УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА, СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ОПТИМАЛЬНОЙ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ ДИАГРАММЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА МЕХАНИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЕННОГО С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, ПРИ ОГРАНИЧЕНИИ ЧЕТВЕРТОЙ ПРОИЗВОДНОЙ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к электротехнике и может использоваться в промышленных установках для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, состоящей из пяти этапов.
Аналогом разрабатываемого устройства является устройство для формирования сигнала, соответствующего рациональной диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением первой, второй и четвертой производных скорости, состоящей из двадцати одного этапа. /Пат. на полезную модель №45879.
Аналог формирует сигнал, соответствующий рациональной диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением первой, второй и четвертой производных скорости, состоящей из двадцати одного этапа. Недостатком аналога является отсутствие требуемого количества варьируемых параметров во втором и третьем контурах, а также изменение величин коэффициентов обратных связей в зависимости от заданного перемещения. Это приводит к ухудшению динамических характеристик устройства, а в некоторых случаях, не позволяет достичь его устойчивости. Кроме того, аналог реализует диаграмму, состоящую из двадцати одного этапа, за счет чего увеличивается длительность цикла перемещения исполнительного органа механизма.
Прототипом полезной модели является устройство для формирования сигнала, соответствующего рациональной диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, состоящей из одиннадцати этапов. /Пат. на полезную модель №42717.
Прототип содержит: первый задатчик, выход которого соединен с первым входом первого суммирующего блока, выход первого суммирующего блока соединен с входом первого пропорционального блока, выход которого 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, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с входом пятого интегрального блока, выход которого соединен со вторым входом первого суммирующего блока и с первым входом второго суммирующего блока, второй вход второго суммирующего блока соединен с выходом первого задатчика, первый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом первого интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом первого суммирующего блока, второй блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго интегрального блока, а выход которого соединен с четвертым входом первого суммирующего блока, третий блок произведения, первый вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с пятым входом первого суммирующего блока, восемнадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен с шестым входом первого суммирующего блока, второй задатчик, выход которого соединен с входом блока, формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, выход блока, формирующего на выходе абсолютное значение своего входного сигнала, соединен с входом второго пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с входом блока, формирующего на выходе, значение корня пятой степени своего входного сигнала, выход блока, формирующего на выходе значение корня пятой степени своего входного сигнала, соединен с первыми входами пятого и шестого блоков произведения, с входом третьего пропорционального блока, с первым и вторым входами четвертого блока произведения, выход четвертого блока произведения соединен с входом четвертого пропорционального блока и со вторым входом пятого блока произведения, выход пятого блока произведения соединен со вторым входом шестого блока произведения и с входами пятого, шестого, седьмого, восьмого пропорциональных блоков, выход шестого блока произведения соединен с входами девятого, десятого, одиннадцатого и двенадцатого пропорциональных блоков, тринадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго задатчика, третий суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом тринадцатого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом второго суммирующего блока, четырнадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго задатчика, четвертый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом четырнадцатого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом второго суммирующего блока, пятнадцатый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом второго задатчика, пятый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом пятнадцатого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом второго суммирующего блока, седьмой блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго задатчика, а второй вход которого соединен с выходом третьего суммирующего блока, восьмой блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго задатчика, второй вход которого соединен с выходом четвертого суммирующего блока, девятый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом второго задатчика, а второй вход которого соединен с выходом пятого суммирующего блока, блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), вход которого соединен с выходом седьмого блока произведения, первый блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), вход которого соединен с выходом седьмого блока произведения, второй блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), вход которого соединен с выходом восьмого блока произведения, третий блок, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), вход которого соединен с выходом девятого блока произведения, шестой суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом первого блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), а второй вход которого соединен с выходом второго блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), седьмой суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом второго блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), а второй вход которого соединен