УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЕ ДЛЯ БОЛЬШИХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ИНЕРЦИОННЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ И ИДЕАЛЬНЫМ ВАЛОПРОВОДОМ

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 с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом.
Аналогом разработанного устройства является устройство для формирования оптимальных по быстродействию диаграмм для средних перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами / Пат. на полезную модель №32938, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничением 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 диаграммы для средних перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Наиболее близким к заявляемому устройству формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем является устройство для формирования оптимальных по быстродействию диаграмм для больших перемещений электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами / Пат. на полезную модель №32651, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничением скорости и ее первой и второй производной скорости / Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, С.В.Нестеров // от 27.09.2003, 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, 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 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, с входом четвертого пропорционального блока и с входом пятого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, со вторым входом второго пропорционального блока и с входом шестого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен с третьим входом второго 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.
Прототип реализует сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительных органов электроприводов с безынерционными преобразователями и идеальными валопроводами, поэтому его использование не позволяет достичь высокой точности позиционирования электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами.
Для достижения высокой точности позиционирования при отработке оптимальной по быстродействию диаграммы для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом (состоящей из пятнадцати этапов), необходимо, чтобы рабочий орган электропривода двигался в соответствии с законом движения, учитывающем инерционность преобразователя.
Задачей является разработка устройства, формирующего сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.
Техническим результатом полезной модели является формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом и позволяющего совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.
Технический результат достигается в устройстве для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы для больших перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами тем, что из известного устройства выведено соединение между выходом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, и входом первым интегральным блоком; в известное устройство введены седьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход седьмого пропорционального блока соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с входом первого интегрального блока, со вторым входом седьмого пропорционального блока, с входом восьмого пропорционального блока, с входом девятого пропорционального блока и с входом десятого пропорционального блока, выход десятого пропорционального блока соединен с пятым входом первого пропорционального блока, выход девятого пропорционального блока соединен с четвертым входом второго пропорционального блока, выход восьмого пропорционального блока соединен с третьим входом третьего пропорционального блока.
1
2
3
4
don
нач
кон
Оптимальная по быстродействию диаграмма для больших перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами состоит из пятнадцати этапов, при этом третья производная скорости электропривода изменяется скачкообразно. На первом, седьмом, одиннадцатом и тринадцатом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению  на третьем, пятом, девятом и пятнадцатом этапах третья производная скорости электропривода равна максимальному значению со знаком минус  на втором, четвертом, шестом, восьмом, десятом, двенадцатом и четырнадцатом этапах третья производная скорости электропривода равна нулю. Длительность первого, третьего, пятого, седьмого, девятого, одиннадцатого, тринадцатого и пятнадцатого этапов равна t; длительность второго, шестого, десятого и четырнадцатого этапов равна t; длительность четвертого и двенадцатого этапов равна t, длительность восьмого этапа равна t. На втором и пятнадцатом этапах вторая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению  на шестом и десятом этапах вторая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению со знаком минус  на четвертом, восьмом и двенадцатом этапах вторая производная скорости электропривода равна нулю. На четвертом этапе первая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению  на двенадцатом этапе первая производная скорости электропривода равна максимально допустимому значению со знаком минус  на восьмом этапе первая производная скорости электропривода равна нулю. На восьмом этапе скорость электропривода достигает максимально допустимого значения ω. Угол поворота (перемещение) увеличивается от начального значения φ до конечного значения φ. Для диаграммы справедливы соотношения / Добробаба Ю.П., Барандыч Вик. Ю. Разработка оптимальных по быстродействию диаграмм перемещения электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами // Изв. Вузов. Пищевая технология, 2009, №5-6, С., 110-112/:
Условие существования оптимальной диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователями и идеальными валопроводами
где
