УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ БЕЗ ОГРАНИЧЕНИЯ СКОРОСТИ ОПТИМАЛЬНЫХ ПО МИНИМУМУ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

Полезная модель относиться к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Аналогом разрабатываемого устройства является устройство для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее второй производной / Пат. на полезную модель №32937, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее второй производной / Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, А.В.Мартыненко // от 27.09.2003, бюл. №27 /.
Аналог реализует оптимальную по быстродействию диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с ограничениями скорости и ее второй производной, то есть с другим критерием оптимальности и на большие перемещения.
Наиболее близким к заявленному устройству для получения в электроприводе без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии является устройство для формирования оптимальной по быстродействию диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости / Пат. на полезную модель №32650, МПК 7 Н02Р 7/80. Устройство для формирования диаграмм перемещения электропривода с ограничением второй производной скорости / Ю.П.Добробаба, В.А.Мурлина, Г.А.Кошкин, С.В.Добробаба, А.Н.Благодырь //от 20.09.2003, бюл. №26 /, которое принимается за прототип.
Прототип содержит: первый задатчик, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с входом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом второго интегрального блока и с первым входом первого блока произведения, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока и с первым входом второго блока произведения, выход третьего интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, второй задатчик, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля, выход блока вычисления модуля соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом блока функции возведения в степень, выход блока функции возведения в степень соединен с входом
третьего пропорционального блока, с первым и со вторым входами третьего блока произведения, выход третьего пропорционального блока соединен с вторым входом второго блока произведения, выход второго блока произведения соединен с третьим входом первого пропорционального блока, выход третьего блока произведения соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход четвертого пропорционального блока соединен со вторым входом первого блока произведения, выход первого блока произведения соединен с четвертым входом первого пропорционального блока.
Прототип реализует оптимальную по быстродействию диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости, поэтому его использование не позволяет реализовать получение в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение потерь электроэнергии в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости.
Технический результат достигается в устройстве для получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии тем, что из известного устройства выведены соединения между выходом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала и выходом первого интегрального блока, между выходом второго пропорционального блока и входом блока функции возведения в степень, между выходом блока функции возведения в степень и входом третьего пропорционального блока, между выходом блока функции возведения в степень и выходами третьего блока произведения; в известное устройство введены пятый пропорциональный блок, первый вход которого соединен выходом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход пятого пропорционального блока соединен с входом первого интегрального блока, блок зоны нечувствительности, вход которого соединен с выходом второго интегрального блока, выход блока зоны нечувствительности соединен с входом блока определения знака сигнала, выход блока определения знака сигнала соединен с первым входом четвертого блока произведения, первый блок арифметических функций, вход которого соединен с выходом второго пропорционального блока, выход первого блока арифметических функций соединен с входом первого блока функции возведения в степень, второй блок арифметических функций, вход которого соединен с выходом первого блока функции возведения в степень, выход второго блока арифметических функций соединен с входом третьего блока арифметических функций, с первым входом третьего блока произведения и входом второго блока функции возведения в степень, выход третьего блока арифметических функций соединен со вторым входом третьего блока произведения, выход второго блока функции возведения в степень соединен с входом шестого пропорционального блока, выход шестого пропорционального блока соединен с входом четвертого блока арифметических функций, выход четвертого блока арифметических функций соединен с входом седьмого пропорционального
блока, выход седьмого пропорционального блока соединен со вторым входом четвертого блока произведения, выход четвертого блока произведения соединен со вторым входом пятого пропорционального блока, вход третьего пропорционального блока соединен с выходом блока вычисления модуля.
