УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЕ ДЛЯ БОЛЬШИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ОГРАНИЧЕНИЕМ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И ЕЕ ПЕРВОЙ И ТРЕТЬЕЙ ПРОИЗВОДНЫХ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных, состоящей из одиннадцати этапов.
Аналогом разрабатываемого устройства является устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для средних перемещений исполнительного органа электропривода постоянного тока, состоящей из пяти этапов. /Пат. на полезную модель №32938, МПК 7 H02P 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 диаграмму, состоящую из пяти этапов, а необходимо устройство, формирующее диаграмму из одиннадцати этапов.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных, состоящей из одиннадцати этапов, является устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода постоянного тока, состоящей из семи этапов. /Пат. на полезную модель №32651, МПК 7 H02P 7/80. Устройство для формирования диаграммы перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее первой и второй производных / Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, С.В.Нестеров // от 20.09.2003, бюл. №26/, 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, 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 первым входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего 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 третьего пропорционального блока, входом четвертого пропорционального блока и входом пятого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, со вторым входом второго пропорционального блока и входом шестого пропорционального блока, выход третьего интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, выход шестого пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен с четвертым входом первого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен с третьим входом второго пропорционального блока.
Прототип реализует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода постоянного тока. В математической модели электропривода с двигателем постоянного тока независимого возбуждения учитываются следующие постоянные времени: электромагнитная постоянная времени якорной цепи; электромеханическая постоянная времени привода и механическая постоянная времени равная единице, поэтому электропривод постоянного тока описывается системой дифференциальных уравнений третьего порядка (диаграмма должна состоять минимум из трех этапов). В диаграмму, которую реализует прототип, кроме трех необходимых этапов введены два дополнительных этапа, поэтому диаграмма состоит не из трех, а из пяти этапов.
Необходимо сформировать сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных. В математической модели электропривода переменного тока с асинхронным двигателем учитываются следующие постоянные времени: электромагнитная постоянная времени статора; электромагнитная постоянная времени ротора; электромеханическая постоянная времени привода и механическая постоянная времени равная единице, поэтому электропривод переменного тока описывается системой дифференциальных уравнений четвертого порядка (диаграмма должна состоять минимум из четырех этапов). В настоящее время авторы разрабатывают семь устройств, которые формируют сигналы, соответствующие семи оптимальным по быстродействию диаграммам, покрывающим весь диапазон перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока на всем диапазоне допустимых значений третьей производной частоты вращения исполнительного органа электропривода переменного тока (ранее диапазон допустимых значений третьей производной частоты вращения исполнительного органа электропривода переменного тока был ограничен). В оптимальной по быстродействию диаграмме для малых перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением третьей производной частоты вращения кроме четырех необходимых этапов требуется два дополнительных этапа. Введение двух дополнительных этапов позволило реализовать устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных. Так как в устройстве для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных в одном интервале времени наступает ограничение частоты вращения исполнительного органа электропривода переменного тока и в двух интервалах времени наступает ограничение первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода переменного тока, поэтому необходимо введение еще пяти дополнительных этапов. В итоге диаграмма для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных состоит из одиннадцати этапов.
Задачей является разработка устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных (состоящей из одиннадцати этапов).
