Способ управления приводом машины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 713 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ 6/0702. Бюл, йг 7е специальное конструкторскоеатических линийлонов, С.С.Головко и С,П.Быко(21) 481507 (22) 16,04,9 (46) 23,02.9 (71) Минско бюро автом (72) И.П.Фи вец.(53) 621,316 л техноенныи момент сиотивления; 1 п - иРции; ф - угол- сопротивлениев - скорость вращи этом скорость вопределяется выр приве го соп где М," - логическ ный мом вала дви цепи дви ла двига вала дв поворота якорной ения варащения эжен ием ент ине ателя; гателя; еля. Пригателя 718,5(088 56) Зиновьев Вмашин. - М.: НТеория мех(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПМАШИНЫ ВОДО ение относится кожет найти применериводами механизмв процессе движениЦелью изобретениянамической нагружвал машины при еецель достигаетсяподаваемое на пртоянного тока приняется по закону(57) Изобрет строению и м управлении и меняющимся том инерции. снижение ди на приводной Поставленная напряжение, двигатель пос машины, изме машиноние при ов с изя момен- является енности разгоне, тем, что иводной разгоне(54)5 В 23 К 37/04, Н 0 и = ОЬад + в -, где д - скоро 1 пстьвращения, определяемая заданным законом в функции от угла поворота вала двигателя; 1 й - значение приведенного момента инерции при некотором фиксированном значении у, ь - угловая скорость звена приведения (главного приводного вала машины) при некотором значении робобщенной координаты, соответствующем значению Ъ . Устройство, реализующееРспособ, содержит вычислитель 1, регулятор 2, электродвигатель постоянного тока 3, датчик 4 угла поворота главного приводного вала, датчик 5 крутящего момента на главном приводном валу, источник постоянного напряжения 6 и пульт управления 7. 8 ил.2) реобразован сть выразит во-геометрич дующим обр е уравнениязависимостескими хараазам 2) дает возмежду ви теристикаможн массо ми с 2 ю и правую чв, получимМ3 п,2030 ш ти после Разделим левуего уравнения на, С 1 ФСгф бПредположив, чтому значению р будетчение 3 д и в, умножчасти последнего уравндш= - бпВ1 р гв дальнейшем каждо- соответствовать знаим левую и правуюения на б р, получим 1 пя бй) 1 о 2 нтегрируем л я, получим Проуравне ую час уюи Изобретение относится к области машиностроения, в частности к управлению приводом машины.Наиболее близким к предлагаемому является способ, при котором задается закон 5 изменения угловой скорости главного приводного вала машины.Однако этот способ не позволяет обеспечить разгон с наименьшими динамическими нагрузками в подвижных 10 соединениях машины в связи с тем, что используемый в нем закон изменения скорости вала приводногодвигателя неучитывает динамических характеристик исполнительных и передаточных механизмов, положен , ных в основу машины, т.е, этот закон не учитывает изменения приведенного момента инерции машйны в случае использования в ней механизмов с переменным передаточным отношением. 20Цель изобретения - уменьшение динамической нагруженности на приводной вал машины при ее разгоне.Поставлен на я цель достигается тем, что напряжение, подаваемое на приводной 25 двигатель постоянного тока изменяется по закону Ч 30 где М" - приведенный момент сил технологического сОпротивления; 3 п - приведенный момент инерции;ф - угол поворота главного приводного вала машины (выходного звена исполни тельного механизма) или вала двигателя (обобщенная координата);В - сопротивление якорной цепи двигателя;в - скорость вращения главного при водного вала или вала двигателя (обобщенная скорость); а скорость вращения вала двигателя опре-. деляется О=Йзад+Й "Ъ.где йьзд - скорость вращения, определенная заданным законом в функции от угла 5поворота вала двигателя р;а- угловая скорость звена приведения(главного приводного вала машины) при некотором значении р, соответствующее эначениюЗп53 - значение приведенного моментаинерции при некотором фиксированном значении р,Для машин с одной степенью подвижности управляющая программа по силе(крутящему моменту) может быть представленав виде Мд =Мс +1 п и й) +3 п - , (1)п и,ЙР где Мд" - приведенный крутящий момент на валу приводного двигателя;бй)а = -- аналог углового обобщенноб 7го ускорения;ф 3 л -- производная от приведен/. Опбфного момента по у.