Оптимальная по минимуму потерь электроэнергии диаграмма отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости состоит из трех этапов. При увеличении (уменьшении) угла поворота электропривода вторая производная скорости на первом и третьем этапах равна положительному (отрицательному) максимальному значению ; на втором этапе вторая производная скорости равна положительному (отрицательному) минимальному значению . При этом справедливы соотношения (Ю.П.Добробаба, А.А.Олейников, Ю.В.Добробаба. Разработка оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости и учетом влияния индуктивности якорной цепи электродвигателя. Электроэнергетические комплексы и системы // Материалы международной научно-практической конференции / Кубан. гос. технол. ун-т. - Краснодар:
Изд. ГОУ ВПО «КубГТУ», 2007. - 242 с.):
где
t<sub>1</sub>, - длительность первого и третьего этапов, с;
2
t - длительность второго этапа, с;
Т - длительность цикла, с;
м
С - коэффициент пропорциональности между током и моментом электродвигателя, В·с;
max
I- максимальное значение тока якорной цепи электродвигателя, А;
с
М - момент сопротивления электропривода, Н·м;
2
J - момент инерции электропривода, кг·м;
Q - потери электроэнергии за цикл перемещения, Дж;
я
R - сопротивление якорной цепи электродвигателя, Ом.
Условие существования оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости
где
- допустимое значение скорости электропривода, .
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии.
Устройство для получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока 2, выход первого пропорционального блока 2 соединен с входом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, выход блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, соединен с первым входом пятого пропорционального блока 4, выход пятого пропорционального блока 4 соединен с входом первого интегрального блока 5, выход первого интегрального блока 5 соединен с входом второго интегрального блока бис первым входом первого блока произведения 8, выход второго интегрального блока 6 соединен с входом третьего интегрального блока 7, с входом блока зоны нечувствительности 11 и с первым входом второго блока произведения 12, выход третьего интегрального блока 7 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, выход блока зоны нечувствительности 11 соединен с входом блока определения знака сигнала 10, выход блока определения знака сигнала 10 соединен с первым входом четвертого блока произведения 9, второй задатчик 14, выход которого соединен с входом блока вычисления модуля 15, выход блока вычисления модуля 15 соединен с входом третьего пропорционального блока 13 и с входом второго пропорционального блока 16, выход третьего пропорционального блока 13 соединен со вторым входом второго блока произведения 12, выход второго блока произведения 12 соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, выход второго пропорционального блока 16 соединен с входом первого блока арифметических функций 17, выход первого блока арифметических функций 17 соединен с входом первого блока функции возведения в степень 18, выход первого блока функции возведения в степень 18 соединен с входом второго блока арифметических функций 19, выход второго блока арифметических функций 19 соединен с входом третьего блока арифметических функций 20, с первым входом третьего блока произведения 21 и с входом второго блока функции возведения в степень 23, выход третьего блока арифметических функций 20 соединен со вторым входом третьего блока произведения 21, выход третьего блока произведения 21
соединен с входом четвертого пропорционального блока 22, выход четвертого пропорционального блока 22 соединен со вторым входом первого блока произведения 8, выход первого блока произведения 8 соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2, выход второго блок функции возведения в степень 23 соединен с входом шестого пропорционального блока 24, выход шестого пропорционального блока 24 соединен с входом четвертого блока арифметических функций 25, выход четвертого блока арифметических функций 25 соединен с входом седьмого пропорционального блока 26, выход седьмого пропорционального блока 26 соединен со вторым входом четвертого блока произведения 9, выход четвертого блока произведения 9 соединен со вторым входом пятого пропорционального блока 4.