Техническим результатом полезной модели является формирование сигнала, соответствующего заданной диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода переменного тока.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода постоянного тока разорваны все соединения и дополнительно введены первый блок алгебраического сумматора, первый вход которого соединен с выходом первого задатчика, выход первого блока алгебраического сумматора соединен с входом первого блока определения знака сигнала, выход первого блока определения знака сигнала соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора, выход второго блока алгебраического сумматора соединен с первым входом первого блока произведения, выход первого блока произведения соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с первым входом второго блока произведения, выход второго блока произведения соединен с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен с первым входом третьего блока произведения, выход третьего блока произведения соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с первым входом четвертого блока произведения, выход четвертого блока произведения соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора, выход первого задатчика соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора, с первым входом пятого блока алгебраического сумматора, с первым входом шестого блока алгебраического сумматора, с первым входом седьмого блока алгебраического сумматора, с первым входом восьмого блока алгебраического сумматора и с первым входом девятого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока алгебраического сумматора соединен с входом второго блока определения знака сигнала, выход второго блока определения знака сигнала соединен с входом второго пропорционального блока, выход пятого блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего блока определения знака сигнала, выход третьего блока определения знака сигнала соединен с входом третьего пропорционального блока, выход шестого блока алгебраического сумматора соединен с входом четвертого блока определения знака сигнала, выход четвертого блока определения знака сигнала соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход седьмого блока алгебраического сумматора соединен с входом пятого блока определения знака сигнала, выход пятого блока определения знака сигнала соединен с входом пятого пропорционального блока, выход восьмого блока алгебраического сумматора соединен с входом шестого блока определения знака сигнала, выход шестого блока определения знака сигнала соединен с входом шестого пропорционального блока, второй задатчик, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора, со вторым входом девятого блока алгебраического сумматора, с первым входом десятого блока алгебраического сумматора, с первым входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора, с первым входом двенадцатого блока алгебраического сумматора, с первым входом тринадцатого блока алгебраического сумматора, с первым входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора и с первым входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора, выход девятого блока алгебраического сумматора соединен с входом седьмого блока определения знака сигнала, выход седьмого блока определения знака сигнала соединен с входом седьмого пропорционального блока и с первым входом пятого блока произведения, выход десятого блока алгебраического сумматора соединен с входом восьмого блока определения знака сигнала, выход восьмого блока определения знака сигнала соединен с входом восьмого пропорционального блока, выход одиннадцатого блока алгебраического сумматора соединен с входом девятого блока определения знака сигнала, выход девятого блока определения знака сигнала соединен с входом девятого пропорционального блока, выход двенадцатого блока алгебраического сумматора соединен с входом десятого блока определения знака сигнала, выход десятого блока определения знака сигнала соединен с входом десятого пропорционального блока, выход тринадцатого блока алгебраического сумматора соединен с входом одиннадцатого блока определения знака сигнала, выход одиннадцатого блока определения знака сигнала соединен с входом одиннадцатого пропорционального блока, выход четырнадцатого блока алгебраического сумматора соединен с входом двенадцатого блока определения знака сигнала, выход двенадцатого блока определения знака сигнала соединен с входом двенадцатого пропорционального блока, выход пятнадцатого блока алгебраического сумматора соединен с входом тринадцатого блока определения знака сигнала, выход тринадцатого блока определения знака сигнала соединен с входом тринадцатого пропорционального блока, выход третьего блока алгебраического сумматора соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора, со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора, со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора, со вторым входом шестого блока алгебраического сумматора, со вторым входом седьмого блока алгебраического сумматора, со вторым входом восьмого блока алгебраического сумматора, со вторым входом десятого блока алгебраического сумматора, со вторым входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора, со вторым входом двенадцатого блока алгебраического сумматора, со вторым входом тринадцатого блока алгебраического сумматора, со вторым входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора и со вторым входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора, выход девятого блока алгебраического сумматора соединен с входом четырнадцатого пропорционального блока, с входом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом пятого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго пропорционального блока соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора, выход третьего пропорционального блока соединен с третьим входом второго блока алгебраического сумматора, выход четвертого пропорционального блока соединен с четвертым входом второго блока алгебраического сумматора, выход пятого пропорционального блока соединен с пятым входом второго блока алгебраического сумматора, выход шестого пропорционального блока соединен с шестым входом второго блока алгебраического сумматора, выход седьмого пропорционального блока соединен с седьмым входом второго блока алгебраического сумматора, выход восьмого пропорционального блока соединен с входом пятого интегрального блока, выход девятого пропорционального блока соединен с восьмым входом второго блока алгебраического сумматора, выход десятого пропорционального блока соединен с девятым входом второго блока алгебраического сумматора, выход одиннадцатого пропорционального блока соединен с десятым входом второго блока алгебраического сумматора, выход двенадцатого пропорционального блока соединен с одиннадцатым входом второго блока алгебраического сумматора, выход тринадцатого пропорционального блока соединен с двенадцатым входом второго блока алгебраического сумматора, выход пятого интегрального блока соединен с входом четырнадцатого блока определения знака сигнала, выход четырнадцатого блока определения знака сигнала соединен со вторым входом пятого блока произведения, выход пятого блока произведения соединен с входом блока сравнения с нулем, выход блока сравнения с нулем соединен со вторым входом первого блока произведения, со вторым входом второго блока произведения, со вторым входом третьего блока произведения и со вторым входом четвертого блока произведения, выход четырнадцатого блока произведения соединен с третьим входом десятого блока алгебраического сумматора, выход пятого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом восьмого блока алгебраического сумматора и с третьим входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом седьмого блока алгебраического сумматора и с третьим входом двенадцатого блока алгебраического сумматора, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом шестого блока алгебраического сумматора и с третьим входом тринадцатого блока алгебраического сумматора, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом пятого блока алгебраического сумматора и с третьим входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора, выход первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом четвертого блока алгебраического сумматора и с третьим входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора.
