×
10.08.2013
216.012.5e71

Результат интеллектуальной деятельности: СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока. Техническим результатом является повышение быстродействия следящих систем. Следящий электропривод содержит блок (1) задания, интегральный регулятор (2), пропорционально-дифференциальный регулятор (3), силовой преобразователь (4), электродвигатель (5) с исполнительным механизмом (6), датчик (7) положения, пропорциональный регулятор (8) и блок (9) дифференцирования. Предлагаемый электропривод позволяет повысить быстродействие следящих систем. 6 ил.
Основные результаты: Следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и блоком дифференцирования, причем выход интегрального регулятора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с исполнительными двигателями постоянного тока или с синхронными машинами, работающими в режимах вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Наиболее близким по технической сущности является структурно-минимальный электропривод (см. Галицков С.Я., Галицков К.С. Многоконтурные системы управления с одной измеряемой координатой. - Самара: СГАСУ, 2004. - С.15-35), содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель и датчик положения.

Недостаток наиболее близкого по технической сущности следящего электропривода заключается в том, что он обладает низким быстродействием.

Сущность изобретения состоит в том, что следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и блоком дифференцирования, причем выход интегрального регулятора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.

Существенные отличия находят свое выражение в новой совокупности связей между элементами устройства. Указанная совокупность связей позволяет повысить быстродействие следящего электропривода.

На фиг.1 приведена функциональная следящего электропривода; на фиг.2 - структурная схема следящего электропривода, на фиг.3 - расчетная модель следящего электропривода; на фиг.4 - переходный процесс по управляющему воздействию; на фиг.5 - переходный процесс по возмущающему воздействию; на фиг.6 - частотные характеристики электропривода.

Следящий электропривод (фиг.1) содержит блок 1 задания, интегральный регулятор 2, пропорционально-дифференциальный регулятор 3, силовой преобразователь 4, электродвигатель 5 с исполнительным механизмом 6, датчик 7 положения, пропорциональный регулятор 8 и блок 9 дифференцирования.

Выход блока 1 задания соединен с первым (прямым) входом интегрального регулятора 2. Выход пропорционально-дифференциального регулятора 3 соединен с входом силового преобразователя 4, выход которого соединен с электродвигателем 5, кинематически связанным с исполнительным механизмом 6. Исполнительным механизм 6 оснащен датчиком 7 положения, выход которого соединен с вторым (инверсным) входом интегрального регулятора 2. Выход интегрального регулятора 2 соединен с первым (прямым) входом пропорционального регулятора 8, выход которого соединен с первым (прямым) входом пропорционально-дифференциального регулятора 3, выход датчика 7 положения соединен с вторым (инверсным) входом пропорционального регулятора 8 и входом блока 9 дифференцирования, выход которого соединен с вторым (инверсным) входом пропорционально-дифференциального регулятора 3.

Блок 1 задания параметров может быть выполнен, например, на микросхемах К555ТМ8, разрядные входы которых подключаются с помощью переключателей к логическим нулям или единицам. Интегральный 2, пропорционально-дифференциальный 3 и пропорциональный 8 регуляторы и блок 9 дифференцирования могут быть реализованы, например, по а.с. СССР №1649501, опубл. 15.05.91, Бюл. №18 и выполнены, например, на микросхемах серии К555. Силовой преобразователь 4 для электродвигателя постоянного тока, например, реализован в виде цифрового широтно-импульсного модулятора по а.с. СССР №1748241, опубл. 15.07.92, Бюл. №26, с силовым транзисторным мостом на выходе. Для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя силовой преобразователь 4 может быть выполнен, например, в виде цифрового модулятора по а.с. СССР №1798907, опубл. 28.02.93, Бюл. №8, с силовым трехфазным транзисторным мостом на выходе. В качестве электродвигателя 5 может быть использован, например, любой электродвигатель постоянного тока или синхронная машина с датчиком положения ротора, например, 4CX2П100L8. Исполнительный механизм 6, например, может представлять собой стол координатно-расточного станка, соединенный с помощью ходового винта и муфты с валом электродвигателя 5. В качестве датчика 7 положения, например, может быть использована фотооптическая линейка BE 162 с соответствующим устройством оцифровки ее выходного сигнала.

Следует также отметить, что блок 1 задания параметров, интегральный 2, пропорционально-дифференциальный 3 и пропорциональный 8 регуляторы и блок 9 дифференцирования могут быть реализованы также программно на микропроцессорном контроллере.

