ЗАДАТЧИК ИНТЕНСИВНОСТИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Полезная модель относится к управлению автоматизированными электроприводами и может быть использована в станках с ЧПУ и в робототехнических комплексах.
Известен задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода [1], который содержит усилитель с насыщением, дифференцирующее звено, нелинейное звено с зоной нечувствительности, при этом выход усилителя с насыщением подключен ко входу дифференцирующего звена, выход которого соединен с нелинейным звеном типа зоны нечувствительности, который выходом подключен ко входу усилителя с насыщением.
Недостатком данного устройства является то, что динамические свойства электропривода с задатчиком интенсивности невысоки, даже если сигнал с выхода дифференцирующего звена не превышает величину зоны нечувствительности нелинейного звена, и передаточная функция задатчика интенсивности имеет вид безынерционного звена. При этом выходной сигнал задатчика интенсивности не форсирует переходные процессы в электроприводе.
Наиболее близким к заявляемому устройству является задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода [2], который содержит усилитель с насыщением, выход которого подключен к входу дифференцирующего звена, соединенного своим выходом с нелинейным звеном типа зоны нечувствительности, выход которого подключен к входу усилителя с насыщением, релейный элемент, второе дифференцирующее звено и ключевой элемент, при этом вход второго дифференцирующего звена подключен к первому входу усилителя с насыщением, а выход - ко входу ключевого элемента, выход которого соединен со входом усилителя с насыщением, а управляющий вход через релейный элемент подключен к выходу нелинейного звена с зоной нечувствительности.
Недостатком данного устройства является ухудшение помехозащищенности в электроприводе, так как во входном задающем сигнале всегда присутствуют помехи, а в прямом канале данного задатчика интенсивности находится дифференцирующее звено, которое резко увеличивает уровень помех в выходном сигнале задатчика интенсивности. В этом случае в электроприводе необходимо увеличивать фильтрацию, что ухудшит динамические характеристики электропривода.
Задачей, на которую направлено предлагаемое решение полезной модели, является повышение помехозащищенности в электроприводе при улучшении динамических характеристик электропривода.
Задатчик интенсивности для электропривода по заявляемой полезной модели, так же как и прототип содержит последовательно соединенные дифференцирующее звено, нелинейный элемент с зоной нечувствительности, релейный элемент и ключевой элемент.
В отличие от прототипа - в устройство дополнительно введены операционный усилитель, с обратной связью между инвертирующим входом операционного усилителя и его выходом, образованной последовательно соединенными первым и вторым резисторами, к общей точке соединения которых подключен одним выводом конденсатор, другой вывод конденсатора подключен ко входу ключевого элемента, выход которого соединен с нулевой точкой задатчика, а управляющий вход - с выходом релейного элемента, при этом задающим входом задатчика является третий резистор, соединенный с инвертирующим входом операционного усилителя, неинвертирующий вход которого подключен к нулевой точке задатчика, выход нелинейного звена также подключен через четвертый резистор к инвертирующему входу операционного усилителя, выход операционного усилителя соединен с входом дифференцирующего звена.
Сущность полезной модели поясняется с помощью рисунка, на котором показана схема задатчика интенсивности для электропривода.
Задатчик интенсивности для электропривода содержит дифференцирующее звено 1, подключенное выходом к нелинейному элементу 2 с зоной нечувствительности, которое выходом соединено со входом релейного элемента 3, соединенного с входом ключевого элемента 4, операционный усилитель 5, с обратной связью между инвертирующим входом операционного усилителя 5 и его выходом, образованной последовательно соединенными первым 6 и вторым 7 резисторами, к общей точке соединения которых подключен одним выводом конденсатор 8, другой вывод конденсатора 8 подключен ко входу ключевого элемента 4, выход которого соединен с нулевой точкой 10 задатчика, а управляющий вход - с выходом релейного элемента 3, при этом задающим входом задатчика является третий резистор 9, соединенный с инвертирующим входом операционного усилителя 5, неинвертирующий вход которого подключен к нулевой точке 10 задатчика, выход нелинейного звена 2 также подключен через четвертый резистор 11 к инвертирующему входу операционного усилителя 5, выход операционного усилителя 5 соединен с входом дифференцирующего звена 1.
Задатчик интенсивности для электропривода работает следующим образом:
Выходной сигнал усилителя 5 подается на дифференцирующее звено 1, которое предназначено для определения производной выходного сигнала задатчика интенсивности. Сигнал с дифференцирующего звена 1 поступает на нелинейное звено 2. В зависимости от величины производной выходного сигнала задатчика интенсивности на выходе нелинейного звена 2 сигнал появляется или нет. Сигнал с выхода нелинейного звена 2 через четвертый резистор 11 поступает на инвертирующий вход операционного усилителя 5 и на вход релейного элемента 3. Релейный элемент 3 управляет ключевым элементом 4.
