УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА С МОМЕНТОМ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТИПА СУХОГО ТРЕНИЯ ПРИ ОГРАНИЧЕНИЯХ ПО НАПРЯЖЕНИЮ, ТОКУ И ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения.
Аналогами разработанного устройства являются: устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по току (первый) /Добробаба Ю.П., Ивченко В.В., Барандыч В.Ю. Устройство, формирующее оптимальную по быстродействию диаграмму перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по току. // Материалы международной научно-практической конференции "Электроэнергетические комплексы и системы." - Краснодар: Изд. КубГТУ, 2006. - С.91-95./ и устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по напряжению (второй) /Добробаба Ю.П., Прохоренко Д.С., Барандыч В.Ю., Коноплин В.Ю. Устройство для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по напряжению. // Патент на полезную модель №69354./
Первый аналог имеет следующие недостатки: не позволяет реализовать сигнал, соответствующий диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, так как реализует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по току; не учитывает влияние индуктивности якорной цепи электропривода.
Второй аналог имеет следующие недостатки: не позволяет реализовать сигнал, соответствующий диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, так как реализует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по напряжению; не учитывает влияние индуктивности якорной цепи электропривода.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения является устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по току и частоте вращения /Добробаба Ю.П., Ивченко В.В., Барандыч В.Ю. Устройство, формирующее оптимальную по быстродействию диаграмму перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по току и скорости. // Материалы международной научно-практической конференции “Электроэнергетические комплексы и системы.” - Краснодар: Изд. КубГТУ, 2006. - С.101-105./, которое принимается за прототип.
Прототип содержит: задатчик, выход задатчика 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 первым входом третьего пропорционального блока, выход третьего пропорционального блока соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом второго интегрального блока, с входом четвертого пропорционального блока, со вторым входом второго пропорционального блока и с входом пятого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с вторым входом третьего пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока.
Существующий прототип не позволяет реализовать сигнал, соответствующий диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, так как формирует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по току и частоте вращения, а так же не учитывает влияние индуктивности якорной цепи электропривода.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в формировании сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения с учетом влияния индуктивности якорной цепи электропривода.
Техническим результатом полезной модели является разработка устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода повысить быстродействие и достичь необходимой интенсивности перемещения и, как следствие, увеличения производительности промышленных установок.
Технический результат достигается в устройстве для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения тем, что оно содержит задатчик, выход задатчика 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, третий пропорциональный блок, выход третьего пропорционального блока соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом второго интегрального блока, с входом четвертого пропорционального блока, со вторым входом второго пропорционального блока и с входом пятого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен со вторым входом третьего пропорционального блока, выход пятого пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока, дополнительно введены шестой пропорциональный блок, первый вход шестого пропорционального блока соединен с выходом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход шестого пропорционального блока соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом блока алгебраического сумматора, выход блока алгебраического сумматора соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с входом седьмого пропорционального блока, с входом восьмого пропорционального блока и со вторым входом шестого пропорционального блока, выход седьмого пропорционального блока соединен с первым входом третьего пропорционального блока, выход восьмого пропорционального блока соединен с третьим входом блока алгебраического сумматора, вход девятого пропорционального блока соединен с выходом третьего пропорционального блока, выход девятого пропорционального блока соединен с вторым входом блока алгебраического сумматора, вход десятого пропорционального блока соединен с выходом третьего пропорционального блока, выход десятого пропорционального блока соединен с третьим входом второго пропорционального блока, вход одиннадцатого пропорционального блока соединен с выходом третьего пропорционального блока, выход одиннадцатого пропорционального блока соединен с четвертым входом первого пропорционального блока.