Предложено разделить функции устройства на логические и обнуляющие: логические блоки формируют сигнал, соответствующий диаграмме; дополнительно введенная система обнуляющих блоков обеспечивают завершение формирования сигнала. Это позволит реализовать предлагаемому устройству совместно с системой автоматического регулирования перемещения исполнительного органа электропривода высокую точности отработки заданной диаграммы движения.
1
2
3
1
1
2
3
1
2
1
2
3
доп
нач
кон
Оптимальная по быстродействию диаграмма для больших перемещений электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных, сформирована следующим образом. На первом, пятом, восьмом и десятом этапах третья производная частоты вращения электропривода переменного тока равна максимально допустимому значению ; на втором, четвертом, седьмом и одиннадцатом этапах третья производная частоты вращения электропривода переменного тока равна максимально допустимому значению со знаком минус ; на третьем, шестом и девятом этапах третья производная частоты вращения электропривода переменного тока равна нулю. Длительность первого, второго, четвертого, пятого, седьмого, восьмого, десятого и одиннадцатого этапов равна t; длительность третьего и девятого этапов равна t; длительность шестого этапа равна t. В моменты времени t и (7t+2t+t) вторая производная частоты вращения электропривода переменного тока достигает максимального значения ; в моменты времени (3t+t) и (5t+t+t) вторая производная частоты вращения электропривода переменного тока достигает максимального значения со знаком минус . На третьем этапе первая производная частоты вращения электропривода переменного тока равна максимально допустимому значению ; на девятом этапе первая производная частоты вращения электропривода переменного тока равна максимально допустимому значению со знаком минус . На шестом этапе частота вращения электропривода переменного тока равна максимально допустимому значению ω. Угол поворота (перемещение) увеличивается от начального значения угла поворота φ до конечного значения угла поворота φ.
Для диаграммы справедливы соотношения:
;
;
1
2
3
T=8t+2t+t;
.
