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

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования рациональных диаграмм для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Аналогом разработанного устройства 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, В.А.Мурлина, Г.АКошкин, С.В.Добробаба, А.Н.Благодырь // от 20.09.2003, бюл. №26/.
Аналог формирует диаграммы для малых перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами 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 производной скорости /Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, М.В.Мартыненко // от 27.09.2003, бюл. №27/, которое принимается за прототип.
Прототип содержит: первый 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,
со вторым входом второго пропорционального 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 третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с входом первого блока арифметических функций, выход первого блока арифметических функций соединен с входом блока функции возведения в степень, выход блока функции возведения в степень соединен с входом второго блока арифметических функций, выход второго блока арифметических функций соединен с выходом третьего блока арифметических функций и с входом четвертого блока арифметических функций, выход третьего блока арифметических функций соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен со вторым входом второго блока произведения, выход второго блока произведения соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход четвертого блока арифметических функций соединен с входом пятого пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен со вторым входом первого блока произведения, выход первого блока произведения соединен с четвертым входом первого пропорционального блока.
Прототип реализует оптимальные по быстродействию диаграммы для средних 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 средних 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 средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами тем, что из известного устройства выведено соединение между выходом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, и входом первого интегрального блока; в известное устройство введены четвертый интегральный блок, вход которого соединен с выходом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого интегрального блока соединен с входом первого интегрального блока, с входом шестого пропорционального блока и первым входом третьего блока произведения,
выход шестого пропорционального блока соединен с третьим входом второго пропорционального блока, пятый блок арифметических функций, вход которого соединен с выходом второго блока арифметических функций, выход пятого блока арифметических функций соединен с входом седьмого пропорционального блока, выход седьмого пропорционального блока соединен с первым входом четвертого блока произведения, пятый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом пятого пропорционального блока, шестой блок арифметических функций, вход которого соединен с выходом второго блока арифметических функций, выход шестого блока арифметических функций соединен с входом восьмого пропорционального блока, выход восьмого пропорционального блока соединен со вторым входом третьего блока произведения, выход третьего блока произведения соединен с пятым входом первого пропорционального блока, девятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго задатчика, первый блок алгебраического сумматора, первый вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, второй вход соединен с выходом первого задатчика, третий вход соединен с выходом девятого пропорционального блока, выход первого 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 пятого блока произведения, выход блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом четвертого блока произведения, выход четвертого блока произведения соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход пятого блока произведения соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен со вторым входом первого блока произведения.
Рациональная диаграмма для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами состоит из десяти этапов, при этом третья производная скорости электропривода изменяется скачкообразно. На первом, пятом, седьмом и девятом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению , на втором, четвертом, шестом и десятом этапах третья производная скорости электропривода равна ; на третьем и восьмом
этапах третья производная скорости равна нулю. В конце первого и девятого этапов вторая производная скорости электропривода достигает максимально допустимого значения  в конце четвертого и шестого этапов вторая производная скорости электропривода достигает значения . На третьем этапе первая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению ; на восьмом этапе первая 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 t - длительность первого, второго, четвертого, пятого, шестого, седьмого, девятого и десятого этапов;
2
-
tдлительность третьего и восьмого этапов;
Т - длительность цикла;
нач
φ - начальное значение угла поворота;
кон
φ - конечное значение угла поворота;
max
ω - максимальное значение скорости электропривода.