Существующий прототип предназначен для формирования сигнала, соответствующего типовой оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при наличии ограничений по току и частоте вращения (с двумя ограничениями). При разработке оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения исполнительного органа электропривода не учтено влияние индуктивности якорной цепи электродвигателя. В типовой оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода ток якорной цепи электродвигателя изменяется скачком, что невозможно реализовать из-за наличия индуктивности якорной цепи электродвигателя. Поэтому в работе /Ю.П.Добробаба, Д.С.Прохоренко. Разработка оптимальных по быстродействию диаграмм перемещения электроприводов с учетом влияния индуктивностей якорных цепей электродвигателей при локальных ограничениях. // “Известия Вузов “Пищевая технология” - Краснодар: Изд. КубГТУ, 2007 №2. - С.60-64./ разработаны оптимальные по быстродействию диаграммы перемещения исполнительных органов электроприводов с учетом влияния индуктивностей якорных цепей электродвигателей при локальных ограничениях:
- диаграмма с ограничением по напряжению (справедлива для малых значений изменения угла поворота исполнительного органа электропривода);
- диаграмма с ограничениями по напряжению и максимальному току (справедлива для небольших значений изменения угла поворота исполнительного органа электропривода);
- диаграмма с ограничениями по напряжению, максимальному и минимальному токам (справедлива для средних значений изменения угла поворота исполнительного органа электропривода);
- диаграмма с ограничениями по напряжению, максимальному и минимальному токам и частоте вращения (справедлива для больших значений изменения угла поворота исполнительного органа электропривода).
В данной заявке на полезную модель разрабатывается устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения (при этом необходимо три ограничения).
В прототипе не учитывается индуктивность якорной цепи электродвигателя, при этом силовая часть электропривода описывается системой дифференциальных уравнений второго порядка, поэтому для ее реализации требуется два интегратора. В разрабатываемом устройстве учитывается индуктивность якорной цепи электродвигателя, поэтому силовая часть электропривода представлена системой дифференциальных уравнений третьего порядка и ее реализация требует три интегратора.
Так как силовая часть электропривода без учета влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя представлена системой дифференциальных уравнений второго порядка и осуществляются ограничения по току и частоте вращения, при этом оптимальная по быстродействию диаграмма электропривода состоит из трех этапов и требуются три переключения управляющего сигнала, для реализации которых установлены три обратные связи:
- отрицательная обратная связь по углу поворота исполнительного органа электропривода на второй вход первого пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по частоте вращения исполнительного органа электропривода с коэффициентом, реализованным на пятом пропорциональном блоке, на третий вход первого пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по частоте вращения исполнительного органа электропривода на второй вход второго пропорционального блока.
Так как силовая часть электропривода с учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя представлена системой дифференциальных уравнений третьего порядка и осуществляются ограничения по напряжению, току и частоте вращения, при этом оптимальная по быстродействию диаграмма электропривода состоит из семи этапов и требуются семь переключений управляющего сигнала, для реализации которых установлены семь обратных связей:
- отрицательная обратная связь по углу поворота исполнительного органа электропривода на второй вход первого пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по частоте вращения исполнительного органа электропривода с коэффициентом, реализованная на пятом пропорциональном блоке, на третий вход первого пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по первой производной частоте вращения исполнительного органа электропривода с коэффициентом, реализованная на одиннадцатом пропорциональном блоке, на четвертый вход первого пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по частоте вращения исполнительного органа электропривода на второй вход второго пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по первой производной частоте вращения исполнительного органа электропривода с коэффициентом, реализованная на десятом пропорциональном блоке, на третий вход второго пропорционального блока;
- отрицательная обратная связь по частоте вращения исполнительного органа электропривода с коэффициентом, реализованная на девятом пропорциональном блоке, на второй вход третьего интегрального блока;
- отрицательная обратная связь по току электропривода на второй вход шестого пропорционального блока.
Так как силовая часть электропривода без учета влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя описывается двумя дифференциальными уравнениями первого порядка:
;
,
М
где C - коэффициент пропорциональности между током якорной цепи электродвигателя и его моментом, В·с;
Я
I - ток якорной цепи электродвигателя, А;
С
М - момент сопротивления электропривода, Н·м;
2
J - момент инерции электропривода, кг·м;
ω - частота вращения исполнительного органа электропривода, ;
φ - угол поворота исполнительного органа электропривода, рад.