Оптимальная по быстродействию диаграмма для больших перемещений электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных справедлива при выполнении условия
Если условие (1) не выполняется, то необходимо перейти к оптимальной по быстродействию диаграмме для средних перемещений электропривода переменного тока с ограничением первой и третьей производных частоты вращения.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого блока алгебраического сумматора 2, выход первого блока алгебраического сумматора 2 соединен с входом первого блока определения знака сигнала 3, выход первого блока определения знака сигнала 3 соединен с входом первого пропорционального блока 4, выход первого пропорционального блока 4 соединен с первым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход второго блока алгебраического сумматора 5 соединен с первым входом первого блока произведения 6, выход первого блока произведения 6 соединен с входом первого интегрального блока 7, выход первого интегрального блока 7 соединен с первым входом второго блока произведения 11, выход второго блока произведения 11 соединен с входом второго интегрального блока 12, выход второго интегрального блока 12 соединен с первым входом третьего блока произведения 16, выход третьего блока произведения 16 соединен с входом третьего интегрального блока 17, выход третьего интегрального блока 17 соединен с первым входом четвертого блока произведения 21, выход четвертого блока произведения 21 соединен с входом четвертого интегрального блока 22, выход четвертого интегрального блока 22 соединен с первым входом третьего блока алгебраического сумматора 23, выход первого задатчика 1 соединен с первым входом четвертого блока алгебраического сумматора 8, с первым входом пятого блока алгебраического сумматора 13, с первым входом шестого блока алгебраического сумматора 18, с первым входом седьмого блока алгебраического сумматора 24, с первым входом восьмого блока алгебраического сумматора 27 и с первым входом девятого блока алгебраического сумматора 30, выход четвертого блока алгебраического сумматора 8 соединен с входом второго блока определения знака сигнала 9, выход второго блока определения знака сигнала 9 соединен с входом второго пропорционального блока 10, выход пятого блока алгебраического сумматора 13 соединен с входом третьего блока определения знака сигнала 14, выход третьего блока определения знака сигнала 14 соединен с входом третьего пропорционального блока 15, выход шестого блока алгебраического сумматора 18 соединен с входом четвертого блока определения знака сигнала 19, выход четвертого блока определения знака сигнала 19 соединен с входом четвертого пропорционального блока 20, выход седьмого блока алгебраического сумматора 24 соединен с входом пятого блока определения знака сигнала 25, выход пятого блока определения знака сигнала 25 соединен с входом пятого пропорционального блока 26, выход восьмого блока алгебраического сумматора 27 соединен с входом шестого блока определения знака сигнала 28, выход шестого блока определения знака сигнала 28 соединен с входом шестого пропорционального блока 29, второй задатчик 58, выход которого соединен со вторым входом третьего блока алгебраического сумматора 23, со вторым входом девятого блока алгебраического сумматора 30, с первым входом десятого блока алгебраического сумматора 36, с первым входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42, с первым входом двенадцатого блока алгебраического сумматора 46, с первым входом тринадцатого блока алгебраического сумматора 50, с первым входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 и с первым входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59, выход девятого блока алгебраического сумматора 30 соединен с входом седьмого блока определения знака сигнала 32, выход седьмого блока определения знака сигнала 32 соединен с входом седьмого пропорционального блока 33 и с первым входом пятого блока произведения 34, выход десятого блока алгебраического сумматора 36 соединен с входом восьмого блока определения знака сигнала 37, выход восьмого блока определения знака сигнала 37 соединен с входом восьмого пропорционального блока 38, выход одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42 соединен с входом девятого блока определения знака сигнала 43, выход девятого блока определения знака сигнала 43 соединен с входом девятого пропорционального блока 44, выход двенадцатого блока алгебраического сумматора 46 соединен с входом десятого блока определения знака сигнала 47, выход десятого блока определения знака сигнала 47 соединен с входом десятого пропорционального блока 48, выход тринадцатого блока алгебраического сумматора 50 соединен с входом одиннадцатого блока определения знака сигнала 51, выход одиннадцатого блока определения знака сигнала 51 соединен с входом одиннадцатого пропорционального блока 52, выход четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 соединен с входом двенадцатого блока определения знака сигнала 55, выход двенадцатого блока определения знака сигнала 55 соединен с входом двенадцатого пропорционального блока 56, выход пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59 соединен с входом тринадцатого блока определения знака сигнала 60, выход тринадцатого блока определения знака сигнала 60 соединен с входом тринадцатого пропорционального блока 61, выход третьего блока алгебраического сумматора 23 соединен со вторым входом первого блока алгебраического сумматора 2, со вторым входом четвертого блока алгебраического сумматора 8, со вторым входом пятого блока алгебраического сумматора 13, со вторым входом шестого блока алгебраического сумматора 18, со вторым входом седьмого блока алгебраического