УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЕ ДЛЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И ИДЕАЛЬНЫМ ВАЛОПРОВОДОМ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом.
Аналогом разработанного устройства является устройство для формирования оптимальных по быстродействию диаграмм для средних перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами /Пат. на полезную модель №32938, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничениями первой и второй производных скорости /Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, М.В.Мартыненко // от 27.09.2003,бюл. №27/.
Аналог реализует диаграммы для средних перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Наиболее близким к заявляемому устройству формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем является устройство для формирования оптимальных по быстродействию диаграмм для малых перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами /Пат. на полезную модель №32650, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости /Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, А.Н.Благодырь // от 20.09.2003, бюл. №26/, которое принимается за прототип.
Прототип содержит: первый задатчик, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с входом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом второго интегрального блока и с первым входом первого блока произведения, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока и с первым входом второго блока произведения, выход третьего интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, выход второго блока произведения соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход первого блока произведения соединен с четвертым входом первого пропорционального блока, второй задатчик, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля, выход блока вычисления модуля соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом блока функции возведения в степень, выход блока функции возведения в степень соединен, с первым и вторым входом третьего блока произведения, и с входом третьего пропорционального блока, выход третьего блока произведения соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен со вторым входом первого блока произведения, выход третьего пропорционального блока соединен со вторым входом второго блока произведения.
Прототип реализует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительных органов электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами, поэтому его использование не позволяет достичь высокой точности позиционирования электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Для достижения высокой точности позиционирования при отработке оптимальной по быстродействию диаграммы для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом (состоящей из семи этапов), необходимо, чтобы рабочий орган электропривода двигался в соответствии с законом движения, учитывающем инерционность преобразователя.
Задачей является разработка устройства, формирующего сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.
Техническим результатом полезной модели является формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.
Технический результат достигается в устройстве для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений электроприводов с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом тем, что из известного устройства выведено соединение между выходом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, и входом первого интегрального блока, между выходом блока функции возведения в степень и входом третьего пропорционального блока, и первым и вторым входами третьего пропорционального блока между выходом третьего пропорционального блока и вторым входом первого блока произведения, между выходом четвертого пропорционального блока и вторым входом второго блока произведения; в известное устройство введены пятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход пятого пропорционального блока соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с входом первого интегрального блока, с первым входом четвертого блока произведения и со вторым входом пятого пропорционального блока, выход четвертого блока произведения соединен с пятым входом первого пропорционального блока, первый вход первого блока алгебраического сумматора соединен с выходом второго пропорционального блока, первый вход второго блока алгебраического сумматора соединен с выходом второго пропорционального блока, вход первого блока арифметических функций соединен с выходом первого блока функции возведения в степень, выход первого блока арифметических функций соединен с входом второго блока, функции возведения в степень, выход второго блока функции возведения в степень соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора и со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего блока функции возведения в степень, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом четвертого блока функции возведения в степень, выход третьего блока функции возведения в степень соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока функции возведения в степень соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора, выход третьего блока алгебраического сумматора соединен с входом второго блока арифметических функций, выход второго блока арифметических функций соединен с первым и вторым входами третьего блока произведения, с входами седьмого и восьмого пропорциональных блоков и с входом третьего блока арифметических функций, выход третьего блока арифметических функций соединен с входом шестого пропорционального блока, выход шестого пропорционального блока соединен со вторым входом второго блока произведения, выход четвертого пропорционального блока соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока алгебраического сумматора соединен с входом четвертого блока арифметических функций, выход четвертого блока арифметических функций соединен со вторым входом первого блока произведения, вход третьего пропорционального блока соединен с выходом третьего блока произведения, выход третьего пропорционального блока соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора, выход пятого блока алгебраического сумматора соединен с входом пятого блока арифметических функций, выход пятого блока арифметических функций соединен с входом девятого пропорционального блока, выход девятого пропорционального блока соединен со вторым входом четвертого блока произведения, выход седьмого пропорционального блока соединен со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора, выход восьмого пропорционального блока соединен со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора.