Следящий электропривод работает следующим образом. В соответствии с величиной задающего сигнала, поступающего выхода блока 1 задания, и сигнала датчика 7 положения интегральный регулятор 2 в совокупности с пропорциональным регулятором 8, блоком 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальным регулятором формируют сигнал на входе силового преобразователя 4. Силовой преобразователь 4 преобразует этот сигнал в напряжение на якоре электродвигателя 5 постоянного тока (статоре синхронной машины). При этом вал электродвигателя начинает вращаться и приводит в движение исполнительный механизм 6, перемещение которого измеряется датчиком 7 положения. Движение продолжается до тех пор, пока величина сигнала с датчика 7 положения не сравняется с величиной задающего сигнала, поступающего с выхода блока 1 задания. Интегральный регулятор 2 компенсирует действие всех помех, охваченных датчиком 7. Пропорциональный регулятор 8, блок 9 дифференцирования и пропорционально-дифференциальный регулятор 3 обеспечивают компенсацию основных инерционностей электродвигателя 5 и исполнительного механизма 6.

Для подтверждения высокого быстродействия предлагаемого следящего электропривода рассмотрим его структурную схему (фиг.2). Она содержит три контура: внутренний контур скорости и два контура положения. Для организации обратной связи по скорости сигнал безинерционного датчика положения с коэффициентом передачи kДП дифференцируется звеном с передаточной функцией

WOCC(p)=kOCCp,

где kOCC - коэффициент передачи по скорости (постоянная времени дифференцирования).

Электродвигатель постоянного тока представлен в виде двух последовательно соединенных звеньев, охваченных отрицательной обратной связью по э.д.с. двигателя с коэффициентом передачи СЕФ. Первое из этих звеньев описывает статические и динамические свойства якорной цепи электродвигателя, определяемые ее активным сопротивлением RЯ и индуктивностью LЯ

,

где - электромагнитная постоянная времени якорной цепи двигателя.

Второе звено, выходом которого является скорость ω электродвигателя, учитывает механическую инерционность объекта и в соответствии с основным уравнением движения электропривода описывается передаточной функцией

,

где - электромеханическая постоянная времени, J - суммарный момент инерции привода, приведенный к валу двигателя, СЕ и СМ - конструктивные коэффициенты электрической машины.

Такое представление справедливо и для синхронной машины, работающей в режиме вентильного двигателя или бесколлекторного двигателя постоянного тока.

Исполнительный механизм представлен интегральным звеном, связывающим перемещение x(p) (угловое или линейное) со скоростью ω(p) электродвигателя

,

где kИМ - коэффициент передачи исполнительного механизма.

Силовой преобразователь с достаточной для инженерных расчетов точностью можно считать апериодическим звеном с передаточной функцией

,

где kСП и ТСП - коэффициент передачи и постоянная времени силового преобразователя, соответственно.

Пропорционально-дифференциальный регулятор первого (внутреннего) контура представлен передаточной функцией

WПД(р)=kПДПДр+1),

где kПД - коэффициент передачи, а ТПД - постоянная времени регулятора.

Пропорциональный регулятор второго контура имеет коэффициент передачи kП. Интегральный регулятор третьего (внешнего) контура представлен передаточной функцией

,

где ТИ - постоянная времени.

Передаточная функция объекта управления, под которым понимается совокупность электродвигателя и исполнительного механизма,

.

В большинстве случаев последнее выражение можно представить в виде

где Т1 и Т2 постоянные времени, получающиеся из разложения знаменателя передаточной функции (1). Для определенности будем считать, что Т12.

Пропорционально-дифференциальный регулятор внутреннего контура предназначен для компенсации наибольшей инерционности объекта управления, поэтому его постоянная времени выбирается из условия

ТПД2.

С учетом этого передаточная функция следящего электропривода

,

где k1=kПДkСПkДУkИМkДПkОСС; k2=kПkПДkСПkДУkИМkДП; .

Величины коэффициентов передачи пропорционального kП и пропорционально-дифференциального kПД регуляторов выбираются из условия

.

Величина постоянной времени интегрального регулятора выбирается из следующего условия

.

