Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ИСНОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
МЕХАНИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЁННОГО
С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, С ОГРАНИЧЕНИЕМ ЕЁ ЧЕТВЁРТОЙ
ПРОИЗВОДНОЙ Изобретение относится к электротехнике и может
использоваться для формирования рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной является задатчик интенсивности второго порядка /1/, который принимается за прототип.
Нрототип содержит: задатчик, соединенный с первым входом пропорционального блока, который соединен с входом блока ограничивающего значение своего входного сигнала, первый интегральный блок, выход которого соединен с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом пропорционального блока. Существ тощий прототип не позволяет реализовать диаграмму изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной.
Задача, решаемая изобретением, заключается в формировании рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной.
Техническим результатом от использования изобретения является устройство, формирующее рациональную диаграмму изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной, позволяющее совместно с системой автоматического регулирования скорости исполнительного органа механизма достичь
юл. Добробаба В.А. М рлина Г.А. Кошкин С.В. Добробаба О.П. Соловей О.В. Акулов
МГЖ 7 Н 02 Р 7/80
I
необходимой интенсивности изменения скорости, и как следствие, увеличение производительности промышленных установок, которым по технологическим требованиям необходимо ограничение четвёртой производной скорости исполнительного органа механизма.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство введены третий интегральный блок, вход которого соединен с выходом блока ограничивающего значение своего входного сигнала, а выход, которого соединен с первым входом первого блока прои: ведения, и соединен с входом четвёртого интегрального блока, четвёртый интегральный блок, выход которого соединен с первым входом второго блока произведения, и соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом третьего блока произведения, выход первого блока произве1ения соединен с третьим входом первого пропорционального |лока, выход второго блока произведения соединен с четвёртым входом первого пропорционального блока, выход третьего блока произведения соединен с пятым входом первого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен с первым входом первого суммирующего блока, выход первого задатчика соединен со вторым входом первого суммирующего блока, второй задатчик, выход которого соединен с входом блока, формир ющего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, соединен с первым входом четвёртого блока произведения, и соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с третьим входом первого суммирующего блока, выход первого суммирующего блока соединен со вторым входом четвёртого блока произведения, выход четвёртого блока произведения соединен с входом блока, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), и соединен с входом блока, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), выход блока, формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, соединен с входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с входом блока, формирующего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала, выход блока, формир тощего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала, соединен с первым входом пятого блока произведения, соединен с первым и вторым входами щестого блока произведения, выход щестого блока произведения соединен со вторым входом пятого блока произведения, четвёртый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом блока, формирующего на выходе
значение корня четвёртой степени своего входного сигнала, а выход которого соединен со вторым входом третьего блока произведения, пятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом шестого блока произведения, а выход которого соединен с первым входом седьмого блока произведения, шестой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом шестого блока произведения, а выход, которого соединен с первым входом восьмого блока произведения, седьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом пятого блока произведения, а выход которюго соединен с первым входом девятого блока произведения, восьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом пятого блока произведения, а выход которого соединен с первым входом десятого блока произведения, седьмой блок произведения, второй вход которого соединен с выходом блока, формир ющегр на выходе при подаче на его чход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), а выход которого соединен с первым входом второго суммирующего блока, восьмой блок произведения, второй вход которого соединен с выходом блока, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), а выход которого соединен со вторым входом второго сутимирующего блока, девятый блок произведения, второй вход которого соединен с выходом блока, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), а выход которого соединен с первым входом третьего суммирующего блока, десятый блок произведения, второй вход которого соединен с выходом блока, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), а выход которого соединен со вторым входом третьего суммир тощего блока, выход второго суммирующего блока соединен со вторым входом второго блока произведения, выход третьего суммирующего блока соединен со вторым входом первого блока произведения.
