УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА МЕХАНИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЕННОГО С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, С ОГРАНИЧЕНИЕМ СКОРОСТИ И ЕЕ ПЕРВОЙ, ВТОРОЙ И ЧЕТВЕРТОЙ ПРОИЗВОДНЫХ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться для формирования диаграммы перемещения электропривода с упругим валопроводом с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой и четвертой производных является устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением ее первой и четвертой производных (см. Пат. на полезную модель 33471. МПК 7 Н 02 Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением ее первой, второй и четвертой производных /Ю.П.Добробаба. В.А.Мурлина. Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба. О.П.Соловей. С.В.Нестеров// от 20.10.03. бюл. №29.), которое принимается за прототип.
Прототип содержит: задатчик, выход которого соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с входом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход, первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала соединен с первым входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своею входного сигнала, выход второго блока, ограничивающею значение своею входного сигнала, соединен с первым входом четвертого пропорционального блока. выход четвертого пропорционального блока соединен с входом третьего блока. ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен со вторым входом четвертого пропорционального блока, и с входом первого интегрального блока, выход первою интегрального блока соединен со вторым входом третьего пропорциональною блока, и с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, второй пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом первого интегральною блока, а выход которого соединен со вторым входом первого пропорциональною блока, пятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом четвертого пропорционального блока, шестой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом третьего пропорционального блока, седьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с четвертым входом первого
пропорционального блока, восьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен с четвертым входом третьего пропорционального блока, девятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом четвертого пропорционального блока, а выход которого соединен с пятым входом первого пропорционального блока.
Существующий прототип не позволяет реализовать диаграмму перемещения электропривода с упругим валопроводом с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в формировании рациональной диаграммы перемещения электропривода с упругим валопроводом с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных, что позволяет совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь необходимой интенсивности перемещения, и как следствие, увеличить производительность промышленных установок, которым по техническим требованиям необходимо ограничение скорости исполнительного органа механизма и ее первой, второй и четвертой производных.
Техническим результатом от использования полезной модели является устройство, формирующее рациональную диаграмму перемещения электропривода с упругим валопроводом с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство введены четвертый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом задатчика, а выход которого соединен с входом десятого пропорционального блока, выход десятого пропорционального блока соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока, ограничивающего значения своего входного сигнала соединен с пятым входом первого суммирующего блока, пятый интегральный блок, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен со вторым входом четвертого суммирующего блока, одиннадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом четвертого суммирующего блока, двенадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго интегрального блока, а вход которого соединен с четвертым выходом четвертого суммирующего блока, тринадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с пятым входом четвертого суммирующего блока, четырнадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен с шестым входом четвертого суммирующего блока.
Перемещение электропривода осуществляют с рациональным законом при ограничениях скорости и ее первой, второй и четвертой производных, обусловленных технологическими требованиями промышленных установок.
Рациональный закон перемещения электропривода с упругим валопроводом с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных состоит из двадцати трех этапов.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных.
(1)
(2)
(3)
(4)
(4)
(4)
(4)
(4)
(1)
(1)
(1)
(1)
(1)
(2)
(4)
доп
доп
доп
доп
доп
доп
доп
доп
доп
зад
доа
доп
доп
доп
зад
5
зад
зад.min
Диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных представлена на фиг.2, где соответственно приведены: зависимость угла поворота электропривода от времени φ(t), зависимость скорости электропривода от времени ω(t), зависимость первой производной скорости электропривода от времени ω(t), зависимость второй производной скорости электропривода от времени ω(t), зависимость третьей производной скорости исполнительного органа механизма от времени ω(t), зависимость четвертой производной скорости исполнительного органа механизма от времени ω(t). При движении вперед (назад) четвертая производная скорости исполнительного органа механизма на этапах первом, пятом, восьмом, десятом, четырнадцатом, шестнадцатом, девятнадцатом, двадцать третьем этапах равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению ω (-ω ), на этапах втором, четвертом, седьмом, одиннадцатом, тринадцатом, семнадцатом, двадцатом, двадцать втором равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению -ω (ω ), на этапах третьем, шестом, девятом, двенадцатом, пятнадцатом, восемнадцатом, двадцать первом равна нулю. Третья и вторая производные скорости исполнительного органа механизма на этапах шестом, двенадцатом, восемнадцатом равны нулю. Первая производная скорости исполнительного органа механизма на шестом этапе равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению ω (-ω ); на двенадцатом этапе равна нулю; на восемнадцатом этапе равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению -ω (ω ). Скорость исполнительного органа механизма на двенадцатом этапе равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению ω. При этом третья производная скорости исполнительного органа механизма не достигает своего максимально допустимого значения. Длительности первого, второго, четвертого, пятого, седьмого, восьмого, десятого, одиннадцатого, тринадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого, семнадцатого, девятнадцатого, двадцатого, двадцать второго, двадцать третьего этапов равны . Длительности третьего, девятого, шестнадцатого и двадцать первого этапов равны . Длительность шестого и восемнадцатого этапов равна . Длительность двенадцатого этапа равна , где φ - заданное значение угла поворота электропривода. При заданной интенсивности перемещения, величина которой зависит от ω, ω , ω , ω  для получения заданного перемещения φ, необходимо изменять длительность восьмого этапа t. Заданное значение перемещения исполнительного органа механизма φ может принимать значения от минимального φ до максимального
зад.mах
5
5mах
φ при этом длительность восьмого этапа t принимает значения от нуля до максимального значения t.