Условие существования рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Устройство для формирования рациональной диаграммы для средних 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 первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом второго пропорционального блока 4, выход второго пропорционального блока 4 соединен с входом второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом четвертого интегрального блока 6, выход четвертого интегрального блока 6 соединен с входом первого интегрального блока 7, с входом шестого пропорционального блока 10 и с первым входом третьего блока произведения 11, выход первого интегрального блока 7 соединен с входом второго интегрального блока 8, со вторым входом второго пропорционального блока 4 и с первым входом первого блока произведения 12, выход второго интегрального блока 8 соединен с входом третьего интегрального блока 9 и с первым входом второго блока произведения 13, выход третьего интегрального блока 9 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, выход шестого пропорционального блока 10 соединен с третьим входом второго пропорционального блока 4, второй задатчик 19, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля 20, выход блока вычисления модуля 20 соединен с входом третьего пропорционального блока 21, выход третьего пропорционального блока 21 соединен с входом первого блока арифметических функции 22, выход первого блока арифметических функций 22 соединен с входом блока функции возведения в степень 23, выход блока функций возведения в степень 2:3 соединен с входом второго блока арифметических функций 24, выход второго блока арифметических функций 24 соединен с входом третьего блока арифметических функций 34, с входом четвертого блока арифметических функций 31, с входом пятого блока
арифметических функций 27 и с входом шестого блока арифметических функций 25, выход третьего блока арифметических функций 34 соединен с входом четвертого пропорционального блока 35, выход четвертого пропорционального блока 35 соединен со вторым входом второго блока произведения 13, выход второго блока произведения 13 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход четвертого блока арифметических функций 31 соединен с входом пятого пропорционального блока 32, выход пятого блока арифметических функций 27 соединен с входом седьмого пропорционального блока 28, выход седьмого пропорционального блока 28 соединен с первым входом четвертого блока произведения 29, выход пятого пропорционального блока 32 соединен с первым входом пятого блока произведения 33, девятый пропорциональный блок 14, вход которого соединен с выходом второго задатчика 19, первый блок алгебраического сумматора 15, первый вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 9, второй вход соединен с выходом первого задатчика 1, третий вход соединен с выходом девятого пропорционального блока 14, выход первого блока алгебраического сумматора 15 соединен с первым входом шестого блока произведения 16, второй вход шестого блока произведения 16 соединен с выходом второго задатчика 19, выход шестого блока произведения 16 соединен с входом блока 17, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), и с входом блока 18, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), выход блока 17, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), соединен со вторым входом пятого блока произведения 33, выход блока 18, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен нулю (единице), соединен со вторым входом четвертого блока произведения 29, выход четвертого блока произведения 29 соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора 30, выход пятого блока произведения 33 соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 30, выход второго блока алгебраического сумматора 30 соединен со вторым входом первого блока произведения 12, выход первого блока произведения 12 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход шестого блока арифметических функций 25 соединен с входом восьмого пропорционального блока 26, выход восьмого пропорционального блока 26 соединен со вторым входом третьего блока произведения 11, выход третьего блока произведения 11 соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2.
Устройство для формирования рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами работает следующим образом. На входы первого
кон
(1)
(2)
(3)
(2)
(1)
пропорционального блока 2 подаются сигналы с первого задатчика 1, равный конченому значению угла поворота электропривода φ, и сигналы отрицательных обратных связей: по углу поворота электропривода с единичным коэффициентом φ; по скорости электропривода ω с коэффициентом ; по первой производной скорости электропривода ω,с коэффициентом  (на первой половине цикла перемещения электропривода) или с коэффициентом  (на второй половине цикла перемещения электропривода); по второй производной скорости электропривода ω с коэффициентом . Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Первый блок 3, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины . На входы второго пропорционального блока 4 подается сигнал с выхода первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, и сигналы отрицательных обратных связей: по первой производной скорости электропривода с единичным коэффициентом; по второй производной скорости электропривода с коэффициентом  (реализуется шестым пропорциональным блоком 10). Второй пропорциональный блок 4 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Второй блок 5, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода второго пропорционального блока 4, до величины . На выходе второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, формируется зависимость третьей производной скорости электропривода ω от времени t. Четвертый интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго блока ограничения 5. На выходе четвертого интегрального блока 6 формируется зависимость второй производной скорости электропривода ω от времени t. Первый интегральный блок: 7 интегрирует сигнал, поступающий с выхода четвертого интегрального блока 6. На выходе первого интегрального блока 7 формируется зависимость первой производной электропривода ω от времени t. Второй интегральный
кон
нач
2
1
2
1
блок 8 интегрирует сигнал, поступающий с выхода первого интегрального блока 7. На выходе второго интегрального блока 8 формируется зависимость скорости электропривода ω от времени t. Третий интегральный блок 9 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго интегрального блока 8. На выходе третьего интегрального блока 9 формируется зависимость угла поворота электропривода φ от времени t. Выходной сигнал второго задатчика 15, равный величине (φ-φ), поступает на вход блока вычисления модуля 20. Выходной сигнал блока вычисления модуля 20 поступает на вход третьего пропорционального блока 21. Выходной сигнал третьего пропорционального блока 21, равный величине , поступает на вход первого блока арифметических функций 22. Выходной сигнал первого блока арифметических функций 22, равный величине , поступает на вход блока функции возведения в степень 23, который возводит в степень одна вторая. Выходной сигнал блока функции возведения в степень 23 поступает на вход второго блока арифметических функций 24. Выходной сигнал второго блока арифметических функций 24, равный величине t, поступает: на вход третьего блока арифметических функций 34; на вход четвертого блока арифметических функций 31, на вход пятого блока арифметических функций 27; на вход шестого блока арифметических функций 25. Выходной сигнал третьего блока арифметических функций 34, равный величине (4t+t), поступает на вход четвертого пропорционального блока 35. Выходной сигнал четвертого пропорционального блока 35 равен величине . Второй блок произведения 13 осуществляет умножение скорости электропривода на величину k. Выходной сигнал второго блока произведения 13 является сигналом отрицательной обратной связи по скорости электропривода с коэффициентом . Выходной сигнал четвертого блока арифметических функций 31, равный величине , поступает на вход пятого пропорционального блока 32. Выходной сигнал пятого пропорционального блока 32, равен величине . Выходной сигнал пятого блока арифметических
