сигнал упранле-. 4 О ния в канале регулирования с астатизмом первого порядка, которым воздействуют на исполнительный электродвигатель системы только при превышении сигналом ошибки системы некото рой заданной величины (обусловленной в основном, возрастанием момента нагрузки электропривода), что снижает значение величины ошибки. При исчез.новении возмущающего ноздействия ошибка системы снижается и сигнал управления, формируемый каналом регулирования с астатизмом первого порядка, не воздействует на элекТродвигатель системы, тем самым исключается отрицательное влияние интегрирующего звена на устойчивость работы системы.Это достигается за счет дополнительного введения н известную систему второго сумматора и блока обнуления йнтегратора с соответствующими новыми,связями,Испытания показали, что при изме ненни момента нагрузки на валу н О раз,ошибка системы возросла на б , При отключении канала управляющего сигнала с астатизмом первого порядка ошибка системы возрастает на 40 ., т,е, точность системы повьшиется примерно н семь раз по сравнению с прототипом.Предлагаемая система технологически проще и конструктивнее базового объекта, так как не нуждается в применении специальных датчиков тока или момента, которые должны быть связаны с силовыми цепями либо злек. трически, либо кинематически, что н любых случаях вызывает определенные затруднения при конструировании и изготовлении. Указанные преимущества предлагаемой системы позволяют существенно повысить технические характеристики аппаратуры, использующей предлагаемую систему, что предопределяет широ" кие возможности,ее использования н любой области техники.Экономические преимущества не ожидаются, так как достижение укаэанного технического эффекта приведЕт к относительному увеличению затрат на реализацию предлагаемого технического решения.аз 3254/3ВНИИПИ рственного комите зобретений и откр а, Ж, Раушская т н 4/5 13 ППП Па Проектн т", г. Ужгоро Составитель Ю.ГладковРедактор М.Келемеш Техред В.Далекорей Корректор А.Зимоко