Таким образом, заявляемое устройство для формирования диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных обеспечивает необходимую интенсивность перемещения исполнительного органа механизма, что позволяет достичь максимальной производительности промышленных установок.
Устройство для формирования диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных содержит: задатчик 1, выход которого соединен с первым входом четвертого суммирующего блока 2, выход четвертого суммирующего блока 2 соединен с входом десятого пропорционального блока 3, выход десятого пропорционального блока 3 соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 4, выход четвертого блока, ограничивающего значения своего входного сигнала 4 соединен с пятым входом первого суммирующего блока 5, выход которого соединен с входом первого пропорционального блока 6, выход первого пропорционального блока 6 соединен с входом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, выход первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, соединен с первым входом второго суммирующего блока 8, выход которого соединен с входом второго пропорционального блока 9, выход второго пропорционального блока 9 соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 10, выход второго - блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 10 соединен с входом третьего суммирующего блока 11, выход которого соединен с входом третьего пропорционального блока 12, выход которого соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 13, выход которого соединен с входом первого интегрального блока 14, выход которого соединен с входом второго интегрального блока 15, выход второго интегрального блока 15 соединен с входом третьего интегрального блока 16, выход третьего интегрального блока 16 соединен с входом четвертого интегрального блока 17, выход которого соединен с входом пятого интегрального блока 18, четвертый пропорциональный блок 19, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока 14, а выход которого соединен с третьим входом третьего суммирующего блока 11, пятый пропорциональный блок 20, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока 14, а выход которого соединен с третьим входом второго суммирующего блока 8, шестой пропорциональный блок 21, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока 14, а выход которого соединен со вторым входом первого суммирующего блока 5, седьмой пропорциональный блок 22, вход которого соединен с выходом второго интегрального блока 15. а выход которого соединен с четвертым входом второго суммирующего блока 8, восьмой пропорциональный блок 23, вход которого соединен с выходом второго интегрального блока 15. а выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего блока 5, девятый пропорциональный блок 24, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 16, а выход которого соединен с четвертым входом первого суммирующего блока 5, одиннадцатый пропорциональный блок 25, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока 14, а выход которого соединен с третьим входом четвертого суммирующего блока 2, двенадцатый
пропорциональный блок 26, вход которого соединен с выходом второго интегрального блока 15, а вход которого соединен с четвертым выходом четвертого суммирующего блока 2, тринадцатый пропорциональный блок 27, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 16, а выход которого соединен с пятым входом четвертого суммирующего блока 2, четырнадцатый пропорциональный блок 28, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока 17, а выход которого соединен с шестым входом четвертого суммирующего блока 2.
Устройство для формирования диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных работает следующим образом.
На входы третьего суммирующего блока 2 подаются сигнал с задатчика 1, пропорциональный величине заданного перемещения электропривода, и сигналы обратных отрицательных связей: по напряжению, пропорциональному углу поворота электропривода; по напряжению, пропорциональному скорости электропривода; по напряжению пропорциональному первой производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному второй производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному третьей производной скорости электропривода. На входы первого суммирующего блока 5 подаются сигнал с четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 4, и сигналы обратных отрицательных связей: по напряжению, пропорциональному скорости электропривода; по напряжению пропорциональному первой производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному второй производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному третьей производи, ной скорости электропривода. На входы второго суммирующего блока 8 подаются сигнал с первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, и сигналы обратных отрицательных связей: по напряжению пропорциональному первой производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному второй производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному третьей производной скорости электропривода. На входы третьего суммирующего блока 11 подаются сигнал со второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 10, и сигналы обратных отрицательных связей: по напряжению пропорциональному первой производной скорости электропривода; по напряжению пропорциональному скорости электропривода. Первый, второй, третий, четвертый блоки ограничения ограничивают поступающий на их входы сигнал. Выходной сигнал третьего блока ограничения 13 пропорционален четвертой производной скорости электропривода. Первый, второй, третий, четвертый интегральные блоки интегрируют поступающие на их входы; сигналы, и формируют соответственно на выходе сигналы пропорциональные третьей, второй, первой производных скорости и скорости электропривода. Пропорциональные блоки усиливают поступающие на их входы сигналы.