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы для средних перемещений электроприводов с инерционными преобразователям и идеальными валопроводами.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока 2, выход первого пропорционального блока 2 соединен с входом первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого блока 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом второго пропорционального блока 4, выход второго пропорционального блока 4 соединен с входом второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом третьего пропорционального блока 6, выход третьего пропорционального блока 6, соединен с первым входом третьего блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом седьмого пропорционального блока 8, выход седьмого пропорционального блока 8 соединен с входом четвертого блока 9, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока 9, ограничивающего значение своего входного сигнала соединен с входом четвертого интегрального блока 10, выход четвертого интегрального блока 10 соединен с входом первого интегрального блока 11, со вторым входом седьмого пропорционального блока 8, с входом восьмого пропорционального блока 14, с входом девятого пропорционального блока 15 и с входом десятого пропорционального блока 17, выход первого интегрального блока 11 соединен с входом второго интегрального блока 12, со вторым входом третьего пропорционального блока 6, с входом четвертого пропорционального блока 16 и с входом пятого пропорционального блока 18, выход восьмого пропорционального блока 14, соединен с третьим входом третьего пропорционального блока 6, выход второго интегрального блока 12 соединен с входом третьего интегрального блока 13, со вторым входом второго пропорционального блока 4 и с входом шестого пропорционального блока 19, выход четвертого пропорционального блока 16 соединен с третьим входом второго пропорционального блока 4, выход девятого пропорционального блока 15 соединен с четвертым входом второго пропорционального блока 4, выход третьего интегрально блока 13 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, выход шестого пропорционального блока 19 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход пятого пропорционального блока 19 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход десятого пропорционального блока 17 соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2.
кон
don
don
(1)
(2)
(1)
(1)
(1)
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом работает следующим образом. На вход первого пропорционального блока 2 подается сигал с задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода φ, и сигналы отрицательных обратных связей: по углу поворота электропривода φ с единичным коэффициентом, по скорости электропривода ω с коэффициентом  (реализует шестой пропорциональный блок 6), по первой производной скорости электропривода ω с коэффициентом  (реализует пятый пропорциональный блок 18), по второй производной скорости электропривода ω с коэффициентом  (реализует десятый пропорциональный блок 17). Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Первый блок 3, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины ±ω. На вход второго пропорционального блока 4 подается сигал с первого блок 3, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный ±ω, сигнал отрицательной обратной связи по скорости электропривода с единичным коэффициентом, сигнал отрицательной обратной связи по первой производной скорости электропривода ω с коэффициентом  (реализует четвертый пропорциональный блок 16) и сигнал отрицательной обратной связи по второй производной скорости с коэффициентом  (реализует девятый пропорциональный блок 15). Второй пропорциональный блок 4 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий, сигнал. Второй блок 5, ограничивающий значение, своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода второго пропорционального блока 4, до величины . На вход третьего пропорционального блока 6 подается сигнал со второго блока 5, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный  и сигналы отрицательных обратных связей: по первой производной скорости электропривода ω с единичным коэффициентом и по второй производной скорости электропривода с коэффициентом  (реализует восьмойпропорциональный блок 14) Третий пропорциональный блок 6 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Третий блок 7, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода третьего пропорционального блока 6, до величины . На вход седьмого пропорционального блока 8 подается сигнал со третьего блока 7, ограничивающего значение своего входного сигнала, равный  и сигнал отрицательной обратной связи по второй производной скорости с единичным коэффициентом. Четвертый блок 9, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с выхода седьмого пропорционального блока 8, до  величины. На выходе четвертого блока 9, ограничивающего значение своего входного сигнала, формируется зависимость третьей производной частоты вращения электропривода от времени t. Четвертый интегральный блок 10 интегрирует сигнал, поступающий с выхода четвертого блока ограничения 9, на выходе четвертого интегрального блока 10 формируется зависимость второй производной скорости электропривода от времени t. Выходной сигнал четвертого интегрального блока 10 поступает на вход первого интегрального блока и на вход восьмого пропорционального блока 14. Первый интегральный блок 11 интегрирует сигнал, поступающий с выхода четвертого интегрального блока 10. На выходе первого интегрального блока 11 формируется зависимость первой производной скорости электропривода ω от времени t. Выходной сигнал первого интегрального блока 11 поступает на вход второго интегрального блока 12 и на второй вход третьего пропорционального блока 6.