1
1
2
3
доп
доп.
1
2
1
2
3
max
нач
кон
Оптимальная по быстродействию диаграмма для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами состоит из семи этапов, при этом третья производная скорости электропривода изменяется скачкообразно. На первом и пятом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению ; на третьем и седьмом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению со знаком минус -; на втором, четвертом и шестом этапах третья производная скорости электропривода равна нулю. Длительность первого, и седьмого этапов равна t; длительность третьего и пятого этапов равна 2t; длительность второго и шестого этапов равна t; длительность четвертого этапа равна t. На втором и шестом этапах вторая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению ω; на четвертом этапе вторая производная скорости электропривода, равна максимально допустимому значению со знаком минус -ω В моменты времени (2t+t) первая производная скорости электропривода достигает максимального значения ; в момент времени (4t+t+t) первая производная скорости электропривода достигает максимального значения со знаком минус -; в момент времени , первая производная скорости электропривода равна нулю. В момент времени  скорость электропривода достигает максимального значения ω. Угол поворота (перемещение) увеличивается от начального значения φ до конечного значения φ. Для диаграммы справедливы соотношения /Добробаба Ю.П., Барандыч Вик.Ю. Разработка оптимальных по быстродействию диаграмм перемещения электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами //Изв. Вузов. Пищевая технология, 2009, №5-6, С., 110-112/:
Условие существования оптимальной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами
где
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока 2, выход первого пропорционального блока 2 соединен с входом первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом пятого пропорционального блока 4, выход пятого пропорционального блока 4 соединен с входом второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом четвертого интегрального блока 6, выход четвертого интегрального блока 6 соединен с входом первого интегрального блока 7, с первым входом четвертого блока произведения 10 и со вторым входом пятого пропорционального блока 4, выход первого интегрального блока 7 соединен с входом второго интегрального блока 8 и с первым входом первого блока произведения 11, выход второго интегрального блока 8 соединен с входом третьего интегрального блока 9 и с первым входом второго блока произведения 12, выход третьего интегрального блока 9 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, выход второго блока произведения 12 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход первого блока произведения 11 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход четвертого блока произведения 10 соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2, второй задатчик 27, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля 28, выход блока вычисления модуля 28 соединен с входом второго пропорционального блока 29, выход второго пропорционального блока 29 соединен с входом первого блока функции возведения в степень 30, с первым входом первого блока алгебраического сумматора 25 и с первым входом второго блока алгебраического сумматора 35, выход первого блока функции возведения в степень 30 соединен с входом первого блока арифметических функций 3.1, выход первого блока арифметических функций 3 1 соединен с входом второго блока функции возведения в степень 32, выход второго блока функции возведения в степень 32 соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора 25 и со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 35, выход первого блока алгебраического сумматора 25 соединен с входом третьего блока функции возведения в степень 26, выход второго блока алгебраического сумматора 35 соединен с входом четвертого блока функции возведения в степень 36, выход третьего блока функции возведения в степень 26 соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора 33, выход четвертого блока функции возведения в степень 36 соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора 33, выход третьего блока алгебраического сумматора 33 соединен с входом второго блока арифметических функций 34, выход второго блока арифметических функций 34 соединен с первым и вторым входами третьего блока произведения 18, с входом седьмого пропорционального блока 22, с входом восьмого пропорционального блока 17 и с входом третьего блока арифметических функций 23, выход третьего блока арифметических функций 23 соединен с входом шестого пропорционального блока 24, выход шестого пропорционального блока 24 соединен со вторым входом второго блока произведения 12, выход третьего пропорционального блока 13 соединен с первым входом пятого блока алгебраического сумматора 14, выход третьего блока произведения 18 соединен с входом третьего пропорционального блока 13, с входом четвертого пропорционального блока 19, выход четвертого пропорционального блока 19 соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора 20, выход четвертого блока алгебраического сумматора 20 соединен с входом четвертого блока арифметических функций 21, выход четвертого блока арифметических функций 21 соединен со вторым входом первого блока произведения 11, выход пятого блока алгебраического сумматора 14 соединен с входом пятого блока арифметических функций 1.5, выход пятого блока арифметических функций 1.5 соединен с входом девятого пропорционального блока 16, выход девятого пропорционального блока 16 соединен со вторым входом четвертого блока произведения 10, выход седьмого пропорционального блока 22 соединен со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора 20, выход восьмого пропорционального блока 17 соединен со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора 14.