сумматора 24, со вторым входом восьмого блока алгебраического сумматора 27, со вторым входом десятого блока алгебраического сумматора 36, со вторым входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42, со вторым входом двенадцатого блока алгебраического сумматора 46, со вторым входом тринадцатого блока алгебраического сумматора 50, со вторым входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 и со вторым входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59, выход девятого блока алгебраического сумматора 30 соединен с входом четырнадцатого пропорционального блока 31, с входом первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, с входом пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго пропорционального блока 10 соединен со вторым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход третьего пропорционального блока 15 соединен с третьим входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход четвертого пропорционального блока 20 соединен с четвертым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход пятого пропорционального блока 26 соединен с пятым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход шестого пропорционального блока 29 соединен с шестым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход седьмого пропорционального блока 33 соединен с седьмым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход восьмого пропорционального блока 38 соединен с входом пятого интегрального блока 39, выход девятого пропорционального блока 44 соединен с восьмым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход десятого пропорционального блока 48 соединен с девятым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход одиннадцатого пропорционального блока 52 соединен с десятым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход двенадцатого пропорционального блока 56 соединен с одиннадцатым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход тринадцатого пропорционального блока 61 соединен с двенадцатым входом второго блока алгебраического сумматора 5, выход пятого интегрального блока 39 соединен с входом четырнадцатого блока определения знака сигнала 40, выход четырнадцатого блока определения знака сигнала 40 соединен со вторым входом пятого блока произведения 34, выход пятого блока произведения 34 соединен с входом блока сравнения с нулем 35, выход блока сравнения с нулем 35 соединен со вторым входом первого блока произведения 6, со вторым входом второго блока произведения 11, со вторым входом третьего блока произведения 16 и со вторым входом четвертого блока произведения 21, выход четырнадцатого блока произведения 31 соединен с третьим входом десятого блока алгебраического сумматора 36, выход пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом восьмого блока алгебраического сумматора 27 и с третьим входом одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42, выход четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом седьмого блока алгебраического сумматора 24 и с третьим входом двенадцатого блока алгебраического сумматора 46, выход третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом шестого блока алгебраического сумматора 18 и с третьим входом тринадцатого блока алгебраического сумматора 50, выход второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом пятого блока алгебраического сумматора 13 и с третьим входом четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54, выход первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом четвертого блока алгебраического сумматора Вис третьим входом пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных работает следующим образом.
кон
нач
кон
нач
кон
нач
кон
нач
кон
кон
кон
кон
кон
кон
нач
нач
нач
нач
нач
нач
(3)
(3)
(2)
(2)
(1)
(1)
Первый задатчик 1 формирует сигнал равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ. Второй задатчик 58 формирует сигнал равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ. На входы девятого блока алгебраического сумматора 30 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ со знаком минус со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ. Сумма двух сигналов, поступающих на входы девятого блока алгебраического сумматора 30 с первого задатчика 1 и со второго задатчика 58, равна (φ-φ). С девятого блока алгебраического сумматора 30 сигнал, равный (φ-φ), поступает на вход: седьмого блока определения знака сигнала 32; четырнадцатого пропорционального блока 31; первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала; второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала; третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала; четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала; пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала. На входы первого блока алгебраического сумматора 2 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ и отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице. Первый блок определения знака сигнала 3 определяет знак сигнала, поступающего с первого блока алгебраического сумматора 2. Первый пропорциональный блок 4 усиливает сигнал, поступающий с первого блока определения знака сигнала 3, до величины . На входы четвертого блока алгебраического сумматора 8 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком минус с первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы четвертого блока алгебраического сумматора 8 с первого за-датчика 1 и первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце десятого этапа . Второй блок определения знака сигнала 9 определяет знак сигнала, поступающего с четвертого блока алгебраического сумматора 8. Второй пропорциональный блок 10 усиливает сигнал, поступающий со второго блока