Устройство для получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии работает следующим образом. На входы первого пропорционального блока 2 подаются сигнал с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота электропривода , и сигналы отрицательных обратных связей: по углу поворота электропривода с единичным коэффициентом; по скорости электропривода с коэффициентом ; по первой производной скорости электропривода с коэффициентом . Первый пропорциональный блок 2 суммирует сигналы, поступающие на его входы, и усиливает результирующий сигнал. Блок, ограничивающий значение своего входного сигнала 3, ограничивает сигнал, поступающий с выхода первого пропорционального блока 2, до величины ±. На входы пятого пропорционального блока 4 подаются выходной сигнал блока, ограничивающего значение своего входного сигнала 3, и сигнал , участвующий в вычислении величины . Пятый пропорциональный блок 4 суммирует сигналы, поступающие на его входы. На выходе пятого пропорционального блока 4 формируется зависимость второй производной скорости электропривода  от времени t. Первый интегральный блок 5 интегрирует сигнал, поступающий с выхода пятого пропорционального блока 4. На выходе первого интегрального блока 5 формируется зависимость первой производной скорости электропривода  от времени t. Второй интегральный блок 6 интегрирует сигнал, поступающий с выхода первого интегрального блока 5. На выходе второго интегрального блока 6 формируется зависимость скорости электропривода  от времени t. Третий интегральный блок 7 интегрирует сигнал, поступающий с выхода второго интегрального блока 6. На выходе третьего интегрального блока 7 формируется зависимость угла поворота электропривода  от времени t. Выходной сигнал второго задатчика 14, равный  поступает на вход блока вычисления модуля 15. Выходной сигнал блока вычисления модуля 15 поступает на вход третьего пропорционального
2
1
2
2
1
2
2
блока 13. Выходной сигнал третьего пропорционального блока 13 равен коэффициенту . Второй блок произведения 12 осуществляет умножение скорости электропривода  на коэффициент . Выходной сигнал второго блока произведения 12 является сигналом отрицательной обратной связи по скорости электропривода с коэффициентом , величина которого зависит от модуля разности между значениями конечного угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода. Выходной сигнал блока вычисления модуля 15 поступает на вход второго пропорционального блока 16. Выходной сигнал второго пропорционального блока 16, равный величине 6·, поступает на вход первого блока арифметических функций 17. Выходной сигнал первого блока арифметических функций 17, равный величине , поступает на вход первого блока функции возведения в степень 18, который свой входной сигнал возводит в степень одна вторая. Выходной сигнал первого блока функции возведения в степень 18 поступает на вход второго блока арифметических функций 19. Выходной сигнал второго блока арифметических функций 19, равный величине t, поступает на вход третьего блока арифметических функций 20. Выходной сигнал третьего блока арифметических функций 20 равен величине (3t+t). Третий блок произведения 21 осуществляет умножение длительности второго этапа t на величину (3t+t). Выходной сигнал третьего блока произведения 21 поступает на вход четвертого пропорционального блока 22. Выходной сигнал четвертого пропорционального блока 22 равен коэффициенту . Первый блок произведения 8 осуществляет умножение первой производной скорости электропривода  на коэффициент . Выходной сигнал первого блока произведения 8 является сигналом отрицательной обратной связи по первой производной скорости электропривода с коэффициентом , величина которого зависит от модуля разности между значениями конечного угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода. Выходной сигнал второго блока арифметических функций 19, равный величине t, поступает на вход второго блока функции возведения в степень 23, который свой входной сигнал возводит в степень минус первая. Выходной сигнал второго блока функции возведения в степень 23 поступает на вход шестого пропорционального блока 24. Выходной сигнал шестого пропорционального блока 24, равный величине , поступает на вход четвертого блока арифметических функций 25. Выходной сигнал четвертого блока арифметических функций 25, равный величине ,
поступает на вход седьмого пропорционального блока 26. Выход седьмого пропорционального блока 26 равен величине . Выходной сигнал второго интегрального блока 6, равный скорости электропривода , поступает на вход блока зоны нечувствительности 11. Величина зоны нечувствительности равна значению скорости электропривода в конце первого этапа перемещения . Как только электропривод разгонится до скорости  на выходе блока зоны нечувствительности 11 появиться сигнал, информирующий о наступлении второго этапа отработки заданного перемещения электропривода. Выходной сигнал блока зоны нечувствительности 11 поступает на вход блока определения знака сигнала 10. На выходе блока определения знака сигнала 10 на втором этапе отработки заданного перемещения электропривода появляется сигнал равный плюс единица при движении вперед и минус единица при движении назад. Четвертый блок произведения 9 осуществляет умножение величины  на ±1. Таким образом на втором этапе отработки заданного перемещения электропривода на первый вход пятого пропорционального блока 4 поступает сигнал , а на второй вход пятого пропорционального блока 4 поступает сигнал . В результате на выходе пятого пропорционального блока 4 на втором этапе отработки заданного перемещения электропривода появляется сигнал равный величине .