с выходом третьего блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), десятый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом пятого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), одиннадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом шестого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом шестого суммирующего блока, двенадцатый блока произведения, первый вход которого соединен с выходом седьмого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом седьмого суммирующего блока, тринадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом восьмого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом третьего блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), четырнадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом девятого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход положительного (отрицательного) сигнала равен единице (нулю), пятнадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом десятого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом шестого суммирующего блока, шестнадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом одиннадцатого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом седьмого суммирующего блока, семнадцатый блок произведения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого пропорционального блока, а второй вход которого соединен с выходом третьего блока, выходной сигнал которого при подаче на его вход отрицательного (положительного) сигнала равен единице (нулю), восьмой суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом десятого блока произведения, а второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока произведения, девятый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого блока произведения, а второй вход которого соединен с выходом тринадцатого блока произведения, десятый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом четырнадцатого блока произведения, а второй вход которого соединен с выходом пятнадцатого блока произведения, одиннадцатый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом шестнадцатого блока произведения, а второй вход которого соединен с выходом семнадцатого блока произведения, двенадцатый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом восьмого суммирующего блока, а второй вход которого соединен с выходом девятого суммирующего блока, тринадцатый суммирующий блок, первый вход которого соединен с выходом десятого суммирующего блока, а второй вход которого соединен с выходом одиннадцатого суммирующего блока, второй вход восемнадцатого блока произведения соединен с выходом третьего пропорционального блока, второй вход третьего блока произведения соединен с выходом четвертого пропорционального блока, второй вход второго блока произведения соединен с выходом двенадцатого суммирующего блока, второй вход первого блока произведения соединен с выходом тринадцатого суммирующего блока.
Недостатком прототипа является изменение величин коэффициентов обратных связей в зависимости от заданного перемещения. Это не позволяет получить хорошие динамические характеристики устройства.
При разработке рациональных диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем накладывалось дополнительное ограничение - обеспечение перекрытия всего необходимого диапазона регулирования перемещения исполнительного органа механизма. При этом требуются дополнительные этапы диаграммы перемещения исполнительного органа механизма.
В отличие от рациональных диаграмм перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, каждая отдельно разработанная оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, позволяет достичь предельного быстродействия без использования дополнительных этапов.
Задачей является разработка устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости (состоящей из пяти этапов) с высокими динамическими характеристиками, неизменными в независимости от изменения задания на перемещение.
Техническим результатом полезной модели является повышение быстродействия и точности перемещения исполнительного органа механизма упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости.
Технический результат достигается тем, что устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, содержащее первый задатчик, выход которого соединен с первым входом первого суммирующего блока, выход первого суммирующего блока соединен с входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с входом первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, первый интегральный блок, выход которого соединен с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом третьего интегрального блока, выход третьего интегрального блока соединен с входом четвертого интегрального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с входом пятого интегрального блока, второй задатчик, второй пропорциональный блок, третий пропорциональный блок, четвертый пропорциональный блок, пятый пропорциональный блок, шестой пропорциональный блок, седьмой пропорциональный блок, восьмой пропорциональный блок, девятый пропорциональный блок, десятый пропорциональный блок, одиннадцатый пропорциональный блок, второй суммирующий блок, третий суммирующий блок, четвертый суммирующий блок, пятый суммирующий блок, шестой суммирующий блок, седьмой суммирующий блок, восьмой суммирующий блок и девятый суммирующий блок, отличается тем, что выход первого задатчика соединен с первым входом второго суммирующего блока и с первым входом третьего суммирующего блока, выход второго задатчика соединен с первым входом четвертого суммирующего блока и с первым входом пятого суммирующего блока, выход второго суммирующего блока соединен с входом второго пропорционального блока, выход третьего суммирующего блока соединен с входом третьего пропорционального блока, выход четвертого суммирующего блока соединен с входом четвертого пропорционального блока, выход пятого суммирующего блока соединен с входом пятого пропорционального блока, введен второй блок, ограничивающий значение своего входного сигнала, вход которого соединен с выходом