Способ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги и устройство для его осуществления

0 П И С А Н И ЕИЗЬБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсникСоциапистичесиикРеспублик(5)М. Кл.Н 02 Р 5/00 Ъфударетвееый квывтет СССР вю делам взввретевнв и вткрытвй(5 Й) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕНТРИФУГИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯНедостатками известного устройст-. ва являются необходимость выполнения нелинейной градуировки задатчика скорости и невозможность формирования линейного во времени изменения величины перегрузки.Цель изобретения - повышение безо" пасности испытаний путем обеспеченияИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электроприводами центрифуг, где регулируемым параметром является перегрузка.. Известен способ управления скоростью электропривода центрифуги, основанный на бесконтактном переключении числа пар полюсов многоскоростного асинхронного электродвигателя 11.10Недостатками этого способа. является невозможность плавного регулирования величины перегрузки и формирования линейного во времени ее изменения.15Наиболее близким к предлагаемому является способ управления скоростью электропривода центрифуги, по которому непрерывно измеряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонение действительного значения скорости от заданного и регулируют его в сторону уменьшения 122 . 2Недостатком известного способа является невозможность формирования ли" нейного во времени изменения величины перегрузки.Наиболее близким к предлагаемому устройству для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифуги, является устройство содержащее электродвигатель с тахогенератором на валу, подключенным к первому входу регуля" тора скорости, соединенного выходом с входом вентильного преобразователя, выход которого подключен к якорю электродвигателя 21.3 92 б 74 линейного во времени изменения перегрузки.Поставленная цель достигается тем, что в способе управления скоростью электропривода физиологической центри фуги, по которому непрерывно измеряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонениедействительного значения скорости от заданного и регулируют его в сторону 1 О уменьшения, дополнительно непрерывно измеряют величину действительной перегрузки, по заданной величине скорости изменения перегрузки определяют величину перегрузки, соответствующую 15 нижней границе рабочей зоны, по формуле20где а - величина перегрузки, соответствующая нижней границерабочей зоны;д - суммарный момент инерции эле 5ктродвигателя и рамы центрифуги, приведенный к валу электродвигателя, кг ма,- заданная величина скоростиизменения перегрузки, с ; 30И - допустимый предельный моментэлектропривода, Нм,непрерывно сравнивают величину действительной перегрузки с заданной вефличиной уставки перегрузки и с вели 35чиной перегрузки, соответствующейнижней границе рабочей зоны, по результатам сравнения непрерывно формируют величину задания текущегозначения перегрузки согласно соотношениямат=ЧС(Ока а) при аа и ааам а+Уй (аца а) при а 0 с а иаа аат=а при аз=а и ад.ан45ат=а (1,)-Ч 1 а а) ври а а, где а, - величина задания текущегозначения перегрузки;а - заданная величина уставки50перегрузки, лежащая в пределах рабочей зоны или равная нулю;6(1;)- величина задания текущегозначения перегрузки в момен 1времени й изменения согласно программе испытанийвеличины уставки перегрузки; й - время, с;а 3 - величина действительной перегрузки,величинузадания текущего знаЧенияперегрузки преобразуют в величинузадания текущей скорости электродвигателя по формулеГгде и) - величина задания текущейскорости электродвигателя,рад/с,и отрабатывают эту величину.