УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ ДИАГРАММЫ ДЛЯ МАЛЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ИНЕРЦИОННЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ И ИДЕАЛЬНЫМИ ВАЛОПРОВОДАМИ

Полезная модель относится: к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования рациональных диаграмм для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
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 для формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами 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, 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, 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 первого блока функции возведения в степень и с входом второго блока функции возведения в степень, выход первого блока функции возведения в степень соединен со вторым входом второго блока произведения, выход второго блока произведения соединен с входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход второго блока функции возведения в степень соединен со вторым входом первого блока произведения, выход первого блока произведения соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального бока соединен с четвертым входом первого пропорционального блока.
Прототип реализует оптимальные по быстродействию диаграммы для малых перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами, поэтому его использование не позволяет достичь высокой точности позиционирования электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Техническим результатом полезной модели является разработка устройства, формирующего рациональную диаграмму для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.
Технический результат достигается в устройстве для формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами тем, что из известного устройства выведено соединение между выходом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, и входом первого интегрального блока; в известное устройство введены четвертый интегральный блок, вход которого соединен с выходом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого интегрального блока соединен с входом первого интегрального блока и первым входом третьего блока произведения, третий блок функции возведения в степень, вход которого соединен с выходом второго пропорционального блока, выход третьего блока функции возведения в степень соединен со вторым входом третьего блока произведения, выход третьего блока произведения соединен с входом пятого пропорционального блока и с входом шестого пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора, выход шестого пропорционального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, второй вход второго блока алгебраического сумматора соединен с выходом четвертого пропорционального блока, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с первым входом
четвертого блока произведения, седьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом первого блока произведения, выход седьмого пропорционального блока соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с первым входом пятого блока произведения, восьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго за датчика, третий блок алгебраического сумматора, первый вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, второй вход соединен с выходом первого задатчика, третий вход соединен с выходом восьмого пропорционального блока, выход третьего блока алгебраического сумматора соединен с первым входом шестого блока произведения, второй вход шестого блока произведения соединен с выходом второго задатчика, выход шестого блока произведения соединен с входом блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), и с входом блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), выход блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), соединен со вторым входом четвертого блока произведения, выход четвертого блока произведения соединен с четвертым входом первого пропорционального блока, выход блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом пятого блока произведения, выход пятого блока произведения соединен с пятым входом первого пропорционального блока.
Рациональная диаграмма для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами состоит из шести этапов, при этом третья производная скорости электропривода изменяется скачкообразно. На первом, третьем и пятом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению ; на втором, четвертом и шестом этапах третья производная скорости электропривода равна . Для диаграммы справедливы соотношения /Добробаба Ю.П., Добробаба Ю.В. Разработка диаграмм перемещения электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами//Изв. Вузов. Пищевая технология, 2008, №1, С.103-105/:
1)
где  - максимальное значение скорости электропривода;
- максимальное значение первой производной скорости электропривода;
- максимальное значение второй производной скорости электропривода;
- максимальное значение третьей производной скорости электропривода;
- допустимое значение первой производной скорости электропривода
- допустимое значение второй производной скорости электропривода;
1
t - длительность первого, третьего, четвертого и шестого этапов;
1
2t - длительность второго и пятого этапов;
Т - длительность цикла;
нач
φ - начальное значение угла поворота;
кон
φ - конечное значение угла поворота.
Условие существования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Устройство для формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными
валопроводами содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока 2, выход первого пропорционального блока 2 соединен с входом блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом четвертого интегрального блока 4, выход четвертого интегрального блока 4 соединен с входом первого интегрального блока 5 и с первым входом третьего блока произведения 11, выход первого интегрального блока 5 соединен с входом второго интегрального блока 6 и с первым входом первого блока произведения 17, выход второго интегрального блока 6 соединен с входом третьего интегрального блока 7 и с первым входом второго блока произведения 19, выход третьего блока произведения 7 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, второй задатчик 25, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля 26, выход блока вычисления модуля 26 соединен с входом второго пропорционального блока 27, выход второго пропорционального блока 27 соединен с входом первого блока функции возведения в степень 30, с входом второго блока функции возведения в степень 29 и с входом третьего блока функции возведения в степень 28, выход первого блока возведения в степень 30 соединен со вторым входом второго блока произведения 19, выход второго блока произведения 19 соединен с входом третьего пропорционального блока 18, выход третьего пропорционального блока 18 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход второго блока функции возведения в степень 29 соединен со вторым входом первого блока произведения 17, выход первого блока произведения 17 соединен с входом четвертого пропорционального блока 16 и с входом седьмого пропорционального блока 12, выход третьего блока функции возведения в степень 28 соединен со вторым входом третьего блока произведения 11, выход третьего блока произведения 11 соединен с входом пятого пропорционального блока 10 и с входом шестого пропорционального блока 13, выход пятого пропорционального блока 10 соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора 9, выход шестого пропорционального блока 13 соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора 15, выход четвертого пропорционального блока 16 соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 15, выход второго блока алгебраического сумматора 15 соединен с первым входом четвертого блока произведения 14, выход седьмого пропорционального блока 12 соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора 9, выход первого блока алгебраического сумматора 9 соединен с первым входом пятого блока произведения 8, восьмой пропорциональный блок 20, вход которого соединен с выходом второго задатчика 25, третий блок алгебраического сумматора 21, первый вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 7, второй вход соединен с выходом первого задатчика 1, третий вход соединен
с выходом восьмого пропорционального блока 20, выход третьего блока алгебраического сумматора 21 соединен с первым входом шестого блока произведения 22, второй вход шестого блока произведения 22 соединен с выходом второго задатчика 25, выход шестого блока произведения 22 соединен с входом блока 24, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), и с входом блока 23, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), выход блока 24, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), соединен со вторым входом четвертого блока произведения 14, выход четвертого блока произведения 14 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход блока 23, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом пятого блока произведения 8, выход пятого блока произведения 8 соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2.