В прототипе ограничение по току накладывается:
Я
ДОП
- на первом этапе I=I;
Я
ДОП
- на третьем этапе I=-I,
(реализовано на втором блоке ограничения),
ДОП
где I - допустимое значение тока якорной цепи электродвигателя, А.
ДОП
ДОП
В прототипе ограничение по частоте вращения исполнительного органа электропривода накладывается на втором этапе ω=ω (реализовано на первом блоке ограничения), где ω - допустимое значение частоты вращения исполнительного органа электропривода, .
М
ДОП
М
ДОП
ДОП
При этом максимальное значение выходного сигнала второго блока ограничения на первом этапе равно C·I, а минимальное значение выходного сигнала блока ограничения на третьем этапе равно - C·I; максимальное значение выходного сигнала первого блока ограничения на втором этапе равно ω.
Перед первым и вторым блоками ограничения установлены соответственно первый и второй пропорциональные блоки для усиления разницы сигналов, поступающих на их входы, с целью повышения точности формирования диаграммы перемещения.
Сигнал, соответствующий частоте вращения поступает на вход четвертого пропорционального блока, выход которого поступает на вход третьего блока ограничения. Выходной сигнал третьего блока ограничения соответствует моменту сопротивления электропривода.
Так как силовая часть электропривода с учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя описывается тремя дифференциальными уравнениями первого порядка:
где U - напряжение, приложенное к якорной цепи электродвигателя, В;
Е
C - коэффициент пропорциональности между частотой вращения электродвигателя и его ЭДС,
Я
R - сопротивление якорной цепи электродвигателя, Ом;
С0
М - модуль момента сопротивления электропривода, Н·м;
Я
L - индуктивность якорной цепи электродвигателя, Гн.
В разрабатываемом устройстве ограничение по напряжению накладывается:
ДОП
- на первом этапе U=U;
ДОП;
- на третьем этапе U=-U
ДОП
- на пятом этапе U=-U;
ДОП
- на седьмом этапе U=U,
(реализовано на третьем блоке ограничения),
ДОП
где U - допустимое значение напряжения, приложенного к якорной цепи электродвигателя, В.
В разрабатываемом устройстве ограничение по току накладывается:
Я
ДОП
- на втором этапе I=I;
Я
ДОП
- на шестом этапе I=-I,
(реализовано на втором блоке ограничения).
ДОП
В разрабатываемом устройстве ограничение по частоте вращения накладывается на четвертом этапе ω=ω (реализовано на первом блоке ограничения).
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
При этом максимальное значение выходного сигнала первого блока ограничения на четвертом этапе равно ω; максимальное значение выходного сигнала второго блока ограничения на втором этапе равно I, а минимальное значение выходного сигнала второго блока ограничения на шестом этапе равно -I; максимальное значение выходного сигнала третьего блока ограничения на первом и седьмом этапах равно U, а минимальное значение выходного сигнала третьего блока ограничения на третьем и пятом этапах равно U=-U.
Перед первым, вторым, третьим и четвертым блоками ограничения установлены первый, второй, четвертый и шестой пропорциональные блоки для усиления разницы сигналов, поступающих к ним на вход, с целью повышения точности формирования диаграммы перемещения.
Я
М
С
На первый вход третьего пропорционального бока входит сигнал соответствующий IC и его коэффициент равен  (коэффициент обратнопропорциональный моменту инерции электропривода), а также на второй вход третьего пропорционального бока входит сигнал соответствующий М. Выходной сигнал третьего пропорционального блока соответствует первой производной частоты вращения исполнительного органа электродвигателя.
КОН
4
На вход пятого пропорционального блока (коэффициент равен ) входит сигнал соответствующий ω. Выходной сигнал пятого пропорционального блока соответствует отрицательной обратной связи по частоте вращения, где φ - конечное значение угла поворота электропривода, рад; φ - значение угла поворота электропривода в конце четвертого этапа, рад.