второго пропорционального блока, введен третий блок, ограничивающий значение своего входного сигнала, вход которого соединен с выходом третьего пропорционального блока, введен четвертый блок, ограничивающий значение своего входного сигнала, вход которого соединен с выходом четвертого пропорционального блока, введен пятый блок, ограничивающий значение своего входного сигнала, вход которого соединен с выходом пятого пропорционального блока, выход первого задатчика соединен с первым входом шестого суммирующего блока, выход второго задатчика соединен со вторым входом шестого суммирующего блока, выход шестого суммирующего блока соединен с входом шестого пропорционального блока и с входом седьмого пропорционального блока, выход шестого пропорционального блока соединен со вторым входом третьего суммирующего блока и со вторым входом четвертого суммирующего блока, выход седьмого пропорционального блока соединен со вторым входом второго суммирующего блока и со вторым входом пятого суммирующего блока, выход пятого интегрального блока соединен с первым входом седьмого суммирующего блока, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика, выход седьмого суммирующего блока соединен с третьим входом второго суммирующего блока, с третьим входом третьего суммирующего блока, с третьим входом четвертого суммирующего блока и с третьим входом пятого суммирующего блока, выход первого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом восьмого суммирующего блока, выход второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен со вторым входом восьмого суммирующего блока, выход третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом восьмого суммирующего блока, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с четвертым входом восьмого суммирующего блока, выход пятого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с пятым входом восьмого суммирующего блока, выход восьмого суммирующего блока соединен с входом первого интегрального блока, выход первого интегрального блока соединен с входом восьмого пропорционального блока, выход второго интегрального блока соединен с входом девятого пропорционального блока, выход третьего интегрального блока соединен с входом десятого пропорционального блока, выход четвертого интегрального блока соединен с входом одиннадцатого пропорционального блока, выход восьмого пропорционального блока соединен с первым входом девятого суммирующего блока, выход девятого пропорционального блока соединен со вторым входом девятого суммирующего блока, выход десятого пропорционального блока соединен с третьим входом девятого суммирующего блока, выход одиннадцатого пропорционального блока соединен с четвертым входом девятого суммирующего блока, выход седьмого суммирующего блока соединен с пятым входом девятого суммирующего блока, выход девятого суммирующего блока соединен со вторым входом первого суммирующего блока.
Предложено разделить функции устройства на логические и демпфирующие: логические блоки формируют диаграмму; дополнительно введенные демпфирующие блоки обеспечивают высокое качество переходных процессов в устройстве. Это позволит реализовать предлагаемому устройству совместно с системой автоматического регулирования угла поворота исполнительного органа механизма высокую точность и быстродействие отработки заданной диаграммы перемещения.
Технический результат достигается за счет выполнения устройства одноконтурным и дополнительного введения четырех варьируемых параметров: постоянной времени отрицательной обратной связи по первой производной угла поворота исполнительного органа механизма; постоянной времени во второй степени отрицательной обратной связи по второй производной угла поворота исполнительного органа механизма; постоянной времени в третьей степени отрицательной обратной связи по третьей производной угла поворота исполнительного органа механизма; постоянной времени в четвертой степени отрицательной обратной связи по четвертой производной угла поворота исполнительного органа механизма.
Передаточная функция по каналу управления заявляемого устройства имеет вид
,
где .
Передаточная функция заявляемого устройства по каналу управления является эталонной, т.е. по каналу управления система имеет наилучшие динамические характеристики. При изменении угла поворота исполнительного органа механизма постоянные времени передаточной функции не изменяются, т.е. остаются неизменными динамические характеристики заявляемого устройства.
1
2
3
1
1
max
нач
кон
Оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, сформирована следующим образом. На первом, третьем и пятом этапах четвертая производная угловой скорости исполнительного органа механизма равна максимально допустимому значению ; на втором и четвертом этапах четвертая производная угловой скорости исполнительного органа механизма равна максимально допустимому значению со знаком минус . Длительность первого и пятого этапов равна t; длительность второго и четвертого этапов равна t; длительность третьего этапа равна t. В момент времени t третья производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения ; в момент времени  третья производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения ; в момент времени  третья производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения со знаком минус ; в момент времени  третья производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения со знаком минус . В моменты времени 2t, и  вторая производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения ; в момент времени и  вторая производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает минимального значения . В момент времени  первая производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения ; в момент времени  первая производная угловой скорости исполнительного органа механизма достигает максимального значения со знаком минус . В момент времени  угловая скорость исполнительного органа механизма достигает максимального значения ω. Угол поворота (перемещение) увеличивается от начального значения φ до конечного значения φ.