Изменение скорости исполнительного органа механизма осуществляют по рациональному закону при ограничении четвёртой производной скорости, обусловленному технологическими требованиями промышленных установок. ;
Рациональный закон изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной состоит из шести этапов. Диафамма изменения скорости  исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с офаничением её четвёртой производной представлена на фиг. 1, где приведены: зависимость скорости исполнительного органа механизма от времени a}(t}, зависимость первой производной скорости
исполнительного органа механизма от времени o)(t) зависимость второй производной скорости исполнительного органа механизма от времени co(t), зависимость третьей производной скорости исполнительного органа механизма от времени Q)(t), зависимость четвёртой производной скорости исполнительного органа механизма от времени a}(t}. При увеличении (уменьшении) скорости исполнительного органа механизма её четвёртая производная на этапах первом, третьем и пятом равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению .(-(доп) на этапах втором, четвёртом и шестом равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению -(. ((дап)- При этом первая, вторая и третья производные исполнительного органа механизма не достигают своих максимально допустимых значений соответственно ., (. и .- Длительности первого, третьего, четвёртого и шестого этапов одинаковые и равны /), а длительности второго и
пятого этапов одинаковые и равны 2о, где /,  J-. При заданной
интенсивности изменения скорости исполнительного органа механизма, величина которой зависит от (.-, для получения заданного изменения скорости исполнительного органа механизма, заэ. необходимо изменять длительности этапов. При увеличении скорости исполнительного органа механизма заданное значение изменения скорости а)зад может принимать значения от
минимального СОзад.тт ДО МаКСИМаЛЬНОГО (Озад.тах ПрИ ЭТОМ 1}
Принимает значения от нуля до максимального значения timaxТаким образом, заявляемое устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной обеспечивает необходимую интенсивность изменения скорости исполнительного органа механизма, что позволяет достичь максимальной производительности промышленных установок.
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной.
Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма с ограничением её четвёртой производной, содержит первый задатчик 1, выходной сигнат которого пропорционален конечной скорости исполнительного органа механизма, и поступает на первый вход первого пропорционального блока 2, выход которого соединен с входом блока 3, офаничиваюшего значение своего входного сигнала, выход
Йв/Д3
V. до
блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом третьего интегрального блока 6, выход третьего интегрального блока 6 соединен с первым входом первого блока произведения 7, и соединен с входом четвёртого интегрального блока 8, четвёртый интефальный блок 8, выход которого соединен с первым входом второго блока произведения 9, и соединен с входом первого интегрального блока 4, выход первого интегрального блока 4 соединен с первым входом третьего блока произведения 10, и соединен с входом второго интегрального блока 5, выход первого блока произведения 7 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход второго блока произведения 9 соединен с четвёртым входом первого пропорционального блока 2, выход третьего блока произведения 10 соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2, второй интегральный блок 5, выходной, сигнал которого соответствует скорости исполнительного органа механизма, соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2 и соединен с первым входом первого суммирующего блока 11, выход первого задатчика соединен со вторым входом первого суммирующего блока 11, второй задатчик 12 выход которого соединен с входом блока 13 формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, соединен с первым входом четвёртого блока произведения 14, и соединен с входом второго пропорционального блока 15, выход второго пропорционального блока 15 соединен с третьим входом первого суммир тощего блока 11, выход первого суммирующего блока 11 соединен со вторым входом четвёртого блока произведения 14, выход четвёртого блока произведения 14 соединен с входом блока 16, формир тощего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), и соединен с входом блока 17, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), выход блока 13 формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала соединен с входом третьего пропорционального блока 18, выход третьего пропорционального блока 18 соединен с входом блока 19 формир тощего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала, выход блока 19 формирующего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала соединен с первым входом пятого блока произведения 20, соед1шен с первым и вторым входами шестого блока произведения 21, выход щестого блока произведения 21 соединен со вторым входом пятого блока произведения 20, четвёртый пропорциональный блок 22, вход которого соединен с выходом блока 19 формирующего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала, а выход, которого соединен со вторым входом TjseTbero блока произведения 10, пятый
пропорциональный блок 23, вход, которого соединен с выходом шестого блока произведения 21, а выход, которого соединен с первым входом седьмого блока произведения 24, шестой пропорциональный блок 25, вход которого соединен с выходом шестого блока произведения 21, а выход, которого соединен с первым входом восьмого блока произведения 26, седьмой пропорциональный блок 27, вход которого соединен с выходом пятого блока произведения 20, а выход, которого соединен с первым входом девятого блока произведения 28, восьмой пропорциональный блок 29, вход которого соединен с выходом пятого блока произведения 20, а выход, которого соединен с первым входом десятого блока произведения 30, седьмой блок произведения, первый вход которого соединен с выходом пятого пропорционального блока 23, второй вход которого соединен с выходом блока 16, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), а выход, которого соединен с первым входом второго суммирз ющего блока 31, восьмой блок произведения 26, первый вход которого соединен с выходом шестого пропорционального блока 25, второй вход которого соединен с выходом блока 17, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), а выход, которого соединен со вторым входом второго суммир ющего блока 31, девятый блок произведения 28 первый вход, которого соединен с выходом седьмого пропорционального блока 27, второй вход которого соединен с выходом блока 16, формир тощего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), а выход, которого соединен с первым входом третьего суммирующего блока 32, десятый блок произведения 30, первый вход которого соединен с выходом восьмого пропорционального блока 2,9, второй вход которого соединен с выходом блока 17, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица), а выходной, сигнал которого соединен со вторым входом третьего суммирующего блока 32, выход второго с ммир тощего блока 31 соединен со вторым входом второго блока произведения 9, выход третьего суммирующего блока 32 соединен со вторым входом первого блока произведения 7.
Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной работает следующим образом.
обратных связей: по напряжению, пропорциональному скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному первой производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному второй производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному третьей производной скорости исполнительного органа механизма. Первый пропорциональный блок 2 усиливает суммарное напряжение, блок ограничения 3 ограничивает сигнал, поступающий с первого пропорционального блока 2. Третий интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с блока ограничения 3 пропорциональный четвёртой производной скорости исполнительного органа механизма. Выходной сигнал третьего интегрального блока 6, пропорциональный третьей производной скорости исполнительного органа механизма интегрируется четвёртым интегральным блоком 8. Выходной сигнал четвёртого интегрального блока  8, пропорциональный второй производной скорости исполнительного органа механизма, интегрируется первым интегральнь1м блоком 4. Выходной сигнал первого интегрального блока 4, пропорциональный первой производной скорости исполнительного органа механизма, интегрируется вторым интеграпьным блоком 5. Выходной сигнал со второго интегрального блока 5, пропорциональный скорости исполнительного органа механизма, поступает на второй вход первого пропорционального блока 2. В первом блоке произведения 7 осуществляется умножение напряжения, пропорционального третей производной скорости исполнительного органа механизма, на выходное напряжение третьего суммирующего блока 32. Выходной сигнал первого блока произведения 7 постутзает на третий вход первого пропорционального блока 2. Во втором блоке произведения 9 осуществляется умножение напряжения, пропорционального второй производной скорости исполнительного органа механизма, на выходное напряжение второго суммирующего блока 31. Выходной сигнал второго блока произведения 9 поступает на четвёртый вход первого пропорционального блока 2. В третьем блоке произведения 10 осз цествляется умножение напряжения, пропорционального первой производной скорости исполнительного органа механизма, на выходное напряжение четвёртого пропорционального блока 22. Выходной сигнал третьего блока произведения 10 поступает на пятый вход первого пропорционального блока 2. Выходной сигнал второго задатчика 12, пропорциональный изменению скорости исполнительного органа механизма поступает на первый вход четвёртого блока произведения 14 и поступает на вход второго пропорционального блока 15. В первом суммирующем блоке 11 осуществляется сложение напряжения первого задатчика 1,
пропорциональное конечному значению скорости исполнительного органа механизма, на напряжение второго интегрального блока 5, пропорциональное скорости исполнительного органа механизма, и на выходной сигнал второго пропорционального блока 15, пропорциональный половине значения изменения скорости исполнительного органа механизма. В четвёртом блоке произведения 14 осуществляется умножение выходного сигнала второго задатчика 12 на выходной сигнал первого суммирующего блока 11. Выходной сигнал четвёртого блока произведения 14 поступает на вход блока 16, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), и на вход блока 17, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица). На вход блока 13, формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, постуттает сигнал от второго задатчика 12, пропорциональный величине изменения скорости исполнительного органа механизма. Блок 13, формирующий на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, подаёт абсолютное значение своего входного сигнала на вход третьего пропорционального блока 18. Выходной сигнал третьего пропорционального блока 18 поступает на вход блока 19, формирующего на выходе значение корня четвёртой степени своего входного сигнала. В пятом блоке произведения 20 осуществляется умножение выходного напряжения блока 19, пропорционального длительности первого, третьего, четвёртого и щестого этапов равных ti, на напряжение пропорциональное квадрату длительности первого, третьего, четвёртого и щестого этапов равных //. Выходной сигнал пятого блока произведения 20 пропорциональный кубу длительности первого, третьего, четвёртого и щестого этапов равных ti поступает на вход седьмого пропорционального блока 27, и пост пает на вход восьмого пропорционального блока 29. В шестом блоке произведения 21 выходное напряжение блока 19 пропорциональное длительности первого, третьего, четвёртого и шестого этапов равных t} возводится в квадрат. Выходной сигнал щестого блока произведения 21 пост пает на второй вход пятого блока произведения 20, пост пает на вход пятого пропорционального блока 23, и поступает на вход шестого пропорционального блока 25. На вход четвёртого пропорционального блока 22 подаётся выходной сигнал блока 19. Выходной сигнал четвёртого пропорционального блока 22 пост т1ает на второй вход Третьего блока произведения 10. В седьмом блоке произведения 24 осуществляется умножение выходного сигнала пятого пропорционального блока 23 на выходной сигнал блока 16, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицагтельного) сигнала значение единица (ноль).
