УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ МЕХАТРОННЫМ ПРИВОДОМ

Полезная модель относится к области мехатроники, а именно к устройствам управления мехатронными приводами и предназначена для формирования управляющих воздействий на привода.
1
3
Actuator
Batt
Batt
Aux
Aux
2
Actuator
3
Actuator
Известно устройство управления мехатронным приводом для управляемых электромагнитных клапанов (Joachim Melbert, Roger Uhlenbrock, "A High Power High Temperature Mechatronik Actuator for the Electromagnetic Valve Drive", IEEE Transactions on Mechatronics, 3, 2003), состоящее из двух ключей T и Т, подключающих обмотку привода L к различным источникам напряжения (первичный источник-напряжение сети V, вторичный-форсированное напряжение V+V), накопительного конденсатора C, используемого для формирования вторичного напряжения V, ключа Т, коммутацией которого формируется заданный уровень тока в обмотке привода L, и цепи заряда накопительного конденсатора D от индуктивной энергии запасенной в обмотке привода L.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности формирования в обмотке привода тока обратной полярности. Это ограничивает область его применения до управления только нейтральными мехатронными приводами.
Наиболее близким к заявленному решению является устройство управления электромагнитными потребителями (Патент DE 197.01.471), состоящее из двух ключей, определяющих к какому источнику напряжения (первичный источник-напряжение сети, вторичный-форсированное напряжение) подключается обмотка привода, накопительного конденсатора, используемого для формирование вторичного напряжения, ключа, коммутацией которого формируется заданный уровень тока в обмотке привода и цепи заряда накопительного конденсатора от индуктивной энергии запасенной в обмотке привода.
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности формирования в обмотке привода тока обратной полярности. Это ограничивает область его применения до управления только нейтральными мехатронными приводами.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства управления, за счет возможности применения его для управления как нейтральными, так и поляризованными мехатронными приводами.
Технический результат полезной модели заключается в возможности формирования в обмотке привода тока как прямой, так и обратной полярности.
Технический результат достигается с помощью устройства управления мехатронным приводом состоящее из первичного источника напряжения, положительный вывод которого последовательно соединен с ключом подключения первичного источника напряжения, выход которого соединен с входом ключа подключения вторичного источника напряжения и с входом обмотки привода с последовательно включенным измерительным шунтом, выход ключа подключения вторичного источника напряжения соединен с входом накопительного конденсатора, выход которого соединен с отрицательным выводом первичного источника напряжения, выход обмотки привода последовательно с ключом формирования тока соединен с отрицательным выводом первичного источника напряжения, а так же через диод заряда накопительной конденсатора с входом накопительного конденсатора, причем параллельно диоду заряда накопительного конденсатора включен дополнительный ключ.
На фиг.1 представлена схема устройства управления мехатронным приводом.
1
1
1
2
2
1
1
Устройство управления мехатронным приводом состоящее из первичного источника напряжения U, с параллельно подключенным конденсатором 1, сглаживающим пульсации напряжения первичного источника напряжения U, положительный вывод которого последовательно соединен с ключом 2 подключения первичного источника напряжения U, выход которого соединен с входом ключа 3 подключения вторичного источника напряжения U и с входом обмотки привода 4 с последовательно включенным измерительным шунтом 5, выход ключа 3 подключения вторичного источника напряжения U соединен с входом накопительного конденсатора 6, выход которого соединен с отрицательным выводом первичного источника напряжения U, выход обмотки привода 4 последовательно с ключом формирования тока 7 соединен с отрицательным выводом первичного источника напряжения U, а так же через диод 8 заряда накопительной конденсатора с входом накопительного конденсатора 6, параллельно диоду 8 заряда накопительного конденсатора включен дополнительный ключ 9.
Предлагаемое устройство управления мехатронным приводом обеспечивает 5 режимов работы:
1
1. Формирование заданной величины тока прямой полярности в обмотке привода 4, от первичного источника напряжения U. В данном режиме необходимо замкнуть ключ 2 подключения первичного источника напряжения и производить коммутацию ключа формирования тока 7, тем самым поддерживая требуемую величину тока в обмотке привода 4.
2
2. Формирование тока прямой полярности в обмотке привода 4, заданной величины, от вторичного источника напряжения U. В данном режиме необходимо замкнуть ключ 3 подключения вторичного источника напряжения и производить коммутацию ключа формирования тока 7, тем самым поддерживая требуемую величину тока в обмотке привода 4.