кон
1
1
2
кон
нач
(1)
(2)
(2)
(1)
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом. На вход первого пропорционального блока 2 подается сигал с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода φ, и сигналы отрицательных обратных связей по углу поворота электропривода (с единичным коэффициентом, по скорости электропривода (с коэффициентом k=2(2t+t), по первой производной скорости электропривода ω с коэффициентом , по второй производной скорости электропривода ω с коэффициентом . Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Первый блок 3, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины . На вход пятого пропорционального блока 4 подается сигал с первого блок 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный  и сигнал отрицательной обратной связи по второй производной скорости электропривода  с единичным коэффициентом. Второй пропорциональный блок 4 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Второй блок 5, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода пятого пропорционального блока 4, до величины . На выходе второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, формируется зависимость третьей производной частоты вращения электропривода от времени t. Четвертый интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго блока ограничения 5, на выходе четвертого интегрального блока 6 формируется зависимость второй производной скорости электропривода ω от времени t. Первый интегральный блок 7 интегрирует сигнал, поступающий с выхода четвертого интегрального блока 6. На выходе первого интегрального блока 7 формируется зависимость первой производной скорости электропривода ω от времени t. Второй интегральный блок 8 интегрирует сигнал, поступающий с выхода первого интегрального блока 7. На выходе второго интегрального блока 8 формируется зависимость скорости электропривода со от времени t. Третий интегральный блок 9 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго интегрального блока 8. На выходе третьего интегрального блока 9 формируется зависимость угла поворота электропривода φ от времени t. Выходной сигнал второго задатчика 27, равный по величине (φ-φ) поступает на вход блока вычисления модуля 28. Выходной сигнал блока вычисления модуля 28 поступает на вход второго пропорционального блока 29. Второй пропорциональный блок 29 усиливает значение сигнала, поступающего на его вход, с коэффициентом . Выходной сигнал второго пропорционального блока 29, равный , поступает: на вход первого блока функции возведения в степень 30; со знаком плюс на первый вход первого блока алгебраического сумматора 25; со знаком минус на первый вход второго блока алгебраического сумматора 35. Первый блок функции возведения в степень 30 возводит в квадрат свой входной сигнал. Выходной сигнал первого блока функции возведения в степень 30, равный  поступает на вход первого блока арифметической функции 31. Выходной сигнал, первого блока арифметической функции 31, равный , поступает на вход второго блока функции возведения в степень 32, который возводит его в степень одна вторая. Выходной сигнал второго блока функции возведения в степень 32, равный , поступает со знаком плюс на второй вход первого блока алгебраического сумматора 25; со знаком плюс на второй вход второго блока алгебраического сумматора 35. Выходной сигнал первого блока алгебраического сумматора 25, равный , поступает на вход третьего блока функции возведения в степень 26, который возводит его в степень одна третья. Выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 35, равный , поступает на вход четвертого блока функции возведения в степень 36, который возводит в степень одна третья. Выходной сигнал третьего блока функции возведения в степень 26, равный  поступает со знаком плюс на первый вход третьего блока алгебраического сумматора 33. Выходной сигнал четвертого блока функции возведения в степень 36, равный  поступает на второй вход третьего блока алгебраического сумматора 33, который который суммирует сигналы, поступающие на его входы. Выходной сигнал третьего блока алгебраического сумматора 33, равный , поступает на вход второго блока арифметической функции 34, который вычитает из своего входного сигнала величину равную . Выходной сигнал второго блока арифметической функции 34, равный
.