Уравнение(1) определяет закон изменения крутящего момента на валу приводного двигателя в случае, если задан закон изменения а в функции обобщенной координаты . При этом закон изменения адолжен учитывать взаимосвязь между массово-геометрическими характеристиками передаточных и исполнительных механизмов машин. Эта взаимосвязь может быть выявлена следующим образом. Предположим, что М"=М,п, это означает, что крутящий момент на валу двигателя изменяется по закону,.являюще-. муся зеркальным отражением закона Мс", т.е, Мд" компенсирует только момент от сил сопротивления Мс". В этом случае измене- . ние в приводного двигателя или главного приводного вала машины определяется вы- ражениемили-- (3)Зпгде э и 3 - некоторые значения и ип, соответствующие некоторому определенному углу р,.Иэ уравнения (3) получаем гл =в, - ", (4)ЗпУравнение(4) имеет следующий физическийсмысл. Если умножить левую и правую1часть этого уравнения на - и возвести в2квадрат, получим -в" =-ш,1 ) 1 2 и2 2 1 пи ОР л Йили:гПоследнее равенство есть выражение,определяющее. равенство кинетическойэнергии системы при различных р и.соответствующие этим углам виЗп, при равенстае Мд и М,", Другими словами,кинетическая энергия лв каком-то2фиксированном. значении у остается неизменйой для любых значений у текущих.:При переменйой величине)п=1 (у) уравнение (4) указывает на неравномерностьвращения главного приводного вала,обусловленную "внутренней динамикой"машины, т,е, массово-геометрическими характеристиками ее исполнительных и передаточных механизмов при отсутствии сил. обобщейной скорости машины, присущийей и неизменный при отсутствии сил движущих, сопротйвления, трения и др.В связи с этим управление переходны. ми процессами (разгон, торможение) требует .не только выбора (назначения) законаизменения обобщейной скорости от начального.до конечного значений, но и учета выше отмеченной закономерности, так какналичие "собственной" скорости машины,описанной выражением (4) в значительнойстепени влияет на динамиЧескую нагруженность вала приводного двигателя, Таким образом в, выходящая в уравнение (1),должна быть представлена в виде (с учетомуравнения 4)в =вз д+.в - . (5) КР Зп Напряжение, подаваемое на приводной двигатель постоянного тока, определяетсяиз условия равенства мощностей, которое имеет видО1-Мдп иили 5 г - =Мд в,В,й где О - напряжение, йодаваемое на электродвигатель; 1- ток, потребляемый двигателем; й - сопротивление якорной цепи двигателя. Отсюдар м ,.. (9.Такйм. образом, напряжение, подавае.- мое на приводной двигатель постоянного тока, определяется выражением (6) при подстановке в него Мд" из (1) и в из (5).Предлагаемое техническое. решение отличается от известноготем, что закон изменения напряжейия, подаваемого надвигатель постоян- . ного тока, учитывает динамические характеристики машины, в частности изменения приведенного момента инерции,:при 25 использовании в ней механизмов с пере-. менным передаточным отношением;На фиг.1 приведена схема машины с электромеханическим приводом, включаю. щим исполнительный механизм (кривошип-. 3 О но-ползунный) с подвижными звеньями; 1 - кривошип, 2 - шатун, 3 - ползун, 4- коробка скоростей, 5 - приводной двигатель.Взаимосвязь силовых, скоростных и массово-геометрических характеристик машины может быть выражена уравнением Мд =1 п Й.й +п" м м +п п 11 1 Г2иВ уравнении (7) принято Мс О, 40 Зп =сопзт и определяет кинетическую энергию всех масс подвижных звеньев механизмов машины, имеющих постоянное передаточное отношение; п - учитываетЙизменение кинетической энергии подвиж ных звеньев механизмов машины и является функцией обобщенной координаты 1. То есть п +Зп =)и.1Для рассматриваемого примера значе ние приведенного момента инерции, определяемое из равенства кинетических энергий, имеет вид(12) В выражении (12) значение в выбира-.ется из выражения (11),.Предлагаемый, способ управления приводом машины может быть реализован спомощью. системы управления, включающей вычислительное устройство.На фиг.7 представлена структурная схе .ма системы управления, реализующаяпредлагаемый способ управления приводом машины,.Система управления состоитиз вычислителя 1, регулятора 2, двигателя 3постоянного тока, датчика 4 угла поворотаглавного приводного вала Д 1, датчика 5 крутящего момента на главном приводном валуД 2, источника 6 постоянного напряжения,пульта 7 управления.