В устройство для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифугидополнительно введены первый и второй дискриминаторы, двухканальныйселектор, схема совпадения, задатчик интенсивности, первый фи второйквадраторы, задатчик величины уставки перегрузки, задатчик величиныскорости изменения перегрузки и преобразователь для извлечения квадратного корня, соединенный выходом свторым входом регулятора скорости, авходом - с выходом задатчика интенсивности подключенным первым входомк задатчику величины скорости изменения перегрузки, а вторым входом -к выходу двухканального селектора,первый и второй информационные входыфкоторого соединены соответственно сзадатчиком величины уставки перегрузки и выходом первого квадратора, подключенного входом к задатчику величины скорости изменения перегрузки,первый управляющий вход двухканального селектора соединен с прямым, авторой - с инверсным выходом схемысовпадения, подключенной к выходампервого и второго дискриминаторов,первые входы которых подключены к выходу второго квадратора, соединенного входом с тахогенератором, а вторыевходы соответственно - к выходу первого квадратора и к задатчику величины уставки перегрузки,На фиг. 1 приведена функциональная. схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - типовая диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний; на фиг. 3 - трапецеидальные временные диаграммы изменения перегрузки.Устройство содержит электродвигатель 1 с тахогенератором 2 на валу, подключенным к первому входу регуля47 6 5 9267 тора 3 скорости, соединенным выходом с входом вентильного преобразователя 4, выход которого подключен к якорю электродвигателя 1. Второй вход регу. лятора 3 скорости соединен с выходом 5 преобразователя 5 для извлечения квадратного корня, , вход которого подключен к выходу задатчика 6 интенсивности. Информационный вход задатчика интенсивности соединен с. выходом двухканального селектора 7, Информационный вход двухканального селектора 7 подключен к выходу первого квадратора 8. Управляющие входы двухканально" го селектора 7 через схему совпадения 15 9 соединены с выходами дискриминаторов 10 и 11, первые входы которых подключены к выходу второго квадратора 12, вход которого соединен с тахогенератором 2, Второй вход первого дискри минатора 10 подключен к выходу первого квадратора 8, а второго дискрйминаа тора 11 - к задатчику 13 величины уставки перегрузки, а вход квадратора 8 соединен с задатчиком 14 величины ско 5 рости изменения перегрузки и с задатчиком 6, задатчик 13 соединен с вхо-, дом двухканального селектора 7.Способ осуществляется следующим образом. зоПри линейном во времени изменении величины перегрузки а интенсивносстью 9 скорость о и момент И электрода изменяются согласно формулам- ускорение свободного падения;3 - суммарный момент инерцииэлектродвигателя и рамы цент"15рифуги, приведенный к валуэлектродвигателя. ного во времени изменения перегрузки,имеет ограничение. по минимальной величине перегрузки, Величина перегрузки а , соответствующая нижней границе зоны, определяется по формуле (2) из условия достижения моментом И до" пустимой предельной для электропривода величины И0,25" .8,. О)лПри определенных конструктивных параметрах центрифуги и мощности электропривода величина а зависит только от заданной скорости изменения перегрузки Уе а- КК, где КК 0,2 т (ЧиСпособ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги предусматривает непрерывное изме" рение и сравнение действительного (2) и заданного (2 Э 2 значений скорости. Величина последнего зависит от величины задания текущего значения перегрузки а,.О) = Ке а, где К= )Еф . (а)Величина задания текущего значения перегрузки а определяется .задан- т ной величиной скорости изменения пе" регрузки У , моментом времени С иы е(ю соотношением между величинои деиствительной перегрузкиа = К.(2), где К=- , (6)1 Яи величинами заданной установки пере" грузки а и перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей эоны ан (4)Типовая диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний (фиг. 2) состоит из отдельных треугольных и трапецеидапьных. диаграмм, поэтому в дальнейшем будет рассматриваться отдельная трапецеидальная диаграмма изменения перегрузки в процессе испытаний (фиг. 3).