кон
1
1
(1)
(2)
Устройство для формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами работает следующим образом. На входы первого пропорционального блока 2 подается сигнал с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода φ, и сигналы отрицательных обратных связей: по углу поворота электропривода φ с единичным коэффициентом; по скорости электропривода ω с коэффициентом k=2t; по первой производной скорости электропривода ω с коэффициентом  (на первой половине цикла перемещения электропривода) или с коэффициентом  (на второй половине цикла перемещения); по второй производной скорости электропривода ω коэффициентом  (на первой половине цикла перемещения электропривода) или с коэффициентом  (на второй половине цикла перемещения электропривода). Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Блок 3, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины . На выходе блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, формируется зависимость третьей производной скорости
(3)
(2)
(1)
(1)
(2)
кон
нач
1
1
1
1
электропривода ω от времени t. Четвертый интегральный блок 4 интегрирует сигнал, поступающий с выхода блока ограничения 3. на выходе четвертого интегрального блока 4 формируется зависимость второй производной скорости электропривода ω от времени t. Первый интегральный блок 5 интегрирует сигнал, поступающий с выхода четвертого интегрального блока 4. На выходе первого интегрального блока 5 формируется зависимость первой производной скорости электропривода ω от времени t. Второй интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с выхода первого интегрального блока 5. На выходе второго интегрального блока 6 формируется зависимость скорости электропривода ω от времени t. Третий интегральный блок 7 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго интегрального блока 6. На выходе третьего интегрального блока 7 формируется зависимость угла поворота электропривода ω от времени t. Выходной сигнал второго задатчика 25, равный величине (φ-φ), поступает на вход блока вычисления модуля 26. Выходной сигнал блока вычисления модуля 26 поступает на вход второго пропорционального блока 27. Выходной сигнал второго пропорционального блока 27, равный , поступает на вход первого блока функции возведения в степень 30, который возводит в степень одна четвертая; на вход второго блока функции возведения в степень 29, который возводит в степень одна вторая; на вход третьего блока функции возведения в степень 28, который возводит в степень три четвертых. Выходной сигнал первого блока функции возведения в степень 30 равен величине t; выходной сигнал второго блока функции возведения в степень 29 равен величине ; выходной сигнал третьего блока функции возведения в степень 28 равен величине . Второй блок произведения 19 осуществляет умножение скорости электропривода ω на величину t. Первый блок произведения 17 осуществляет умножение первой производной скорости электропривода ω на величину . Третий блок произведения 11 осуществляет умножение второй производной скорости электропривода ω на величину . Выходной сигнал второго блока произведения 19 поступает на вход третьего пропорционального блока 18. Выходной сигнал третьего пропорционального блока 18 является сигналом отрицательной обратной связи по скорости электропривода с коэффициентом k=2t. Выходной сигнал первого блока произведения 17 поступает на вход четвертого пропорционального блока 16 и на вход седьмого пропорционального блока 12. Выходной сигнал четвертого пропорционального
1
21
22
31
32
кон
нач
кон
нач
кон
блока 16 является сигналом отрицательной обратной связи по первой производной скорости электропривода с коэффициентом , действующим на первой половине цикла перемещения электропривода. Выходной сигнал седьмого пропорционального блока 12 является сигналом отрицательной обратной связи по первой производной скорости электропривода с коэффициентом , действующим на второй половине цикла перемещения электропривода. Выходной сигнал третьего блока произведения 11 поступает на вход пятого пропорционального блока 10 и на вход шестого пропорционального блока 13. Выходной сигнал шестого пропорционального блока 13 является сигналом отрицательной обратной связи по второй производной скорости электропривода с коэффициентом , действующим на первой половине цикла перемещения электропривода. Выходной сигнал пятого пропорционального блока 10 является сигналом отрицательной обратной связи по второй производной скорости электропривода с коэффициентом  действующим на второй половине цикла перемещения электропривода. Величины коэффициентов k, k, k, k и k зависят от модуля разности между значениями конечного угла поворота электропривода φ и начального угла поворота электропривода φ. Второй блок алгебраического сумматора 15 складывает сигналы отрицательных обратных связей по первой и второй производным скорости электропривода, действующие на