М
Я
На вход седьмого пропорционального блока (коэффициент равен С) входит сигнал соответствующий I. Выходной сигнал седьмого пропорционального блока соответствует моменту электродвигателя.
Я
Я
На вход восьмого пропорционального блока (коэффициент равен R) входит сигнал соответствующий I. Выходной сигнал восьмого пропорционального блока соответствует падению напряжения на сопротивлении якорной цепи электродвигателя.
Е
На вход девятого пропорционального блока (коэффициент равен C) входит сигнал соответствующий ω. Выходной сигнал девятого пропорционального блока соответствует ЭДС электродвигателя.
(1)
2
На вход десятого пропорционального блока (коэффициент равен ) входит сигнал соответствующий ω. Выходной сигнал десятого пропорционального блока соответствует отрицательной обратной связи по первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода, где ω - значение частоты вращения исполнительного органа электропривода в конце второго этапа, ;  - максимальное значение первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода, .
(1)
На вход одиннадцатого пропорционального блока входит сигнал соответствующий ω и его коэффициент равен . Выходной сигнал одиннадцатого пропорционального блока соответствует жесткой отрицательной обратной связи по первой производной частоты вращения.
6
где φ - значение угла поворота электропривода в конце шестого этапа, рад.
6
ω - значение частоты вращения исполнительного органа электропривода в конце шестого этапа, ;
- минимальное значение первой производной частоты вращения исполнительного органа электропривода, .
Момент сопротивления в заявляемом устройстве реализован также как в прототипе.
Реализация предлагаемого устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя позволит осуществлять перемещения исполнительного органа механизма за минимально возможное время и, как следствие, повысить производительность промышленных установок, работающих в циклическом режиме.
Цифровое моделирование задатчика интенсивности, формирующего сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, позволило проверить полученные закономерности и работоспособность исследуемого устройства. Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности, формирующий сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения.
Перемещение электропривода осуществляется по оптимальному по быстродействию закону и ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, что видно из представленных ниже уравнений и соотношений.
Электропривод с двигателем постоянного тока и моментом сопротивления типа сухого трения описывается уравнениями, представленными в системе (1).
Критерий оптимизации
ц
где Т - длительность цикла, с.
По технологическим и техническим требованиям на электропривод накладываются ограничения
Начальные значения контролируемых величин:
НАЧ
где φ - начальное значение угла поворота электропривода, рад.
Конечные значения контролируемых величин:
Задача оптимального по быстродействию управления перемещением электроприводов при ограничениях по напряжению, максимальному и минимальному токам и частоте вращения, справедливая при больших значениях изменения угла поворота исполнительного органа электропривода, формулируется следующим образом: определить диаграмму отработки заданного значения изменения угла поворота исполнительного органа электропривода, удовлетворяющую системе уравнений (1) и доставляющую минимум интегралу (2), при ограничениях по напряжению (3.1), максимальному и минимальному токам (3.2) и частоте вращения (3.3), начальных значениях (4) и конечных значениях (5).
В соответствии с принципом максимума академика Л.С.Понтрягина, так как система имеет локальные ограничения, то управляющее воздействие представляет собой кусочно-постоянную функцию от времени.
Характеристическое уравнение системы (1) имеет вид:
Анализ характеристического уравнения (6) показывает, что возможны три расклада его корней и соответственно три вида переходных процессов.
При выполнении условия
характеристическое уравнение системы (1) имеет вид первый
где
При выполнении условия
характеристическое уравнение системы (1) имеет вид второй
где
При выполнении условия
характеристическое уравнение системы (1) имеет вид третий
где
При этом ξ<1.
Оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничении по напряжению состоит из семи этапов.
Для вида первого справедливы соотношения:
;
;
;
;
;
;
;
;
.
