УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ СКОРОСТИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПО МИНИМУМУ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относиться к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Аналогом разрабатываемого устройства является устройство для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости / Пат. на полезную модель №32650, МПК7 Р02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости /Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, А.Н.Благодырь //от 20.09.2003, бюл. №26/.
Аналог реализует оптимальную по быстродействию диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости, то есть с другим критерием оптимальности и на малые перемещения.
Наиболее близким к заявленному устройству получения в электроприводе при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии является устройство для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее второй производной / Пат. на полезную модель №32937, МПК7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее второй производной / Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, А.В.Мартыненко //от 27.09.2003, бюл. №27/, которое принимается за прототип.
Прототип содержит: задатчик, выход которого соединен с первым 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 второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом второго интегрального блока, с входом третьего пропорционального блока и с входом четвертого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, со вторым входом второго пропорционального блока и с входом пятого пропорционального блока, выход третьего интегрального блока соединен со
вторым входом первого пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен с четвертым входом первого пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с третьим входом второго пропорционального блока.
Прототип реализует оптимальную по быстродействию диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом с ограничением скорости и ее второй производной, поэтому его использование не позволяет реализовать получение в электроприводе с идеальным валопроводом с идеальным при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение потерь электроэнергии в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости.
Технический результат достигается в устройстве для получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии тем, что из известного устройства выведены соединения между выходом задатчика и входом первого пропорционального блока, между выходом второго пропорционального блока и входом первого интегрального блока, между выходом третьего интегрального блока и входом первого пропорционального блока; в известное устройство введены первый блок алгебраического сумматора, первый вход которого соединен с выходом задатчика, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с первым входом первого пропорционального блока, первый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго пропорционального блока, второй блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго пропорционального блока, блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), вход которого соединен с выходом первого блока алгебраического сумматора, блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), вход которого соединен с выходом первого блока алгебраического сумматора, выход блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), соединен со вторым входом первого блока произведения, выход блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом второго блока произведения, выход первого блока произведения соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока произведения соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с входом
первого интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора.
max
mix
доп
(2)
(2)
Оптимальная по минимуму потерь электроэнергии диаграмма отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости состоит из пяти этапов. При увеличении (уменьшении) угла поворота электропривода вторая производная скорости на первом и пятом этапах равна положительному (отрицательному) максимальному значению ω ; на втором и четвертом этапах вторая производная скорости равна положительному (отрицательному) минимальному значению ω  на третьем этапе вторая производная скорости равна нулю. На третьем этапе скорость электропривода равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению ω. При этом справедливы соотношения (Ю.П.Добробаба, А.А.Олейников, Ю.В.Добробаба. Разработка оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости и учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя. Электроэнергетические комплексы и системы //Материалы международной научно-практической конференции /Кубан. гос. технол. ун-т.- Краснодар: Изд. ГОУ ВПО «КубГТУ», 2007.-242 с.):
1
где t - длительность первого и пятого этапов, с;
2
t - длительность второго и четвертого этапов, с;
3
t - длительность третьего этапа, с;
Т - длительность цикла, с;
C - коэффициент пропорциональности между током и моментом
электродвигателя, В·с;
mах
I - максимальное значение тока якорной цепи
электродвигателя. А;
c
М - момент сопротивления электропривода, Н·м;
2
J - момент инерции электропривода, кг·м;
Q - потери электроэнергии за цикл перемещения, Дж;
я
R - сопротивление якорной цепи электродвигателя. Ом.
Условие существования оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Устройство для получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии содержит задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора 2, выход первого блока алгебраического сумматора 2 соединен с первым входом первого пропорционального блока 3, с входом блока 12, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), и с входом блока 13, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), выход первого пропорционального блока 3 соединен с входом первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом второго пропорционального блока 5, выход второго пропорционального блока 5 соединен с первым входом первого блока произведения 6 и с первым входом второго блока произведения 14, выход блока 12, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), соединен со вторым входом первого блока произведения 6, выход первого блока произведения 6 соединен с входом второго блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора 8, выход блока 13, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом второго блока произведения 14, выход второго блока произведения 14 соединен с входом третьего блока 15, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока 15, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 8, выход второго блока алгебраического сумматора 8 соединен с входом первого интегрального блока 9, выход первого интегрального блока 9 соединен с входом второго интегрального блока 10, с входом третьего пропорционального блока 16 и с входом четвертого пропорционального блока 17, выход второго интегрального блока 10 соединен с входом третьего интегрального блока 11, со вторым входом второго пропорционального блока 5 и с входом
пятого пропорционального блока 18, выход третьего интегрального блока 11 соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора 2, выход пятого пропорционального блока 18 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 3, выход четвертого пропорционального блока 17 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 3, выход третьего пропорционального блока 16 соединен с третьим входом второго пропорционального блока 5.