Как следует из формулы (2) момент электропривода И при заданной скорости изменения перегрузки Ч зависит от величины перегрузки, а и при а = 0 И =фо. Таким образом, по энергетическим воэможностям электропривода прин" ципиально нельзя обеспечить линейное во Времени изменение перегрузки во всем диапазоне от 0 до заданной величины перегрузки а. Рабочая зона,т,е. эона, где возможна реализация линейЕсли в момент времени С=О величина уставки перегрузки задается а=ао,то в течение времени С выполняютсяусловия аз ( а, а саи величиназадания текущего значения перегрузкиформируется в соответствии с формулойат = У С от нуля до величины а(сплошная линия), достигая последнеи в моюмент времени С и оставаясь неизменной в интервале времени С - С.Обеспечить заданную скорость изменения7. 92Ч действительной перегрузки ае электропривод по своим энегетическим возможностям не в состоянии. В течение времени Сь момент электропривода равен предельному И и, следовательно действительная. скорость электропривода сдд изменяется по линейному,а действительная перегрузка аа по параболическому во времеви законам.Следует отметить, что на этом участке ивЯ, т.е, скорость изменения ведааЧСличиныдействительной перегрузки не превышает заданную.В момент времени С величина действительной перегрузки аз достигает величины а, соответствующей нижней границе рабочей зоны;. В интервале времени С-С выполняются условия аас а и аа аи величина задания текущего значения перегрузки ат формируется в соответствии с формулой а, = а +Ю С от а до а, достигая последней в момент времени С 5, На этом участке адаи, следовательно, энергетические воэможности электропривода позволяют обеспечить изменение перегрузки аа с требуемой скоростью У.На интервале времени С - С выполняются условия ва = а, аааи величина задания текущего значения перегрузки ат остается неизменной и равной а т.е. а= а. Длительность интервала определяется моментом изменения величины уставки перегрузки аи, в частном случае, при треугольной диаграмме изменения перегрузки может быть равной нулю,6747 гетических возможностей электропривода величина действительной перегрузки аю снижается по параболическому закону, достигая нулевого,зна,5 чения в момент времени Ст, при этомфдадКак следует из рассмотренного примера, способ управления скоростью10 Электропривода физиологической центрифуги позволяет обеспечить с заданной скоростью линейное во времениизменения перегрузки в рабочем диапазоне. Скорость изменения перегруз 15 ки в процессе испытаний не превышает заданной, что обеспечивает безо.пасность испытателя. Известные способы управления скоростью электропривода не обеспечивают выполнения20 этого условия (фиг. 3, пунктирнаялиния). формирования задания текущего значения перегрузки в соответствии с формулой ат =. 9 С от нулядо значения а приводит к тому, что25 из-за энергетйческих возможностейэлектропривода скорость изменениядействительного значения перегрузкиаа в интервал времени С- Спревышает заданную, так как электроприЗ 0 вод стремится на этом участке устранить накопившуюся за время С ошибку, Учитывая, что испытания могутпроводится при заданных значенияхУ , близких к предельным, это предФставляет опасность для жизни испытателя.Устройство работает следующим образом,Вентильный электропривод, состоящий из электродвигателя 1 с тахогенератором 2 на валу, вентильного преобразователя 1 и регулятора 3 скорости, обеспечивает обработки заданноготекущего значения скорости сд , поступающего на второй вход регулятора3 скорости путем непрерывного сравнения этого сигнала с величиной действительного значения скорости и)поступающего с тахогенератора 2 напервый вход регулятора 3 скоростии воздействия на вентильный преобраВ момент времеви Сзадается величина уставки перегрузки ац - 0. С этого момента выполняется условие ад а и величина задания текущего значения перегрузки ат формируется в соответствии с формулой ат = а (С.)- "ЧС, где Ф.(С ) = а - величина задания .