Промоделируем рассматриваемый следящий электропривод в среде «МАТLАВ SIMULINK» для конкретной технической реализации. Расчетная модель следящего электропривода приведена на фиг.3. В ней учтено, что следящий электропривод используется в приводе подачи координатно-расточного станка с исполнительным электродвигателем 2ПБВ 100 М. Конструктивный коэффициент исполнительного электродвигателя СЕФ=0,375 Вс/рад. Исполнительный двигатель связан с подвижным узлом, например, столом шарико-винтовой парой с шагом h=10 мм/об. С учетом инерционности исполнительного механизма и активного и индуктивного сопротивлений силового преобразователя электромагнитная и электромеханическая постоянные времени электродвигателя равны ТЯ=0,005 с и ТМ=0,199 с. Так как фактически задающий сигнал следящего электропривода формируется в дискретах датчика положения, то kДП=1, а коэффициент передачи исполнительного механизма kИМ=1592 дискрет/рад (при дискретности измерения в 1 мкм). В качестве силового преобразователя в электроприводе используется 14 разрядный цифровой широтно-импульсный преобразователь с частотой коммутации силовых транзисторов 5 кГц и максимальным выходным напряжением 120 В, поэтому kСП=0,0073 В/дискрету, ТСП=0,0001 с. В расчетной модели также учтено, что выбраны следующие настройки регуляторов: ТПД=0,1937 с, kПД=256, kП=8, ТИ=0,001 с. Расчетная модель позволяет построить переходные процессы по управлению (рис.4) и возмущению (рис.5), а также частотные характеристики следящего электропривода (рис.6). Анализ построенных графиков показывает, что время переходного процесса по управлению составляет tПП=0,00209 с, а перерегулирование - σ=0,465%. Динамический провал при набросе момента, эквивалентного току нагрузки в 1A не превышает Δxmax=0,000182 мкм, а статическая ошибка позиционирования равна нулю. Полоса частот пропускания следящего электропривода составляет 1880 рад/с или 299 Гц.

Полученные результаты позволяют сказать, что предложенный следящий электропривод практически в 10 раз превосходит по быстродействию устройство, взятое за прототип.

Таким образом, предлагаемый электропривод позволяет повысить быстродействие следящих систем.

Следящий электропривод, содержащий блок задания, интегральный регулятор, пропорционально-дифференциальный регулятор, силовой преобразователь, электродвигатель с исполнительным механизмом и датчик положения, причем выход блока задания соединен с первым входом интегрального регулятора, выход пропорционально-дифференциального регулятора соединен с входом силового преобразователя, выход которого соединен с электродвигателем, кинематически связанным с исполнительным механизмом, оснащенным датчиком положения, выход которого соединен с вторым входом интегрального регулятора, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен пропорциональным регулятором и блоком дифференцирования, причем выход интегрального регулятора соединен с первым входом пропорционального регулятора, выход которого соединен с первым входом пропорционально-дифференциального регулятора, выход датчика положения соединен с вторым входом пропорционального регулятора и входом блока дифференцирования, выход которого соединен с вторым входом пропорционально-дифференциального регулятора.
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СЛЕДЯЩИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-16 of 16 items.
13.01.2017
№217.015.8739

Цифровой широтно-импульсный модулятор

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в ключевых усилителях мощности. Техническим результатом является упрощение технической реализации цифрового широтно-импульсного модулятора. Такой результат достигается за счет того, что цифровой широтно-импульсный модулятор...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603546
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8b69

Система управления погружным электроцентробежным насосом и кустовой насосной станцией

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы, а также в процессе длительной эксплуатации скважины. Система управления погружным электроцентробежным насосом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002604473
Дата охранного документа: 10.12.2016
13.01.2017
№217.015.91c4

Система управления погружным электроцентробежным насосом

Изобретение относится к системам управления добычей нефти и может использоваться для вывода скважин, оборудованных установкой электроцентробежного насоса, на стационарный режим работы. Система управления погружным электроцентробежным насосом содержит блок (1) задания частоты, мультиплексор (2),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605871
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.9e7a

Следящий электропривод

Изобретение относится к электротехнике, а именно к следящему электроприводу. Следящий электропривод содержит блок 1 задания, интегральный регулятор 2, пропорциональный регулятор 3, пропорционально-дифференциальный регулятор 4, силовой преобразователь 5, электродвигатель 6 с исполнительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605948
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.d2d9