1
где t - длительность первого этапа, с;
2
t - длительность второго этапа, с;
3
t - длительность третьего этапа, с;
4
t - длительность четвертого этапа, с;
5
t - длительность пятого этапа, с;
6
t - длительность шестого этапа, с;
7
t - длительность восьмого этапа, с;
1
ω - значение частоты вращения исполнительного органа электропривода в конце первого этапа, ;
3
ω - значение частоты вращения исполнительного органа электропривода в конце третьего этапа, ;
4
ω - значение частоты вращения исполнительного органа электропривода в конце четвертого этапа, ;
5
ω - значение частоты вращения исполнительного органа электроход привода в конце пятого этапа, ;
1
φ - значение угла поворота исполнительного органа электропривода в конце первого этапа, рад;
2
φ - значение угла поворота исполнительного органа электропривода в конце второго этапа, рад;
3
φ - значение угла поворота исполнительного органа электропривода в конце третьего этапа, рад;
5
φ - значение угла поворота исполнительного органа электропривода в конце пятого этапа, рад.
Для вида второго справедливы соотношения:
;
;
Для вида третьего справедливы соотношения:
.
Таким образом, совокупность существенных признаков, указанная в формуле полезной модели позволяет достичь желаемого технического результата.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения.
На фиг.2, 3 и 4 представлены соответственно диаграммы для первого, второго и третьего видов.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, содержит задатчик 1, выход задатчика соединен с первым входом первого пропорционального блока 2, выход первого пропорционального блока 2 соединен с входом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, выход первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, соединен с первым входом второго пропорционального блока 4, выход второго пропорционального блока 4 соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 5, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 5, соединен с первым входом шестого пропорционального блока 6, выход шестого пропорционального блока 6 соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, соединен с первым входом блока алгебраического сумматора 8, выход блока алгебраического сумматора 8, соединен с входом третьего интегрального блока 9, выход третьего интегрального блока 9 соединен с входом седьмого пропорционального блока 10, с входом восьмого пропорционального блока 14 и со вторым входом шестого пропорционального блока 6, выход седьмого пропорционального блока 10 соединен с первым входом третьего пропорционального блока 11, выход третьего пропорционального блока 11 соединен с входом первого интегрального блока 12, входом десятого пропорционального блока 18 и с входом одиннадцатого пропорционального блока 19, выход первого интегрального блока 12 соединен с входом второго интегрального блока 13, с входом четвертого пропорционального блока 16, с входом девятого пропорционального блока 17, со вторым входом второго пропорционального блока 4 и с входом пятого пропорционального блока 20, выход второго интегрального блока 13 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2. выход восьмого пропорционального блока 14 соединен с третьим входом блока алгебраического сумматора 8, выход четвертого пропорционального блока 16 соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 15, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 15, соединен со вторым входом третьего пропорционального блока 11, выход девятого пропорционального блока 17 соединен со вторым входом блока алгебраического сумматора 8, выход десятого пропорционального блока 18 соединен с третьим входом второго пропорционального блока 4, выход одиннадцатого пропорционального блока 19 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход пятого пропорционального блока 20 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения работает следующим образом.