определения знака сигнала 9, до величины . На входы пятого блока алгебраического сумматора 13 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком минус со второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы пятого блока алгебраического сумматора 13 с первого задатчика 1 и второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце девятого этапа . Третий блок определения знака сигнала 14 определяет знак сигнала, поступающего с пятого блока алгебраического сумматора 13. Третий пропорциональный блок 15 усиливает сигнал, поступающий с третьего блока определения знака сигнала 14, до величины . На входы шестого блока алгебраического сумматора 18 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком минус с третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы шестого блока алгебраического сумматора 18 с первого задатчика 1 и с третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце восьмого этапа . Четвертый блок определения знака сигнала 19 определяет знак сигнала, поступающего с шестого блока алгебраического сумматора 18. Четвертый пропорциональный блок 20 усиливает сигнал, поступающий с четвертого блока определения знака сигнала 19, до величины . На входы седьмого блока алгебраического сумматора 24 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком минус с четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы седьмого блока алгебраического сумматора 24 с первого задатчика 1 и с четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце седьмого этапа . Пятый блок определения знака сигнала 25 определяет знак сигнала, поступающего с седьмого блока алгебраического сумматора 24. Пятый пропорциональный блок 26 усиливает сигнал, поступающий с пятого блока определения знака сигнала 25, до величины . На входы восьмого блока алгебраического сумматора 27 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком минус с пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы восьмого блока алгебраического сумматора 27 с первого задатчика 1 и с пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце шестого этапа . Шестой блок определения знака сигнала 28 определяет знак сигнала, поступающего с восьмого блока алгебраического сумматора 27. Шестой пропорциональный блок 29 усиливает сигнал, поступающий с шестого блока определения знака сигнала 28, до величины . Седьмой блок определения знака сигнала 32 определяет знак сигнала, поступающего с девятого блока алгебраического сумматора 30. Седьмой пропорциональный блок 33 усиливает сигнал, поступающий с седьмого блока определения знака сигнала 32, до величины . На входы десятого блока алгебраического сумматора 36 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс с четырнадцатого пропорционального блока 31, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы десятого блока алгебраического сумматора 36 со второго задатчика 58 и с четырнадцатого пропорционального блока 31, равна величине . Восьмой блок определения знака сигнала 37 определяет знак сигнала, поступающего с десятого блока алгебраического сумматора 36. Восьмой пропорциональный блок 38 усиливает сигнал, поступающий с восьмого блока определения знака сигнала 37, до величины . На входы одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс с пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42 со второго задатчика 58 и с пятого блока 41, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце пятого этапа . Девятый блок определения знака сигнала 43 определяет знак сигнала, поступающего с одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42. Девятый пропорциональный блок 44 усиливает сигнал, поступающий с девятого блока определения знака сигнала 43, до величины . На входы двенадцатого блока алгебраического сумматора 46 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс с четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы двенадцатого блока алгебраического сумматора 46 со второго задатчика 58 и четвертого блока 45, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце четвертого этапа . Десятый блок определения знака сигнала 47 определяет знак сигнала, поступающего с двенадцатого блока алгебраического сумматора 46. Десятый пропорциональный блок 48 усиливает сигнал, поступающий с десятого блока определения знака сигнала 47, до величины . На входы тринадцатого блока алгебраического сумматора 50 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс с третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы тринадцатого блока алгебраического сумматора 50 со второго задатчика 58 и третьего блока 49, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце третьего этапа . Одиннадцатый блок определения знака сигнала 51 определяет знак сигнала, поступающего с тринадцатого блока алгебраического сумматора 50. Одиннадцатый пропорциональный блок 52 усиливает сигнал, поступающий с одиннадцатого блока определения знака сигнала 51, до величины . На входы четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс со второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 со второго задатчика 58 и со второго блока 53, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце второго этапа . Двенадцатый блок определения знака сигнала 55 определяет знак сигнала, поступающего с четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54. Двенадцатый пропорциональный блок 56 усиливает сигнал, поступающий с двенадцатого блока определения знака сигнала 55, до величины . На входы пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 58, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа электропривода φ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа электропривода с коэффициентом равным единице; со знаком плюс с первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный величине . Сумма двух сигналов, поступающих на входы пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59 со второго задатчика 58 и с первого блока 57, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна величине угла поворота исполнительного органа электропривода в конце первого этапа . Тринадцатый блок определения знака сигнала 60 определяет знак сигнала, поступающего с пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59. Тринадцатый пропорциональный блок 61 усиливает сигнал, поступающий с тринадцатого блока определения знака сигнала 60, до величины . На входы второго блока алгебраического сумматора 5 поступают сигналы: со знаком минус с первого пропорционального блока 4; со знаком плюс со второго пропорционального блока 10; со знаком минус с третьего пропорционального блока 15; со знаком плюс с четвертого пропорционального блока 20; со знаком минус с пятого пропорционального блока 26; со знаком плюс с шестого пропорционального блока 29; со знаком плюс с седьмого пропорционального блока 33; со знаком плюс с девятого пропорционального блока 44; со знаком минус с десятого пропорционального блока 48; со знаком плюс с одиннадцатого пропорционального блока 52; со знаком минус с двенадцатого пропорционального блока 56; со знаком плюс с тринадцатого пропорционального блока 61. Пятый интегральный блок 39 интегрирует сигнал, поступающий с восьмого пропорционального блока 38. Четырнадцатый блок определения знака сигнала 40 определяет знак сигнала, поступающего с пятого интегрального блока 39. На вход блока сравнения с нулем 35 поступает произведение сигналов: с седьмого блока определения знака сигнала 32; с четырнадцатого блока определения знака сигнала 40 (произведение реализует пятый блок произведения 34). На выходе второго блока алгебраического сумматора 5 формируется зависимость третьей производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t). На вход первого интегрального блока 7 поступает произведение сигналов: со второго блока алгебраического сумматора 5 и с блока сравнения с нулем 35 (произведение реализует первый блок произведения 6). Первый интегральный блок 7 интегрирует зависимость третьей производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t) и формирует зависимость второй производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t). На вход второго интегрального блока 12 поступает произведение сигналов: с первого интегрального блока 7 и с блока сравнения с нулем 35 (произведение реализует второй блок произведения 11). Второй интегральный блок 12 интегрирует зависимость второй производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t) и формирует зависимость первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t). На вход третьего интегрального блока 17 поступает произведение сигналов: со второго интегрального блока 12 и с блока сравнения с нулем 35 (произведение реализует третий блок произведения 16). Третий интегральный блок 17 интегрирует зависимость первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t) и формирует зависимость частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t). На вход четвертого интегрального блока 22 поступает произведение сигналов: с третьего интегрального блока 17 и с блока сравнения с нулем 35 (произведение реализует четвертый блок произведения 21). Четвертый интегральный блок 22 интегрирует зависимость частоты вращения исполнительного органа электропривода от времени ω(t). На входы третьего блока алгебраического сумматора 23 поступают сигналы: со знаком плюс с выхода четвертого интегрального блока 22 и со знаком плюс со второго задатчика 58. На выходе третьего блока алгебраического сумматора 23 формируется зависимость угла поворота исполнительного органа электропривода от времени φ(t).
кон
нач
1
кон
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
1
1
1
1
1
2
1
1
2
1
2
3
1
2
1
2
1
2
4
1
2
1
2
1
2
5
1
2
1
2
3
1
2
3
6
1
2
3
1
2
3
1
2
3
7
1
2
3
1
2
3
1
2
3
8
1
2
3
1
2
3
1
2
3
9
1
2
3
1
2
3
1
2
3
10
1
2
3
1
2
3
1
2
3
кон
1
2
3
При увеличении угла поворота исполнительного органа электропривода выполняется условие φ>φ. При этом в интервале времени 0<t<t угол поворота исполнительного органа электропривода меньше конечного значения угла поворота φ<φ, поэтому выходной сигнал первого пропорционального блока 4 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце десятого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал второго пропорционального блока 10 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце девятого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал третьего пропорционального блока 15 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце восьмого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал четвертого пропорционального блока 20 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце седьмого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал пятого пропорционального блока 26 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце шестого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал шестого пропорционального блока 29 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце пятого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал девятого пропорционального блока 44 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце четвертого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал десятого пропорционального блока 48 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце третьего этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал одиннадцатого пропорционального блока 52 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце второго этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал двенадцатого