кон
доп
кон
нач
кон
нач
кон
нач
mix
max
(2)
(2)
Устройство для получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии работает следующим образом. На входы первого блока алгебраического сумматора 2 подается сигнал с задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода ω и сигнал отрицательной обратной связи по углу поворота электропривода с единичным коэффициентом. На входы первого пропорционального блока 3 подаются выходной сигнал первого алгебраического блока 2 и сигналы отрицательных обратных связей: по скорости электропривода с коэффициентом  (реализуется пятым пропорциональным блоком 18); по первой производной скорости электропривода с коэффициентом   (реализуется четвертым пропорциональным блоком 17). Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Первый блок 4, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины ±ω. На входы второго пропорционального блока 5 подаются выходной сигнал блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, и сигналы отрицательных обратных связей: по скорости электропривода с единичным коэффициентом; по первой производной скорости электропривода с коэффициентом  (реализуется третьим пропорциональным блоком 16). Второй пропорциональный блок 5 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Выходной сигнал второго пропорционального блока 5 поступает на первый вход первого блока произведения 6 и на первый вход второго блока произведения 14. При φ>φ выходной сигнал блока 12 равен единице, а выходной сигнал блока 13 равен нулю. При φ>φ выходной сигнал блока 12 равен нулю, а выходной сигнал блока 13 равен единице. Первый блок произведения 6 и второй блок произведения 14 работает в режиме ключа (при подаче на их второй вход сигнала равного единице они пропускают сигнал, поступивший на их первый вход). При φ>φ выходной сигнал второго пропорционального блока 5, проходя через первый блок произведения 6, поступает на вход второго блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала. Второй блок ограничения 7 ограничивает свой входной сигнал величинами ω  (нижняя граница) и ω  и (верхняя граница), его выходной сигнал поступает на первый вход второго
кон
нач
max
mix
(2)
(2)
(2)
(1)
алгебраического сумматора 8. При φ>φ выходной сигнал второго пропорционального блока 5, проходя через второй блок произведения 14, поступает на вход третьего блока 15, ограничивающего значение своего входного сигнала. Третий блок ограничения 15 ограничивает свой входной сигнал величинами -ω  (нижняя граница) и -ω  (верхняя граница), его выходной сигнал поступает на второй вход второго алгебраического сумматора 8. На выходе второго блока алгебраического сумматора 8 формируется зависимость второй производной скорости электропривода ω от времени t. Первый интегральный блок 9 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго блока алгебраического сумматора 8. На выходе первого интегрального блока 9 формируется зависимость первой производной скорости электропривода ω от времени t. Второй интегральный блок 10 интегрирует сигнал, поступающий с выхода первого интегрального блока 9. На выходе второго интегрального блока 10 формируется зависимость скорости электропривода ω от времени t. Третий интегральный блок 11 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго интегрального блока 10. На выходе третьего интегрального блока 11 формируется зависимость угла поворота электропривода ω от времени t.
кон
1
доп
max
1
1
1
2
доп
mix
1
2
1
2
1
2
3
доп
1
2
3
1
2
3
1
2
3
доп
min
1
2
3
1
2
3
1
2
3
доп
(2)
(2)
(2)
При подаче с первого задатчика 1 сигнала, равного конечному значению угла поворота электропривода ω, на первый вход первого блока алгебраического сумматора 2 в интервале времени 0≤t≤t выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен ω и выходной сигнал второго блока ограничения 7 равен ω . В момент времени t=t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 5 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 7. На интервале времени t≤t≤(t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен ω и выходной сигнал второго блока ограничения 7 равен ω . В момент времени t=t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 5 равна нулю, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 7. На интервале времени (t+t)≤t≤(t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен ω и выходной сигнал второго блока ограничения 7 равен нулю. В момент времени t=t+t+t сумма выходных сигналов первого пропорционального блока 3 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключения в первом блоке ограничения 4 и во втором блоке ограничения 7. На интервале времени (t+t+t)≤t≤(t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен -ω и выходной сигнал второго блока ограничения 7 равен ω . В момент времени t=t+2t+t сумма выходных сигналов первого пропорционального блока 3 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 7. На интервале времени (t+2t+t)≤t≤(2t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен ω и выходной сигнал второго блока ограничения
(2)
max
1
2
3
1
2
3
7 равен ω . В момент времени t=2t+2t+t сумма выходных сигналов первого пропорционального блока 4 равна нулю, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 4 и во втором блоке ограничения 7. После окончания цикла перемещения электропривода (2t+2t+t)≤t выходной сигнал первого блока ограничения 4 равен нулю и выходной сигнал второго блока ограничения 7 равен нулю.
я
я
м
я
я
доп
доп
с
нач
кон
(1)
(1)
(2)
2
На фиг.2÷8 представлена оптимальная по минимуму потерь электроэнергии диаграмма отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости (зависимость напряжения U от времени t (фиг.2), зависимость тока якорной цепи электродвигателя I от времени t (фиг.3), зависимость первой производной тока якорной цепи электродвигателя I  от времени t (фиг.4), зависимость угла поворота ИОМ (исполнительный орган механизма)φ от времени t (фиг.5), зависимость угловой скорости ИОМ ω от времени t (фиг.6), зависимость первой производной угловой скорости ИОМ ω от времени t (фиг.7), зависимость второй производной угловой скорости ИОМ от ω времени t (фиг.8)), имеющего следующие параметры: коэффициенты электродвигателя и рад С=1,25В·с; сопротивление якорной цепи электродвигателя R=5 Ом; индуктивность якорной цепи электродвигателя L=0,1 Гн; момент инерции электропривода J=0,05 кг·м; допустимое значение напряжения, приложенного к якорной цепи U=250 В; допустимое значение тока якорной цепи электродвигателя I=8 A; допустимое значение угловой скорости электропривода  момент сопротивления электропривода М=5Н·м; начальное значение угла поворота (перемещения) ИОМ φ=0 рад; конечное значение угла поворота (перемещения) ИОМ φ=800 рад.
кон
нач
Рассмотрен вопрос получения в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии, при выполнении условия φ>φ.
кон
нач
Предлагаемое устройство позволяет получить в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии, при выполнении условия φ>φ.
Предлагаемое устройство обеспечивает в электроприводе с идеальным валопроводом при ограничении скорости оптимальные по минимуму потери электроэнергии при моменте сопротивления типа сухого трения и при активном неизменном моменте сопротивления.
Точность формирования оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости определяется настройкой блоков предлагаемого устройства.
Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности на базе программируемого контроллера, формирующий оптимальную по минимуму потерь электроэнергии диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом при ограничении скорости.