Результат интеллектуальной деятельности: САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами, в датчиках скорости которых возникают дефекты.

Известен самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, инерционное дифференцирующее звено, блок умножения, второй сумматор, второй вход которого через апериодическое звено подключен к выходу первого сумматора, усилитель, электродвигатель, редуктор, на выходном валу которого установлен датчик положения, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход которого соединен со входом электропривода, а также датчик скорости, установленный на выходном валу электродвигателя, последовательно соединенные датчик тока электродвигателя, третий сумматор и интегратор, а также блок деления, отличающийся тем, что второй вход третьего сумматора через первый релейный элемент подключен к выходу датчика скорости, а также к входам первого выпрямителя и второго релейного элемента, первый вход блока деления через второй выпрямитель соединен с выходом интегратора, его второй вход подключен к выходу первого выпрямителя, а выход - к первому входу элемента выборки-хранения, второй вход которого соединен с выходом второго релейного элемента, а выход через функциональный преобразователь, реализующий кусочно-линейную аппроксимацию нелинейной функции, обратной частоте среза амплитудно-частотной характеристики электропривода, и зависящей от изменяющегося суммарного приведенного момента инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора с объектом управления - со вторым входом блока умножения (см. РФ №2397529, МПК G05B 13/00, 2010 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает высокое качество управления при любом значении его суммарного момента инерции, но при этом не обеспечивается аккомодация к дефектам в датчике скорости.

Известен также самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство с усилителем, электродвигатель с редуктором, выходной вал которого соединен с датчиком скорости, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные датчик тока якорной обмотки электродвигателя, второй сумматор и интегратор (см. патент РФ №2060530, МПК G05B 13/02, 1996 г.).

Указанное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Недостатком данного устройства является то, что оно, обеспечивая высокое качество управления при значительно изменяющихся инерционности объекта управления и активном сопротивлении якорной обмотки электродвигателя, не позволяет сохранить высокую динамическую точность при появлении ошибок в работе датчика скорости вращения вала электропривода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение неизменно точной работы электропривода при возникновении дефектов в датчике скорости.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в обеспечении нечувствительности работы электропривода к появляющимся дефектам (искажению показаний) в датчике скорости вращения вала электропривода за счет формирования дополнительного управляющего воздействия, подаваемого на вход электропривода. Это сохраняет работоспособность в процессе его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство с усилителем, электродвигатель с редуктором, выходной вал которого соединен с датчиком скорости, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные датчик тока якорной обмотки электродвигателя, второй сумматор и интегратор, дополнительно вводится третий сумматор, первый вход которого подключен к выходу интегратора, второй вход - к выходу датчика тока, а выход - к третьему входу первого сумматора и второму входу второго сумматора, третий вход которого подключен к выходу датчика скорости, а четвертый - к выходу корректирующего устройства.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают инвариантность электропривода к ошибкам в показаниях датчика скорости вращения вала электропривода, что обеспечивает неизменное качество в процессе его эксплуатации.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема самонастраивающегося электропривода и введены следующие обозначения: - задающий (входной) сигнал, - скорость вращения вала электропривода, ε - ошибка по скорости электропривода, i - ток якорной обмотки электродвигателя, u - сигнал управления электродвигателем.

Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, корректирующее устройство 2 с усилителем, электродвигатель 3 с редуктором, выходной вал которого соединен с датчиком 4 скорости, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с входом электропривода, последовательно соединенные датчик 5 тока якорной обмотки электродвигателя, второй сумматор 6, интегратор 7 и третий сумматор 8, второй вход которого подключен к выходу датчика 5 тока, а выход - к третьему входу первого сумматора 1 и второму входу второго сумматора 6, третий вход которого подключен к выходу датчика 4 скорости, а четвертый - к выходу корректирующего устройства 2. Объект управления 9 соединен с выходным валом редуктора.

Электропривод работает следующим образом. На второй положительный вход сумматора 1 с единичным коэффициентом усиления подается управляющее воздействие обеспечивающее требуемый закон изменения скорости вращения выходного вала электропривода. На выходе этого сумматора формируется сигнал ε, который после коррекции и усиления в блоке 2 поступает на электродвигатель 3, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего напряжения.

При возникновении дефекта в датчике 4 его выходной сигнал содержит ошибку φ, снижающую точность работы электропривода в процессе выполнения им конкретных технологических операций.

Первый отрицательный вход сумматора 6 (со стороны датчика 5) имеет коэффициент усиления (где R и L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной обмотки электродвигателя), его второй положительный вход - коэффициент усиления ω, третий отрицательный (со стороны датчика 4) - коэффициент усиления (где К_ω - коэффициент противоЭДС электродвигателя 3, i_p - передаточное отношение редуктора), а четвертый положительный (со стороны корректирующего устройства 2) - коэффициент усиления В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

а на выходе интегратора 7, имеющего единичный коэффициент усиления, - сигнал

где r=i-х^* - выходной сигнал сумматора 8, имеющего первый отрицательный (со стороны интегратора 7) и второй положительный входы с единичными коэффициентами усиления.

Поскольку в электродвигателе постоянного тока независимого возбуждения или с постоянными магнитами имеет место соотношение

то, взяв производные от левой и правой частей выражения (2), с учетом выражения (1) несложно получить

где - величина, характеризующая ошибку φ измерения датчиком 4 скорости вращения вала электропривода 3.

Решение уравнения (3) имеет вид: Поскольку положительная величина ω может быть выбрана достаточно большой, то в быстро наступающем установившемся режиме работы системы (спустя малое время t) имеет место соотношение r=δ/ω. Из этого соотношения и выражения (3) видно, что ошибка датчика 4 скорости

На выходе сумматора 1, имеющего первый отрицательный (со стороны датчика 4) вход с единичным коэффициентом усиления и третий положительный вход с коэффициентом усиления формируется сигнал

В результате независимо от ошибочного показания датчика скорости 4 удается получить точное (искомое) значение ε и тем самым сохранить высокую точность работы рассматриваемого электропривода.