1
1
1
2
2
При подаче с первого задатчика 1 сигнала, равного конечному значению угла поворота электропривода , на первый вход первого пропорционального блока 2 и при подаче со второго задатчика 14 сигнала, равного разности значений конечного угла поворота электропривода и начального угла поворота электропривода , на вход блока вычисления модуля 15 в интервале времени 0≤t≤t выходной сигнал блока ограничения 3 равен , а сигнал  не поступает на второй вход пятого пропорционального блока 4, поэтому выходной сигнал пятого пропорционального блока 4 равен . В момент времени t=t, сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с плюса на минус, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. На интервале времени t≤t≤(t+t) выходной сигнал блока ограничения 3 равен -, а сигнал  поступает на второй вход пятого пропорционального блока 4, поэтому выходной сигнал пятого пропорционального блока 4 равен . В момент времени t=t+t, сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 меняет свой знак с минуса на плюс, поэтому происходит переключение блока ограничения
1
2
1
2
1
2
1
2
3. На интервале времени (t+t)≤t≤(2t+t) выходной сигнал блока ограничения 3 равен , а сигнал  не поступает на второй вход пятого пропорционального блока 4, поэтому выходной сигнал пятого пропорционального блока 4 равен . В момент времени (2t+t)≤t сумма входных сигналов первого пропорционального блока 2 становиться равной нулю, поэтому происходит переключение блока ограничения 3. После окончания цикла отработки заданного перемещения электропривода (2t+t)≤t выходной сигнал блока ограничения 3 равен нулю, а сигнал  не поступает на второй вход пятого пропорционального блока 4, поэтому выходной сигнал пятого пропорционального блока 4 равен нулю.
я
я
доп
с
На фиг.2÷8 представлена оптимальная по минимуму потерь электроэнергии диаграмма отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости (зависимость напряжения U от времени t (фиг.2), зависимость тока якорной цепи электродвигателя  от времени t (фиг.3), зависимость первой производной тока якорной цепи электродвигателя  от времени t (фиг.4), зависимость угла поворота ИОМ (исполнительный орган механизма)  от времени t (фиг.5), зависимость угловой скорости ИОМ  от времени t (фиг.6), зависимость первой производной угловой скорости ИОМ  от времени t (фиг.7), зависимость второй производной угловой скорости ИОМ от  времени t (фиг.8)), имеющего следующие параметры: коэффициенты электродвигателя  и ; сопротивление якорной цепи электродвигателя R=5 Ом; индуктивность якорной цепи электродвигателя L=0,1 Гн; момент инерции электропривода  допустимое значение напряжения, приложенного к якорной цепи U=250 В; допустимое значение тока якорной цепи электродвигателя ; допустимое значение угловой скорости электропривода ; момент сопротивления электропривода М=5Н·м; начальное с значение угла поворота (перемещения) ИОМ ; конечное значение угла поворота (перемещения) ИОМ .
Рассмотрен вопрос получения в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальных по минимуму потерь электроэнергии, при выполнении условия .
Предлагаемое устройство позволяет получить в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальные по минимуму потери электроэнергии, при выполнении условия .
Предлагаемое устройство обеспечивает в электроприводе с идеальным валопроводом без ограничения скорости оптимальные по минимуму потери электроэнергии при моменте сопротивления типа сухого трения и при активном неизменном моменте сопротивления.
Точность формирования оптимальной по минимуму потерь электроэнергии диаграммы отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости определяется настройкой блоков предлагаемого устройства.
Разработан, реализован и экспериментально исследован задатчик интенсивности на базе программируемого контроллера, формирующий оптимальную по минимуму потерь электроэнергии диаграмму отработки заданного перемещения электропривода с идеальным валопроводом без ограничения скорости.