Следящий электропривод с асинхронным исполнительным двигателем

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в следящих электроприводах с асинхронными исполнительными двигателями. Техническим результатом является повышение быстродействия следящего электропривода с асинхронным исполнительным двигателем. Следящий электропривод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621716
Дата охранного документа: 07.06.2017
13.02.2018
№218.016.267d

Цифровой модулятор для преобразования частоты

Изобретение относится к области импульсной техники и может быть использовано в преобразователях частоты для управления электродвигателями переменного тока. Технический результат заключается в формировании различных законов регулирования напряжения в функции частоты силового преобразователя и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644070
Дата охранного документа: 07.02.2018
Showing 61-70 of 77 items.
10.07.2015
№216.013.5d8c

Высокочастотная форсунка

Изобретение относится к сфере машиностроения, технического обслуживания и ремонта машин и деталей благодаря высокой интенсивности кавитационного насыщения струи жидкости. Изобретение позволяет обеспечить высокое качество очистки поверхностей без применения моющих средств. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555489
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5d8d

Способ регенерации калиевой селитры

Изобретение относится к технологии дымного черного пороха и может быть использовано для регенерации калиевой селитры из сметок производства порохов с истекшим сроком хранения. Способ включает смешение утилизируемого дымного пороха с водой в баке, нагревание смеси до 90-100°С, фильтрацию...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555490
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5e04

Способ работы парогазовой энергетической установки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к энергетике. Способ работы парогазовой энергетической установки, при котором охлаждение расширенного рабочего тела, после выработки пара, производят в теплофикационном теплообменнике, а конденсацию его паровой составляющей осуществляют в контактном охладителе-конденсаторе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555609
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5e88

Шихта для получения тарного стекла

Изобретение относится к составам шихт для получения окрашенных в массе тарных стекол. Технический результат заключается в расширении сырьевой базы и удешевлении производства стекла. Шихта содержит, мас.%: кварцевый песок 31,25-51,72; каолин 1,48-21,66; сульфатсодержащая зола 16,04-22,72;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555741
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.60c2

Способ испытания материалов на фреттинг-усталость

Изобретение относится к испытаниям материалов на фреттинг-усталость. Способ испытания материалов на фреттинг-усталость заключается в том, что испытуемый цилиндрический образец, в виде стержня переменного сечения с напрессованной на него втулкой контробразца, располагается в машине для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556312
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.615f

Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой

Изобретение относится к энергетике. Способ работы теплоэлектроцентрали с открытой теплофикационной системой, содержащей: котельные агрегаты, паровые турбины с промышленными отборами пара, конденсаторами и электрогенераторами, подогреватели сырой воды, химводоочистку для умягчения подпиточной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556469
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.07.2015
№216.013.62f6

Контактная система вакуумного выключателя

Изобретение касается контактной системы вакуумного выключателя, в межконтактном объеме которой используют жидкометаллическое рабочее тело. В геометрических центрах подвижного и неподвижного контактов выполнены глухие цилиндрические отверстия, а в отверстие подвижного контакта и на его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556881
Дата охранного документа: 20.07.2015
20.07.2015
№216.013.6465

Катализатор, способ его приготовления и процесс селективного гидрообессеривания олефинсодержащего углеводородного сырья

Изобретение относится к катализатору селективного гидрообессеривания олефинсодержащего углеводородного сырья. Данный катализатор состоит из соединений металлов Со или Ni, Mo и Na или К, нанесенных на носитель. При этом предлагаемый катализатор содержит биметаллическое комплексное соединение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002557248
Дата охранного документа: 20.07.2015
10.08.2015
№216.013.68de

Способ и устройство для непрерывного электро- и теплоснабжения загородных жилых домов

Изобретение относится к автономным системам электро- и теплоснабжения загородных жилых домов. Теплоснабжение загородных жилых домов производится от теплового аккумулятора, зарядку которого производят вихревым теплогенератором с питанием насоса от накопителей электроэнергии (аккумуляторов). От...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558399
Дата охранного документа: 10.08.2015
10.08.2015
№216.013.68f1

Способ утилизации баллиститных ракетных топлив

Изобретение относится к технологии конверсионных производств и может быть использовано для изготовления кумулятивных зарядов для дробления негабаритов горных пород. В способе утилизации баллиститных ракетных топлив путем переработки их в кумулятивные разрывные заряды закрепляют заряд топлива в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558418
Дата охранного документа: 10.08.2015
+ добавить свой РИД