1
2
1
2
1
2
поступает: на первый и второй входы третьего блока произведения 18; на вход восьмого пропорционального блока 17; на вход седьмого пропорционального блока 22; на вход третьего блока арифметической функции 23. Выходной сигнал третьего блока арифметической функции 23, равный (2t+t), поступает на вход шестого пропорционального блока 24. Шестой пропорциональный блок 24 усиливает значение сигнала, поступающего на его вход, с коэффициентом 2. Выходной сигнал шестого пропорционального блока 24, равный (2t+t) поступает на второй вход второго блока произведения 12. На выходе второго блока произведения 12 формируется отрицательная обратная связь по скорости электропривода ω с коэффициентом k=(2t+t).
Выходной сигнал третьего блока произведения блока 18, равный , поступает на вход третьего пропорционального блока 13 и на вход четвертого пропорционального блока 19. Четвертый пропорциональный блок 19 усиливает значение сигнала, поступающего на его вход, с коэффициентом . Выходной сигнал четвертого пропорционального блока 19, равный  поступает со знаком плюс на первый вход четвертого блока алгебраического сумматора 20.
(1)
(2)
Выходной сигнал четвертого блока алгебраического сумматора 20, равный , поступает на вход четвертого блока арифметической функций 21, который прибавляет к своему входному сигналу величину равную . Выходной сигнал четвертого блока арифметических функций 21, равный  поступает на второй вход первого блока произведения 11. На выходе первого блока произведения 11 формируется отрицательная обратная связь по второй производной скорости электропривода  ω с коэффициентом . Третий пропорциональный блок 13 усиливает значение сигнала, поступающего на его вход, с коэффициентом . Выходной сигнал третьего пропорционального блока 13, равный , поступает со знаком плюс на первый вход пятого блока алгебраического сумматора 14. Выходной сигнал пятого блока алгебраического сумматора 14, равный , поступает на вход пятого блока арифметической функций 15, который прибавляет к своему входному сигналу величину равную . Выходной сигнал пятого блока арифметической функций 15, равный , поступает на вход девятого пропорционального блока 16, который усиливает значение сигнала, поступающего на его вход. Выходной сигнал девятого пропорционального блока 16, равный  поступает на второй вход четвертого блока произведения 10. На выходе четвертого блока произведения 10 формируется отрицательная обратная связь по второй производной скорости электропривода ω с коэффициентом .
кон
кон
нач
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При подаче с первого задатчика 1 сигнала, равного конечному значению угла поворота электропривода φ, на первый вход первого пропорционального блока 2 и при подаче со второго задатчика 27 сигнала, равного разности значений конченого угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода (φ-φ), на вход блока вычисления модуля 28, в интервале времени 0<t<t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения равен . В момент времени t=t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 5 равна нулю, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5. На интервале времени t<t<(t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю. В момент времени t=(t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (t+t)<t<(3t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=(3t+t) сумма входных сигналов второго пропорционального блока 5 равна нулю, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (3t+t)<t<(3t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю. В момент времени t=(3t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (3t+t+t)<t<(5t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  момент времени (5t+t+t) сумма входных сигналов второго пропорционального блока 5 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (5t+t+t)<t<(5t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю. В момент времени t=(5t+2t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (5t+2t+t)<t<(6t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен , выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=(6t+2t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 равна нулю, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. После окончания цикла перемещения электропривода (6t+2t+t)<t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен нулю и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю.
кон
нач
Рассмотрен вопрос формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом при выполнения условия φ>φ.
кон
нач
Предлагаемое устройство позволяет сформировать сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом при выполнении условия φ<φ.
Предлагаемое устройство обеспечивает сформирование оптимальной диаграммы для малых перемещений электропривода с инерционным преобразователем, идеальным валопроводом и моментом сопротивления различного типа.
Точность сформирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных и интегральных, а также блоков, ограничивающих значение своего входного сигнала.
Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности на базе программируемого контроллера, сформирующий сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом, что позволяет совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.