Вычислитель 1 на основании сигналов с 20датчиков Д 1 и Д 2 формирует сигнал Оэ,пропорциональный величине напряжения,подаеземого от источника 6 постоянного напряжения через регулятор 2 на двигатель 3постоянного тока таким образом, чтоОэ=КОэ,где Оз - сигнал управления, вырабатываемый вычислителем 1;К. - коэффициент пропорциональности(усиления); 30Оэ - напряжение, подаваемое на приводной двигатель 3.. Датчики Д 1-4 и Д 2-5. механически связаны с главным приводным валом машины и. вырабатывают сигналы, пропорциональные 35углу поворота и крутящему моменту соответственно. Пульт 7 управления предназначен для включения-отключения. приводамашины.На фиг,8 представлена структурная схема вычислителя 1.В блоке 8 вычисляется значение угловойскорости в по формуле (1 1), т,е. и Если Ъач ФОр + 6т.е, в любом случае а, вычисленное в блоке 50 8, не равно нулю.Значение вычисленного Мдэ" сравнивается с Мдд", поступающее в виде сигнала с датчика Д 2-5 В начальный момент Мдд" О, поэтому Ь Мд,Мдэ". В связи с этим на вы ходе вычислителя в начальный момент появится сигнал чение пуивения М как Водного вала яется заданой операции,Оэнач, - 2 Мдз СО Я .Этот сигнал поступает на вход регулятора 2, который непосредственно управляет В блоке 9 вычисляется зн денного момента сопротивл . функция угла поворота тр при машины. Эта зависимость яв ной для каждой технологичес. В блоке 10 вычисляется значение приведенного момента инерции.3 п 1 п +п .В блоках 8-10 вычисление величин производится на основании сигнала с датчика угла поворота Д 1-4 главного приводного вала машины. В блоках 11 и 12 вычисляется соответственно производные от угловой скорости а(вычисленной в блоке 8) и от приведенного момента инерции (вычисленного в блоке 10) по углу поворота главного приводного вала машины р,В блоке 13 вычисляется значение заданного приведенного движущего момента инерции Мдз" по формулеМдэ" = Мс" +)В+ -дэ;, 2 у где все составляющие правую часть этого уравнения есть значения, вычисленные в блоках 8-12.Вычисленная величина Мдэ" в блоке 14 сравнивается с сигналом, поступающим с датчика Д 2-4 действительного момента на приведенном валу машины Мдд", и находится их разность Ь Мд"Лмд"= Мд."- Мдд". "В блоке 15 вычисляется расчетное значение приведенного момента Мдр"Мдр = Мдэ + ЬМд .И затем в блоке 16 вычисляется значение Оэ управляющего сигнала по формуле"мн,Система управления приводом машины работает следующим образом.В начальном положении система управления обеспечена, т,е. напряжение Оют. и Опост. равно нулю. Двигатель 3 не вращается,С пульта 7 управления включается источник .постоянного напряжения 6, На вычислитель 1 приходит питающее напряжение Опнт.Сигнал с датчика Д 1-4 поступает в вычислитель 1. На основании этого сигнала в вычислителе 1 определяется значение Мдэп. В том случае, если уЪач - 01713766 нолорции;еля;пи двигавигателя двигател 088 напряжением Оа, подаваемым на приводной двигатель 3, Таким образом в начальный момент, на двигатель 3 подается напряжениеОзнач = КОэначкоторое заставляет двигатель вращаться. Вращение двигателя приводит к измене- нию сигналов с датчиков Д 1-4 и Д 2-б. Эти сигналы поступаютв вычислитель 1, который вырабатывает новое значение Оэ, соответствующее сигналам с датчиков.Обратная связь по крутящему моменту позволяет стабилизировать действительи ный приведенный крутящий момент Мдд на уровне заданного Мдз",Использование предлагаемого способа управления приводом машины обеспечивает уменьшение динамической нагруженности на главный приводной валмашины по сравнению с известными способами, Кроме этого, предлагаемый способ позволяет снизить энергоемкость и металлоемкость проектируемых машин.Формула изобретения Способ управления приводом машины, при котором задают продолжительность разгона до достижения средней скорости установившегося движения, исходя из допустимых динамических нагрузок на главный вал машины, путем подачи напряжения на приводной двигатель, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамической нагруженности на приводной вал машины при ее разгоне, указанное напряжение изменяют по закону 5 где М" - приведенный момент си0 гического сопротивления;3 н - приведенный момент инеу)- угол поворота вала двигатй - сопротивление якорной цетеля;5 а- скорость вращения вала дпри этом скорость вращения валаопределяется выражением- ад г э =оьа +э где йЬад - скорость вращения, о мая заданным законом в функцпределяеии от углаповорота вала двигателя;1 н - значение приведенного моментаинерции при некотором фиксированномзначении р;йг угловая скорость звена приведенияглавного приводного вала машины) при не 30 котором значении обобщенной координаты,соответствующем значению 1 М,