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
Я
ДОП
ДОП
На входы первого пропорционального блока 2 подается сигнал с задатчика 1, пропорциональный величине заданного перемещения электропривода, и сигналы обратных отрицательных связей: пропорциональный углу поворота электропривода; пропорциональный частоте вращения электропривода; пропорциональный первой производной частоты вращения электропривода. Первый пропорциональный блок 2 усиливает сигналы, поступающие на его входы. Первый блок, ограничивающий значение своего входного сигнала 3. ограничивает сигнал, поступающий с первого пропорционального блока 2, до величины ω. На входы второго пропорционального блока 4 подается сигнал с первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, равный ω, и сигналы обратных отрицательных связей: пропорциональный частоте вращения электропривода; пропорциональный первой производной частоте вращения электропривода. Второй пропорциональный блок 4 усиливает сигналы, поступающие на его входы. Второй блок, ограничивающий значение своего входного сигнала 5, ограничивает сигнал, поступающий с второго пропорционального блока 4, до величины I. На входы шестого пропорционального блока 6 подается сигнал с второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 5, равный I, и сигнал обратной отрицательной связи пропорциональный I. Шестой пропорциональный блок 6 усиливает сигналы, поступающие на его входы. Четвертый блок, ограничивающий значение своего входного сигнала 7, ограничивает сигнал, поступающий с шестого пропорционального блока 6, до величины U. На входы блока алгебраического сумматора 8 подаются и суммируются: сигнал с четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 7, равный U, и сигналы отрицательных обратных связей пропорциональный току якорной цепи электропривода и частоте вращения электропривода. Третий интегральный блок 9 интегрирует сигнал поступающий с выхода блока алгебраического сумматора 8. Седьмой пропорциональный блок 10 усиливает сигнал пропорциональный току якорной цепи электропривода, поступающий с третьего интегрального блока 9. На входы третьего пропорционального блока 11 подается: сигнал с седьмого пропорционального блока 10; сигнал отрицательной обратной связи, пропорциональный моменту сопротивления. Третий пропорциональный блок 11 усиливает сигналы, поступающие на его входы. На вход первого интегрального блока 12 подается сигнал с третьего пропорционального блока 11 пропорциональный первой производной частоте вращения электропривода и интегрируется первым интегральным блоком 12. На вход второго интегрального блока 13 подается и интегрируется сигнал с первого интегрального блока 12, пропорциональный частоте вращения электропривода.
1
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
1
НАЧ
1
1
ДОП
Я
ДОП
ДОП
Е
1
ДОП
1
1
2
ДОП
ДОП
Е
1
ДОП
Е
2
ДОП
Я
ДОП
1
2
1
2
1
2
ДОП
2
ДОП
ДОП
Е·
2
ДОП
ДОП
1
2
1
2
3
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
2
3
2
3
1
2
3
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
1
2
3
1
2
3
4
ДОП
ДОП
3
4
1
2
3
4
ДОП
ДОП
ДОП
1
2
3
4
1
2
3
4
5
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
4
5
4
5
1
2
3
4
5
ДОП
5
ДОП
ДОП
Е
5
ДОП
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
6
ДОП
ДОП
Е
5
ДОП
Е
6
ДОП
Я
ДОП
5
6
5
6
1
2
3
4
5
6
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
Е
6
ДОП
ДОП
1
2
3
4
5
6
1
2
3
4
5
6
7
ДОП
ДОП
ДОП
ДОП
Я
ДОП
6
7
КОН
6
7
КОН
1
2
3
4
5
6
7
КОН
С задатчика 1 на первый вход первого пропорционального блока 2 поступает сигнал, пропорциональный величине заданного перемещения. В интервале времени 0<t<t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 положительная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 положительная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен I сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 положительная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен U. При этом напряжение U=U; ток якорной цепи увеличивает свою величину от значения  до значения I; частота вращения исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения ноль до значения ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=t сигнал, поступающий с выхода второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен I; ток якорной цепи I стремится к величине I. При этом сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 стремится к нулю, а четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина убывает от значения U значения (С·ω+R·I). В интервале времени t<t<(t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 положительная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 положительная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 стремится к нулю, а четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала. При этом напряжение увеличивает свою величину от значения (С·ω+R·I) до значения (С·ω+R·I) ток якорной цепи I=I; частота вращения исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения ω до значения ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=(t+t) сигнал, поступающий с выхода первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω; частота вращения исполнительного органа электропривода равна ω; первая производная частоты вращения исполнительного органа электропривода равна . При этом сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение во втором блоке 5, ограничивающем значение своего входного сигнала. Выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, изменяет свою величину с значения I на значение -I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 отрицательная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, изменяет свою величину с значения (Сω+R·I) на значение -U. В интервале времени (t+t)<t<(t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 положительная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 отрицательная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 отрицательная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна -U. При этом напряжение U=-U; ток якорной цепи уменьшает свою величину от значения I до значения ; частота вращения исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения ω до значения ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=(t+t+t) сигнал, поступающий с выхода первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω; частота