в восьмом блоке произведения 26 осуществляется умножение выходного сигнала шестого нропорционального блока 25 на выходной сигнал блока 17, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица). В девятом блоке произведения 28 осуществляется умножение выходного сигнала седьмого пропорционального блока 27 на выходной сигнал блока 16, формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль). В десятом блоке произведения 30 осуществляется умножение выходного сигнала восьмого пропорционального блока 29 на выходной сигнал блока 17, формирующего на выходе нри подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица). Во втором суммирующем блоке 31 осуществляется сложение выходного сигнала седьмого блока произведения 24 с выходным сигналом восьмого блока произведения 26. В третьем суммирующем блок.. 32 осуществляется сложение выходного сигнала девятого блока произведения 28 с выходным сигналом десятого блока произведения 30. Выходной сигнал второго суммирующего блока 31 пост пает на второй вход второго блока произведения 9. Выходной сигнал третьего с ммир ющего блока 32 пост пает на второй вход первого блока произведения 7.
При подаче положительных сигналов с первого задатчика 1 и второго задатчика 12: в интервале времени  tj суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное; в интервале времени f t-3ti суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 отрицательное; в интервале времени  суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное; в интервале времени Atj- (5ti суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 отрицательное; в интервале времени 5trt 7ti суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное; в интервале времени  суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 отрицательное. В моменты времени //, 5//, -///, 5//, 7//, 8t суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 равно нулю. При этом в интерваие времени  суммарное напряжение на входах первого суммирующего блока 11 положительное; в интервале времени  суммарное напряжение на входах первого суммирующего блока 11 отрицательное. В момент времени -fii суммарное напряжение на входах первого суммирующего блока 11 равно нулю. При изменении входного напряжения в интервале «min «  длительность первого , третьего, четвёртого и шестого этапов изменяется соответственно О ti timax.Минимальное и максимальное значения входного напряжения определяется соответственно по формулам:
f «™n-o;
«X max  2мах
В зависимости от величин максимальных напряжений на выходе интегральных блоков, от значения ограничивающего напряжения на выходе блока ограничения и от величины максимальных длительностей этапов технологического процесса определяются соответственно постоянные времени:
т - 2--iil -/
1  - г1Л ШГ
мах f
,гЫах I
у,  - огр .
3  ,гl«ux 5..,I
Зтах
7  Зтах f   тгiiior
где  - ограничивающее значение напряжения на выходе блока
ограничения; f/,- максимальное значение напряжения на выходе первого
интегрального блока; f/2max максимальное значение напряжения на выходе второго
интегрального блока; f/3max максимальное значение напряжения на выходе третьего
интегрального блока; 4тах  максимальное значение напряжения на выходе четвёртого
интегрального блока.
С увеличением коэффициента первого пропорционального блока /Г, повышается точность формирования рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединённого с электродвигателем.
Коэффициенты остальных пропорциональных блоков определяются соответственно по формулам:
/
K,  ,.T,.J.T,4  - i
К. - 12Г,72
,,
к
ит,т
ITTT
- 1 2 4
т
л 1 2 4
Таким образом, точность формируемой диаграммы изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её четвёртой производной определяется настройкой линейных блоков: суммирующих, произведения, пропорциональных и интегральных; а так же нелинейных блоков: ограничивающих значения своих входных сигналов, формирующего на выходе значе 1ие корня второй степени своего входного сигнала, формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, формир ющего на выходе 11ри подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение единица (ноль), формирующего на выходе при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала значение ноль (единица).
Используемая литература:
1. М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. Теория Автоматизированного электропривода. - М.:Энергия, 1979, 615 с.