кон
нач
кон
кон
нач
21
22
функций 27, равный величине , поступает на вход седьмого пропорционального блока 28. Выходной сигнал седьмого пропорционального блока 28 равен величине . Выходной сигнал второго задатчика 19, равный величине (φ-φ), поступает на вход девятого пропорционального блока 14. Выходной сигнал девятого пропорционального блока 14 равен величине . На входы первого блока алгебраического сумматора 15 поступают сигналы: первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода φ, со знаком плюс; с выхода девятого пропорционального блока 14, равный величине , со знаком минус; отрицательной обратной связи по углу поворота электропривода. Шестой блок произведения 16 осуществляет умножения выходного сигнала первого блока алгебраического сумматора 15 на величину (φ-φ). Выходной сигнал шестого блока произведения 16 на первой половине цикла перемещения электропривода положительный, а на второй половине цикла перемещения электропривода отрицательный. На первой половине цикла перемещения электропривода выходной сигнал блока 17 равен единице, а выходной сигнал блока 18 равен нулю. На второй половине цикла перемещения электропривода выходной сигнал блока 18 равен единице, а выходной сигнал блока 17 равен нулю. Четвертый блок произведения 29 и пятый блок произведения 33 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 выходной сигнал пятого блока произведения 33 равен величине k; на второй половине цикла перемещения электропривода выходной сигнал четвертого блока произведения 29 равен величине k. На входы второго блока алгебраического сумматора 30 поступают: выходной сигнал четвертого блока произведения 29; выходной сигнал пятого блока произведения 33. Первый блок произведения 12 осуществляет умножение первой производной скорости электропривода на величину выходного сигнала блока алгебраического сумматора 30. Выходной сигнал первого блока произведения 12 является сигналом отрицательной обратной связи по первой производной скорости с коэффициентом  (на первой половине цикла перемещения электропривода) или с коэффициентом  (на второй половине
1
2
3
1
2
22
3
кон
нач
цикла перемещения электропривода). Выходной сигнал шестого блока арифметических функций 25, равный величине (5t+t) поступает на вход восьмого пропорционального блока 26. Выходной сигнал восьмого пропорционального блока 26 ранен величине . Третий блок произведения 11 осуществляет умножение второй производной скорости электропривода на величину k. Выходной сигнал третьего блока произведения 11 является сигналом отрицательной обратной связи по второй производной скорости электропривода с коэффициентом . Величины коэффициентов k, k, k и k зависят от модуля разности между значениями конечного угла поворота электропривода φ и начального угла поворота электропривода φ.
кон
кон
нач
1
1
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
1
2
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 19 сигнала, равного разности значений конечного угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода (φ-φ), на вход блока вычисления модуля 20, на вход девятого пропорционального блока 14 и на вход шестого блока произведения 16 в интервале времени 0≤t≤t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5. На интервале времени t≤t≤2t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=2t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 равна нулю, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5. На интервале времени 2t≤t≤(2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю. В момент времени t=2t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (2t+t)≤t≤(3t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
5 равен . В момент времени t=3t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (3t+t)≤t≤(4t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=4t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходят переключения в   первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (4t+t)≤t≤(5t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=5t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходят переключения во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (5t+t)≤t≤(6t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=6t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 равна нулю, поэтому происходят переключения во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (6t+t)≤t≤(6t+2t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю. В момент времени t=6t+2t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (5t+2t)≤t≤(7t+2t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен . В момент времени t=7t+2t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходят переключения в первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. На интервале времени (7t+2t)≤t≤(8t+2t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен  и выходной сигнал второго  блока ограничения 5 равен . В момент времени t=8t+2t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 равна нулю, поэтому происходят переключения в
1
2
первом блоке ограничения 3 и во втором блоке ограничения 5. После окончания цикла перемещения электропривода (8t+2t)≤t выходной сигнал первого ограничителя 3 равен нулю и выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю.
(1)
(2)
(3)
3
нач
кон
На фиг.2 представлена рациональная диаграмма для средних 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 электропривод ω от времени t; второй производной скорости электропривода ω от времени t; третьей производной скорости электропривода ω от времени t) при ограничениях первой, второй и третьей производных скорости (φ=0 рад; φ=256 рад; ; ; =400 рад/с).
кон
нач
Рассмотрен вопрос формирования рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами при выполнении условия φ>φ.
кон
нач
Предлагаемое устройство позволяет формировать рациональную диаграмму для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами при выполнении условия φ<φ.
Предлагаемое устройство обеспечивает формирование рациональной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями, идеальными валопроводами и моментами сопротивления различного типа.
Точность формирования рациональной диаграммы для средних 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 средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.