пропорционального блока 56 равен ; угол поворота исполнительного органа электропривода меньше значения угла поворота в конце первого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал тринадцатого пропорционального блока 61 равен . Выходные сигналы: седьмого блока определения знака сигнала 32 равен единице; седьмого пропорционального блока 33 равен ; второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=t φ=φ, поэтому сумма входных сигналов пятнадцатого блока алгебраического сумматора 59 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в тринадцатом блоке определения знака сигнала 60. В интервале времени t<t<2t выходной сигнал тринадцатого пропорционального блока 61 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=2t φ=φ, поэтому сумма входных сигналов четырнадцатого блока алгебраического сумматора 54 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в двенадцатом блоке определения знака сигнала 55. В интервале времени 2t<t<(2t+t) выходной сигнал двенадцатого пропорционального блока 56 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен 0. В момент времени t=(2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов тринадцатого блока алгебраического сумматора 50 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в одиннадцатом блоке определения знака сигнала 51. В интервале времени (2t+t)<t<(3t+t) выходной сигнал одиннадцатого пропорционального блока 52 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(3t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов двенадцатого блока алгебраического сумматора 46 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в десятом блоке определения знака сигнала 47. В интервале времени (3t+t)<t<(4t+t) выходной сигнал десятого пропорционального блока 48 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(4t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов одиннадцатого блока алгебраического сумматора 42 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в девятом блоке определения знака сигнала 43. В интервале времени (4t+t)<t<(4t+t+t) выходной сигнал девятого пропорционального блока 44 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен 0. В момент времени t=(4t+t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов восьмого блока алгебраического сумматора 27 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в шестом блоке определения знака сигнала 28. В интервале времени (4t+t+t)<t<(5t+t+t) выходной сигнал шестого пропорционального блока 29 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(5t+t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов седьмого блока алгебраического сумматора 24 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в пятом блоке определения знака сигнала 25. В интервале времени (5t+t+t)<t<(6t+t+t) выходной сигнал пятого пропорционального блока 26 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(6t+t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов шестого блока алгебраического сумматора 18 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в четвертом блоке определения знака сигнала 19. В интервале времени (6t+t+t)<t<(6t+2t+t) выходной сигнал четвертого пропорционального блока 20 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен 0. В момент времени t=(6t+2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов пятого блока алгебраического сумматора 13 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в третьем блоке определения знака сигнала 14. В интервале времени (6t+2t+t)<t<(7t+2t+t) выходной сигнал третьего пропорционального блока 15 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(7t+2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов четвертого блока алгебраического сумматора 8 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение во втором блоке определения знака сигнала 9. В интервале времени (7t+2t+t)<t<(8t+2t+t) выходной сигнал второго пропорционального блока 10 равен ; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен . В момент времени t=(8t+2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов первого блока алгебраического сумматора 2 равна нулю и происходит переключение в первом блоке определения знака сигнала 3. Выходной сигнал первого пропорционального блока 4 равен нулю; выходной сигнал второго блока алгебраического сумматора 5 равен нулю. Выходной сигнал пятого интегрального блока 39 меняет свой знак с плюса на минус, происходит переключение в четырнадцатом блоке определения знака сигнала 40. Входной сигнал пятого блока произведения 34 меняет свой знак с плюса на минус, блок сравнения с нулем 35 меняет свое значение с единицы на нуль. В интервале времени t>(8t+2t+t) выходные сигналы первого блока произведения 6, второго блока произведения 11, третьего блока произведения 16 и четвертого блока произведения 21 равны нулю. Использование системы обнуляющих блоков позволяет устранить накапливаемую ошибку вычислений при многократном интегрировании.
кон
нач
кон
нач
В описании рассмотрен вариант, при котором увеличивается угол поворота исполнительного органа электропривода (φ>φ). Заявляемое устройство обеспечивает формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных и при уменьшении угла поворота исполнительного органа электропривода (φ<φ).
Предлагаемое устройство качественно обеспечивает формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных.
Точность формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных не зависит от задания на перемещение.
Разработано, реализовано и экспериментально исследовано устройство на базе программируемого контроллера, для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода переменного тока с ограничением частоты вращения и ее первой и третьей производных.