текущего значейия перегрузки в момент времени С, = С изменения согласно программе испытаний величины уставки перегрузки. Величина аизменяется с заданной скоростью 9 и достигает нулевого значения в момент времени С . Величина действительной перегрузки ад уменьшается с заданной скоростьюдо величины а, соответствующей нижней границе рабочей эоны, которую достигает в момент вре" мени Сз. С этого момента из-за энерзователь 4 с целью уменьшения этогоотклонения. В частном случае регулятор 3 скорости может иметь в своем составе внутренний контур регулирования тока электродвигателя,Программой испытаний задается величина уставки перегрузки ау и9 9267 величина скорости изменения перегрузки У . Сигнал У поступает на вход первого квадратора 8, выходной сигнал которого пропорционален величине перегрузки, соответствующей нижней границе рабочей зоны а(4). Действительное значение перегрузки а э формируется на выходе второго квадратора 12, на вход которого поступает сигнал сакэ с тахогенератора 2, пропорциональный скорости электро. двигателя 1 (6).Сигнал .задания текущего значения скорости Й формируется на выходе преобразователя 5 для извлечения квадратного корня в соответствии с сигналом задания текущего значения перегрузки ат(1), поступающего на его вход с выхода эадатчика 6 интенсивности. 0На выход двухканального селектора7 проходит один. из сигналов а или а, поступающих на его информационные входы А 1 и А 2 в соответствии со 15 значениями сигналов Ч, Чаи на управляющих входах Ч 1 и Ч 2, которые определяются схемой, состоящей из двух дискриминаторов 10 и 1 и схемы 9 совпадения. Таблица состояний для нее щ ,имеет вид. Выход пер- Выход вогф диск" второго риминатора дискри- минатора Значение сигнала Соотношение уровней входных сигналовдискриминато- ров пп,Чоу 1принимает сигнал Уац, а на выход се" лектора 7 проходит сигнал а. С мо-мента времени С эадатчик 6 интенсивности формирует с заданной скоростью М изменение величины задания текущего значения перегрузки ат от адо а у,. Величина действительной перегрузки а на этом участке изменяется с заданной скоростью Ц достигая значения ау в момент времени й.Во .временном интервале йь-йсоотношение уровней входных сигналов дискриминаторов 10 и 11 соответствует М 3. Изменений в управляющих сиг. налах Ча и Чин не происходит, и на выходах селектора 7 и задатчика 6 интенсивности сигнал равен Оч,.В момент времени й задается вели. чина уставки перегрузки ау = О, что Работу устройства рассмотрим на40 примере отработки временной диаграммы изменения перегрузки (фиг. 3)Во временном интервале О-й соотношение уровней входных сигналов дискриминаторов 10 и 11 соответствует 8 145 (таблица), Единичное .значение сигнала Чр обуславливает прохождение на выход селектора 7 сигнала аЗадатчив. 6 интенсивности формирует с заданной скоростью М изменение вели 50 чины задания текущего значения перегрузки ат, которая достигает значения ав момент времении остается неизменной в интервале й-йр. 1 ад а,; аа 2 ад а,; адаО 3 а ау 1 ааО 4 аау, аа-,ач 0 5 ада; аа,1 В момент С величина действительной перегрузки достигает значения аи начинает выполняться условие М 2. Это означает, что единичное значение Ц 7 1 ОЗадатчик 6 интенсивности формиру" ет выходной сигнал а, линейно изменяющимся во времени с темпом, за" висящим от поступающего на вход сиг-нала Ч, до достижения входным сигналом уровня сигнала на.информационном входе. Последний поступа" ет с выхода двухканального селектора 7.47 11 9267 приводит к выполнению условия Ю 4, единичное значение управляющего сигмала Ъ определяет прохождение на выход селектора сигнала а = 0 и уменьшение выходного сигнала задатчи ка 6 интенсивности от значения а до 0 с заданной скоростью изменения Ц Во временном интервале й-йю величина действительной перегрузки ад уменьшается с требуемой скоростью Ч,дос- ф тигая значения ав момент времениС этого момента соотношение уровней выходйых сигналов соответствует 0 5, управляющий сигнал Уд сохраняет единичное значение,. а величина дейст вительной перегрузки ад уменьшается по параболическому закону.