вращения исполнительного органа электропривода стремится к величине ω, первая производная частоты вращения исполнительного органа электропривода стремится к нулю. При этом сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 стремится к нулю, а второй блок 5, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина возрастает от значения -I до значения . Сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 стремится к нулю, а четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина возрастает от значения -U до значения . На интервале времени (t+t+t)<t<(t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 положительная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ω, сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 имеет малую положительную величину, поэтому второй блок 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина равна ; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 имеет малую положительную величину, поэтому четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина равна . При этом напряжение ; ток якорной цепи равен  частота вращения исполнительного органа электропривода равна ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=(t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 отрицательная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 отрицательная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающий значение своего входного сигнала, равен -I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 отрицательная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -U. В интервале времени (t+t+t+t)<t<(t+t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 отрицательная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 отрицательная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 отрицательная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -U. При этом напряжение U=-U; ток якорной цепи уменьшает свою величину от значения  до значения -I; частота вращения исполнительного органа электропривода уменьшает свою величину от значения ω до значения ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=(t+t+t+t+t) сигнал, поступающий с выхода первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -ω; частота вращения исполнительного органа электропривода равна ω; первая производная частоты вращения исполнительного органа электропривода стремится к -. При этом сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 имеет отрицательную величину, поэтому выходное значение второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равно -I. Сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 меньше нуля, а четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала и его выходная величина возрастает от значения -U до значения (C·ω+R·I), поэтому происходит переключение в четвертом блоке 7, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени (t+t+t+t+t)<t<(t+t+t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 отрицательная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 отрицательная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен -I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 немного больше нуля, а четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала. При этом напряжение уменьшает свою величину от значения (С·ω+R·I) до значения (С·ω+R·I); ток якорной цепи I=-I; частота вращения исполнительного органа электропривода уменьшает свою величину от значения ω до значения ω; угол поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ. В момент времени t=(t+t+t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение в первом блоке 3, ограничивающем значение своего входного сигнала. Выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, изменяет свою величину с значения -ω на значение ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 положительная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, изменяет свою величину с значения -I на значение I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 положительная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, изменяет свою величину с значения (С·ω+R·I) на значение U. В интервале времени (t+t+t+t+t+t)<t<(t+t+t+t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 положительная, поэтому выходной сигнал первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равна ω; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 положительная, поэтому выходной сигнал второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен I; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 положительная, поэтому выходной сигнал четвертого блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен U. При этом напряжение U=U; ток якорной цепи увеличивает свою величину от значения I=-I до значения ; частота вращения исполнительного органа электропривода уменьшает свою величину от значения ω до значения ω=ω=0; угoл поворота исполнительного органа электропривода увеличивает свою величину от значения φ до значения φ=φ. В момент времени t=(t+t+t+t+t+t+t) сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 немного больше нуля, поэтому первый блок 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала; сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 немного больше нуля, поэтому второй блок 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала; сумма входных сигналов шестого пропорционального блока 6 немного больше нуля, поэтому четвертый блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, не осуществляет ограничение своего входного сигнала. При этом напряжение ; ток якорной цепи ; частота вращения исполнительного органа электропривода ω=0; угол поворота исполнительного органа электропривода φ=φ.
КОН
НАЧ
Рассмотрен вопрос формирования оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, при выполнении условия φ>φ.
КОН
НАЧ
Предлагаемое устройство позволяет формировать оптимальную по быстродействию диаграмму перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения, при выполнении условия φ<φ.
Точность формируемой оптимальной по быстродействию диаграммы перемещения электропривода с моментом сопротивления типа сухого трения при ограничениях по напряжению, току и частоте вращения определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных и интегральных; а так же нелинейных, ограничивающих значение своего входного сигнала.