кон
1
don
1
1
1
2
don
1
2
1
2
1
2
don
1
2
1
2
1
2
3
don
1
2
3
1
2
3
1
2
3
don
1
2
3
1
2
3
1
2
3
don
1
2
3
1
2
3
1
2
3
don
1
2
3
1
2
3
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
don
1
2
3
4
1
2
3
4
При подаче с задатчика 1 сигнала, равного конечному значению угла поворота электропривода φ, на первый вход первого пропорционального блока 2 в интервале времени 0≤t≤t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен , выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен . В момент времени t=t сумма входных сигналов седьмого пропорционального блока 8 равна нулю, поэтому происходит переключение в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени t≤t≤t+t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен , выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=t+t сумма входных сигналов третьего пропорционального блока 6 меняет свое значение с плюса на минус, поэтому происходит переключение в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени t+t≤t<(2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен , выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен , и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен . В момент времени t=2t+t сумма входных сигналов третьего пропорционального блока 6 равна нулю, поэтому происходит переключение в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (2t+t)≤t≤(2t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен нулю и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=2t+t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блока ограничения 9. На интервале времени (2t+t+t)≤t≤(3t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=3t+t+t сумма входных сигналов седьмого пропорционального блока 8 равна нулю, поэтому происходит переключение в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (3t+t+t)≤t≤(3t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=3t+2t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (3t+2t+t)≤t≤(4t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=4t+2t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 равна нулю, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блока ограничения 9. На интервале времени (4t+2t+t)≤t≤(4t+2t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю, выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен нулю и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=4t+2t+t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3, во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (4t+2t+t+t)≤t≤(4t+2t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен -ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю, выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=5t+2t+t+t сумма входных сигналов седьмого пропорционального блока 8 равен нулю, поэтому происходит переключение в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (5t+2t+t+t)≤t≤(5t+3t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен -ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=5t+3t+t+t сумма входных сигналов второго пропорционального блока 4 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (5t+3t+t+t)≤t≤(6t+3t+t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен -ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=6t+3t+t+t сумма входных сигналов третьего пропорционального блока 6 равна нулю, поэтому происходит переключение в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (6t+3t+t+t)≤t≤(6t+3t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен -ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен нулю и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=6t+3t+2t+tсумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3, во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (6t+3t+2t+t)≤t≤(7t+3t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=7t+3t+2t+t входных сигналов седьмого пропорционального блока 8 равна нулю, поэтому происходит переключение в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (7t+3t+2t+t)≤t≤(7t+4t+2t+t) выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю. В момент времени t=7t+4t+2t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3, во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. На интервале времени (7t+4t+2t+t)≤t≤(8t+4t+2t+t)  выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен -ω, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен  выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен  и выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен  В момент времени t=8t+4t+2t+t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 равна нулю, поэтому происходит переключение в первом блоке ограничения 3, во втором блоке ограничения 5, в третьем блоке ограничения 7 и в четвертом блоке ограничения 9. После окончания цикла перемещения электропривода (8t+4t+2t+t)≤t выходной сигнал первого блока ограничения 3 равен нулю, выходной сигнал второго блока ограничения 5 равен нулю, выходной сигнал третьего блока ограничения 7 равен нулю, выходной сигнал четвертого блока ограничения 9 равен нулю.
кон
нач
Рассмотрен вопрос формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом при выполнения условия φ>φ.
кон
нач
Предлагаемое устройство позволяет формировать сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом при выполнении условия φ>φ.
Предлагаемое устройство обеспечивает формирование оптимальной диаграммы для больших перемещений электропривода с инерционным преобразователем, идеальным валопроводом и моментом сопротивления различного типа.
Точность формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных и интегральных, а также блоков, ограничивающих значение своего входного сигнала.
Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности на базе программируемого контроллера, формирующий сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме для больших перемещений исполнительного органа электропривода с инерционным преобразователем и идеальным валопроводом, что позволяет совместно с системой автоматического регулирования положения электропривода достичь высокой точности позиционирования исполнительных органов механизмов.