2
3. Формирование тока обратного полярности в обмотке привод 4, заданной величины, от вторичного источника напряжения U. В данном режиме необходимо замкнуть ключ 2 подключения первичного источника напряжения и производить коммутацию ключа 9, тем самым поддерживая требуемую величину тока в обмотке привода 4.
2
2
2
1
4. Формирование вторичного напряжения U за счет энергии индуктивной составляющей обмотки привода 4. Осуществляется за счет накопления в накопительном конденсаторе 6 индуктивной энергии обмотки привода 4 в момент размыкания ключ формирования тока 7, через цепь заряда накопительного конденсатора 6, состоящей из диода 8 заряда накопительной конденсатора, и шунтирующего его ключа 9. При превышении уровня напряжения вторичного источника напряжения U выше допустимого, энергия вторичного источника напряжения U используется для формирования тока прямой полярности, за счет чего осуществляется существенное снижение энергопотребления системы от первичного источника напряжения U.
2
5. Формирование тока удержания с отслеживанием и регулированием уровня напряжения вторичного источника напряжения U.
1
1
1
1
2
2
2
2
1
2
1
2
1
Рассмотрим пример работы устройства управления мехатронным приводом: для формирование заданной величины тока прямой полярности в обмотке привода 4, от первичного источника напряжения U, замыкается ключ 2 подключения первичного источника напряжения, подключая к входу обмотки привода 4 положительный вывод первичного источника напряжения U с параллельно подключенным конденсатором 1, сглаживающим пульсации напряжения первичного источника напряжения U, затем замыкается ключ формирования тока 7, подключающий выход обмотки привода 4 к отрицательному выводу первичного источника напряжения U, в результате чего в обмотке привода 4 по экспоненциальному закону начинает расти ток. При достижение током заданной величины ключ формирования тока 7 размыкается. В момент времени когда ключ формирования тока 7 замкнут, в обмотке привода 4 ток нарастает, когда ключ формирования тока 7 размыкается ток спадает, таким образом коммутацией ключ формирования тока 7 в обмотке 4 поддерживается требуемое значение тока. Измерительный шунт 5 служит для определения тока протекающего в обмотке привода 4. В момент размыкание ключа формирования тока 7 индуктивная энергия накопленная на обмотке привода 4 через диод 8 заряда накопительной конденсатора заряжает накопительный конденсатор 6. Формируемое на накопительном конденсаторе 6 напряжение является вторичным источником напряжения U. При превышение им заданного уровня, ключ 2 подключения первичного источника напряжения размыкается и замыкается ключ 3 подключения вторичного источника напряжения, подключая к обмотке привода 4 вторичный источник напряжения U. Коммутацией ключа формирования тока 7 в обмотке привода 4 поддерживается требуемое значение тока прямой полярности, от вторичного источника напряжения U. При необходимости формирования тока обратной полярности ключ 3 подключения вторичного источника напряжения и ключ формирования тока 7 размыкаются, и замыкается ключ 9, подключая к выходу обмотки привода 4 положительный вывод вторичного источника напряжения U, так же замыкается ключ 2 подключения первичного источника напряжения, подключающий к входу обмотки привода 4 положительный вывод первичного источника напряжения U. Так как величина вторичного источника напряжения U больше величины первичного источника напряжения U, на обмотке привода 4 формируется напряжение равное U-U. В результате чего в обмотке привода 4 по экспоненциальному закону начинает расти ток обратной полярности. Коммутацией ключа 8 в обмотке привода 4 поддерживается требуемое значение тока обратной полярности. Измерительный шунт 5 так же служит для определения тока протекающего в обмотке привода 4.
Для управления нейтральными мехатронными приводами в обмотке привода необходимо формировать ток только прямой полярности. Для управления же поляризованными мехатронным приводами, в связи с наличием в их конструкции постоянных магнитов, помимо тока прямой полярности, в обмотке привода необходимо так же формировать ток обратной полярности, для компенсации силы создаваемой постоянными магнитами. Предлагаемое устройство управления имеет режимы работы, которые позволяют формировать в обмотке привода ток как прямой, так и обратной полярности, что позволяет ему управлять как нейтральными, так и поляризованными мехатронными приводами.