Предлагаемый способ управления ско- ростью электропривода физиологической центрифуги и устройство для его осу-ществления обеспечивают с заданной скоростью линейное во времени изменение перегрузки в рабочем диапазоне для повышения безопасности испытателя.25 ц),: Д ртфгдето) - величина задания текущей скорости электродвигателя, рад/с,,и отрабатывает эту величину,2. Устройство. для реализации способа управления скоростью электропривода физиологической центрифуги,содержащее электродвигатель с тахогенератором на валу, подключенным к первому входу регулятора скорости, соединенного выходом с входом вентильного преобразователя, выход которогоподключен к якорю электродвигателя,о т л и ц а.ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения безопасности испыта"ний путем обеспечения линейного вовремени изменения перегрузки, в негодополнительно введены первый и второйдискриминаторы, двухканальный селектор, схема совпадения, задатчик ин-;тенсивности, первый и второй квадраторы, задатчик величины уставки пе 50 55 формула изобретения1. Способ управления скоростью электропривода физиологической центрифуги, по которому непрерывно изме ряют действительное значение скорости электропривода, определяют отклонение действительного значения скорости от заданного и регулируют егов сторону уменьшения, о т л и ч а ю 35щ и й с я тем, что,с целью повышения безопасности испытаний путем обес: .печения линейного во времени изменения перегрузки, дополнительно непрерывно измеряют величину действитель Оной перегрузки, по заданной велицине скорости изменения перегрузки определяют величину перегрузки, соответствующую нижней границе рабочейэоны, по формулеВ Мгде Й - радиус рамы центрифуги, м;х- передаточное число редуктора;" ускорение свободного паде-.ния, м/с ;а я - величина перегрузки, соответствующая нижней границе рабочей зоны;Ю - суммарный момент инерцииэлектродвигателя и рамыцентрифуги, приведенный квалу электродвигателя, кг,мф;- заданная величина скоростиизменения перегрузки, с1 п- допустимый предельный момент электропривода, Нм,непрерывно сравнивают величину дей"твительной перегрузки с заданной величиной уставки перегрузки и с величиной перегрузки, соответствующейнижней границе рабочей зоны, по реЗультатам сравнения непрерывно формируют величину задания текущего значения перегрузки согласно соотношенияма= Уй(0 а,%ан) при аюач и арсаЬ . = а+УФ(аса,а) при адса иа 8 ана=ау при ад .= а и аа)анат = а,(2) - 91 (а, ац ) при адац,где а - величина задания текущегозначения перегрузки;: а - заданная величина уставки пеЧрегрузки, лежащая в пределахрабочей зоны или равная нулю;Ят(Й) - величина задания текущегозначения перегрузки в моментвремениизменения согласно программе испытаний величины уставки перегрузки;С - время, с,ад-. величина действительной пере,грузки,величину задания текущего значения перегрузки преобразуют в величину задания текущей скорости электродвигателяпо формуле9 г 6регрузки, задатчик величины скорости изменения перегрузки и преобразователь для извлечения квадратного корня,соединенный выходом с вторым входом регулятора скорости, а входом - с выхо дом задатчика интенсивности, подключенным первым входом к задатчику величины скорости изменения перегрузки, а вторым входом - к выходу двухканального селектора, первый и второй информационные входы которого соединены соответственно с задатчиком величины уставки перегрузки и выходом первого квадратора, подключенного входом к задатчику величины скорости из менения перегрузки, первый управляющий вход двухканального селектора соединен с прямым, а второй - с инверсным выходом схемы совпадения, подключенной к выходам первого и 20 747 14второго дискриминаторов, первыевходы которых подключены к выходу второго квадратора, соединенного входомс тахогенератором, а вторые входы соответственно - к выходу первого квадратора и к задатчику величины уставки перегрузки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Архипцев Ю.ф., Крикунов В.Л,Бесконтактная система автоматического управления приводом центрифуг.Бюллетень технико-экономической информации, изд-во ГОСИНТИ, 1967, й 7.2. Иванов Г.И., Крикунов В.ЛРейгольд Ю.Р. Комплектный тиристорныйэлектропривод центрифуги с программнымуправлением. Электротехническая про"мышленность, сер. "Электропривод",вып. 7/51, Йнформэлектро, 1976.