первой половине цикла перемещения электропривода. Первый блок алгебраического сумматора 9 складывает сигналы отрицательных обратных связей по первой и второй производным скорости электропривода, действующие на второй половине цикла перемещения электропривода. Выходной сигнал второго задатчика 25, равный величине (φ-φ), поступает на вход восьмого пропорционального блока 20. Выходной сигнал восьмого пропорционального блока 20 равен величине . На входы третьего блока алгебраического сумматора 21 поступают сигналы: с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода φ, со знаком плюс; с выходом восьмого пропорционального блока 20, равный величине , со знаком минус; отрицательной обратной связи по углу поворота электропривода. Шестой блок произведения 22 осуществляет умножение выходного сигнала третьего блока алгебраического
кон
нач
сумматора 21 на величину (φ-φ)- Выходной сигнал шестого блока произведения 22 на первой половине цикла перемещения электропривода положительный, а на второй половине цикла перемещения электропривода отрицательный. На первой половине цикла перемещения электропривода выходной сигнал блока 24 равен единице, а выходной сигнал блока 23 равен нулю. На второй половине цикла перемещения электропривода выходной сигнал блока 23 равен единице, а выходной сигнал блока 24 равен нулю равен нулю. Четвертый блок произведения 14 и пятый блок произведения 8 работают в режиме ключа (при подаче на их второй вход сигнала равного единице они пропускают сигнал, поступивший на их первый вход). На первой половине цикла перемещения электропривода сумма сигналов отрицательных обратных связей по первой и второй производным скорости электропривода проходит через четвертый блок произведения 14, а на второй половине цикла перемещения электропривода сумма сигналов отрицательных обратных связей по первой и второй производным скорости электропривода опроходит через пятый блок произведения 8.
кон
кон
нач
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
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 25 сигнала, равного разности значений конченого угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода (φ-φ), на вход блока вычисления модуля 26, на вход восьмого пропорционального блока 20 и на вход шестого блока произведения 22 в интервале времени 0≤t≤t выходной сигнал блока ограничения 3 равен . В момент времени t=t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. На интервале времени t≤t≤t выходной сигнал блока ограничения 3 равен . В момент времени t=3t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. На интервале времени 3t≤t≤4t выходной сигнал блока ограничения 3 равен . В момент времени t=4t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. На интервале времени 4t≤t≤5t выходной сигнал блока ограничения 3 равен . В момент времени t=5t сумма входных сигналов первого пропорционально блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. На интервале времени 5t≤t≤7t выходной сигнал блока ограничения 3
1
1
1
1
1
равен . В момент времени t=7t, сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение бока ограничения 3. На интервале времени 7t≤t≤8t выходной сигнал блока ограничения 3 равен . В момент времени t=8t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 становится равной нулю, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. После окончания цикла перемещения электропривода 8t≤t выходной сигнал блока ограничения 3 равен нулю.
(1)
(2)
(3)
нач
кон
доп
На фиг.2 представлена рациональная диаграмма для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами (зависимости: угла поворота электропривода φ от времени t; скорости электропривода ω от времени t; первой производной скорости ω от времени t; второй производной скорости ω от времени t; третьей производной скорости ω от времени t) при ограничении третьей производной скорости (φ=0 рад; φ=1,6 рад; ω=160 рад/с;
кон
нач
Рассмотрен вопрос формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электропривода с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами при выполнении условия φ>φ.
кон
нач
Предлагаемое устройство позволяет формировать рациональную диаграмму для малых перемещений электроприводов с инерциальными преобразователями и идеальными валопроводами при выполнении условия φ<φ.
Предлагаемое устройство обеспечивает формирование рациональной диаграммы для малых перемещений электропривода с инерционными преобразователями, идеальными валопроводами и моментами сопротивления различного типа.
Точность формирования рациональной диаграммы для малых перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами определяется настройкой блоков предлагаемого устройства.
Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности на базе программируемого контроллера, формирующий рациональную диаграмму для малых перемещений электроприводов с: инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.