Операционный усилитель 5 совместно с резисторами 6 и 7, конденсатором 8 образуют пропорционально-дифференциальное звено или пропорциональное звено в зависимости от состояния ключевого элемента 4, а именно, если ключевой элемент 4 замкнут, то это пропорционально-дифференциальное звено, если ключевой элемент 4 разомкнут, то это пропорциональное звено. То есть в зависимости от состояния ключа 4 меняется передаточная функция. Также меняется передаточная функция и в зависимости от того подается ли сигнал на операционный усилитель 5 с выхода нелинейного звена 2 через резистор 11.
Если в задатчике интенсивности для электропривода производная выходного сигнала (сигнал на выходе дифференцирующего звена 1) превышает пороговое значение, а именно, величину зоны нечувствительности нелинейного звена 2, то выходной сигнал этого звена поступает на вход операционного усилителя 5 через четвертый резистор 11 и на вход релейного элемента 3. На выходе релейного элемента 3 появляется «единичный» сигнал и осуществляется выключение ключевого элемента 4. При этом один из выводов конденсатора 8 отключается от нулевой точки 10 и усилитель становится пропорциональным звеном. В этом случае происходит замыкание обратной связи через дифференцирующее звено 1 и нелинейное звено 2. Передаточная функция задатчика интенсивности в данном режиме имеет вид апериодического звена:
7
6
9
11
при (R+R)=R=R
6
7
9
где: R, R, R - резисторы элементов 6, 7, 9 соответственно;
1
T - постоянная времени дифференцирующего звена 1.
Передаточная функция задатчика интенсивности для электропривода идентична передаточной функции известного задатчика интенсивности. При этом происходит ограничение скорости изменения выходного сигнала задатчика интенсивности, благодаря чему эффективно уменьшается величина перерегулирования по скорости в электроприводе.
При малых скоростях изменения задающего сигнала задатчика интенсивности, что имеет место при гармоническом входном сигнале малой частоты и амплитуды, величина сигнала, получаемого на выходе дифференцирующего звена 1, не превышает зону нечувствительности звена 2. При этом сигнал на выходе звена 2 отсутствует и не поступает сигнал на вход операционного усилителя 5. На выходе релейного элемента 3 сигнал «нулевой» и ключевой элемент 4 открыт. При этом второй конец конденсатора 8 подключен к нулевой точке 10 через открытый ключевой элемент 4. Передаточная функция задатчика интенсивности в данном режиме имеет вид форсирующего звена:
7
6
9
при (R+R)=R
7
6
при R=R
2
2
W(p)=1+Tp
где: ;
8
C - емкость конденсатора восьмого звена.
В этом режиме на вход регулятора скорости электропривода с выхода задатчика интенсивности подаются, как сам входной сигнал задатчика интенсивности, так и его производная. Это обеспечивает улучшение динамических свойств электропривода путем форсирования переходных процессов, а также производит расширение полосы пропускания частот электропривода при малых амплитудах входного гармонического сигнала. При этом в заявляемом задатчике интенсивности для электропривода отсутствует дифференцирующее звено в прямом канале, что обеспечивает улучшение помехозащищенности в системе электропривода.
Настройка величины зоны нечувствительности нелинейного звена 2 осуществляется так, что па выходе этого звена сигнал появляется лишь при частоте задающего гармонического сигнала, превышающей заданную полосу пропускания частот в электроприводе. При этом ограничение скорости изменения выходного сигнала задатчика интенсивности осуществляется лишь на частотах, превышающих заданную полосу пропускания частот электропривода. B электропроводе улучшаются динамические свойства, а именно, уменьшается время переходных процессов, расширяется полоса пропускания частот при малых амплитудах входного гармонического сигнала без увеличения заданной величины перерегулирования скорости в электроприводе и сохраняется хорошая помехозащищенность.
Применение заявляемого задатчика интенсивности в электроприводах станков с ЧПУ и в робототехнических комплексах повышает производительность производственных механизмов, за счет увеличения быстродействия и увеличения полосы пропускания частот электропривода, особенно при малых амплитудах входного гармонического сигнала, при сохранении хорошей помехозащищенности в электроприводе.
Список используемых источников
1. В.В. Аржанов, B.C. Фадеев. Задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода. А.С. №900389, H02P 5/00. Опубл. 23.01.1982 Бюл. №3.
2. В.В. Аржанов, B.C. Фадеев. Задатчик интенсивности для быстродействующего электропривода. А.С. №1073866 SU, H02P 5/00. Опубл. 15.02.1984 Бюл. №6.