Знаки сигналов на выходах первого, второго, третьего и четвертого суммирующих блоков, при подаче положительного сигнала с задатчика на первый вход третьего суммирующего блока, на каждом из этапах движения представлены в таблице 1.
Таблица 1
Этапы
Суммарный сигнал на выходе четвертого суммирующего блока
Суммарный сигнал на выходе первого суммирующего блока
Суммарный сигнал на выходе второго суммирующего блока
Суммарный сигнал на выходе третьего суммирующего блока
1
+
+
+
+
2
+
+
+
-
3
+
+
+
0
4
+
+
-
-
5
+
+
+
+
6
+
+
0
о
7
+
-
-
-
8
+
-
-
+
9
+
-
-
о
10
+
+
-
+
11
+
-
+
-
12
+
0
-
о
13
-
-
-
-
14
-
-
-
+
15
-
-
-
0
16
-
-
+
+
17
-
-
-
-
18
-
-
0
0
19
+
+
+
+
20
+
+
+
-
21
+
+
+
0
22
-
-
-
-
23
+
+
+
+
1
3
4
5
1
3
4
5
1
3
3
5
1
3
4
5
1
3
4
5
1
3
4
1
3
4
1
3
4
1
3
4
1
3
1
3
1
3
1
3
4
5
1
3
4
5
1
3
4
5
1
1
1
3
4
1
3
4
1
3
4
5
1
3
4
5
1
3
4
5
1
3
4
5
В моменты времени (8t+2t+t+t), (12t+3t+2t+t), (14t+4t+2t+t), (15t+4t+2t+t), (16t+4t+2t+t) напряжение на входе четвертого блока ограничения равно нулю. В моменты времени (4t+t+t), (6t+2t+t), (7t+2t+t), (8t+2t+t) напряжение на входе первого блока ограничения равно нулю. В моменты времени (2t+t), (3t+t), (4t+t), (10t+3t+t+t), (11t+3t+t+t), (12t+3t+t+t) напряжение на входе второго блока ограничения равно нулю. В моменты времени t, 2t, (5t+t+t), (6t+t+t), (9t+2t+t+t), (10t+2t+t+t), (13t+3t+2t+t), (14t+3t+2t+t) напряжение на входе третьего блока ограничения равно нулю.,
вх.min
вх
вх.max
5
5max
При изменении входного напряжения в интервале U≤U≤U длительность одиннадцатого этапа изменяется соответственно 0≤t≤t.
Минимальное и максимальное значения входного напряжения определяются соответственно по формулам:
;
вх.max
5max
U=U.
В зависимости от величины максимальных напряжений на выходе интегральных блоков, ограничивающего напряжения на выходе второго блока ограничения и от максимальных длительностей этапов технологического процесса определяются соответственно постоянные времени: максимальное значение напряжения на выходе первого интегрального блока;
;
1max
U - максимальное значение напряжения на выходе первого интегрального блока;
2max
U - максимальное значение напряжения на выходе второго интегрального блока;
3max
U - максимальное значение напряжения на выходе третьего интегрального блока;
4max
U - максимальное значение напряжения на выходе четвертого блока ограничения;
ωmax
U - максимальное значение напряжения на выходе четвертого интегрального блока;
φmax
U - максимальное значение напряжения на выходе пятого интегрального блока.
1
2
3
10
С увеличением коэффициента первого пропорционального блока К, коэффициента второго пропорционального блока К, коэффициента третьего пропорционального блока K, и коэффициента десятого пропорционального блока К повышается точность формирования рациональных диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных.
Коэффициенты остальных пропорциональных блоков определяются соответственно по формулам:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
Таким образом, точность формируемой диаграммы перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением скорости и ее первой, второй и четвертой производных определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных и интегральных; а так же нелинейных блоков, ограничивающих значения своих входных сигналов.