Для данной диаграммы справедливы соотношения:
;
;
;
;
;
;
;
;
;
.
где T - длительность цикла.
Оптимальная по быстродействию диаграмма перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости справедлива при выполнении условия
.
где .
Если условие не выполняется, то необходимо перейти к оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничениях четвертой и по минимальному значению второй производных скорости.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости.
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, содержит первый задатчик 1, выход которого соединен с первым входом первого суммирующего блока 2, выход первого суммирующего блока 2 соединен с входом первого пропорционального блока 3, выход первого пропорционального блока 3 соединен с входом первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом восьмого суммирующего блока 5, выход восьмого суммирующего блока 5 соединен с входом первого интегрального блока 6, выход первого интегрального блока 6 соединен с входом второго интегрального блока 7, выход второго интегрального блока 7 соединен с входом третьего интегрального блока 8, выход третьего интегрального блока 8 соединен с входом четвертого интегрального блока 9, выход четвертого интегрального блока 9 соединен с входом пятого интегрального блока 10, выход пятого интегрального блока 10 соединен с первым входом седьмого суммирующего блока 11, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика 24, выход первого задатчика 1 соединен с первым входом второго суммирующего блока 12 и с первым входом третьего суммирующего блока 15, выход второго задатчика 24 соединен с первым входом четвертого суммирующего блока 20 и с первым входом пятого суммирующего блока 25, выход второго суммирующего блока 12 соединен с входом второго пропорционального блока 13, выход третьего суммирующего блока 15 соединен с входом третьего пропорционального блока 16, выход четвертого суммирующего блока 20 соединен с входом четвертого пропорционального блока 21, выход пятого суммирующего блока 25 соединен с входом пятого пропорционального блока 26, выход второго пропорционального блока 13 соединен с входом второго блока 14, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего пропорционального блока 16 соединен с входом третьего блока 17, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого пропорционального блока 21 соединен с входом четвертого блока 22, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход пятого пропорционального блока 26 соединен с входом пятого блока 27, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход первого задатчика 1 соединен с первым входом шестого суммирующего блока 18, выход второго задатчика 24 соединен со вторым входом шестого суммирующего блока 18, выход шестого суммирующего блока 18 соединен с входом шестого пропорционального блока 19 и с входом седьмого пропорционального блока 23, выход шестого пропорционального блока 19 соединен со вторым входом третьего суммирующего блока 15 и со вторым входом четвертого суммирующего блока 20, выход седьмого пропорционального блока 23 соединен со вторым входом второго суммирующего блока 12 и со вторым входом пятого суммирующего блока 25, выход седьмого суммирующего блока 11 соединен с третьим входом второго суммирующего блока 12, с третьим входом третьего суммирующего блока 15, с третьим входом четвертого суммирующего блока 20 и с третьим входом пятого суммирующего блока 25, выход второго блока 14, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен со вторым входом восьмого суммирующего блока 5, выход третьего блока 17, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с третьим входом восьмого суммирующего блока 5, выход четвертого блока 22, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с четвертым входом восьмого суммирующего блока 5, выход пятого блока 27, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с пятым входом восьмого суммирующего блока 5, выход первого интегрального блока 6 соединен с входом восьмого пропорционального блока 29, выход второго интегрального блока 7 соединен с входом девятого пропорционального блока 30, выход третьего интегрального блока 8 соединен с входом десятого пропорционального блока 31, выход четвертого интегрального блока 9 соединен с входом одиннадцатого пропорционального блока 32, выход восьмого пропорционального блока 29 соединен с первым входом девятого суммирующего блока 28, выход девятого пропорционального блока 30 соединен со вторым входом девятого суммирующего блока 28, выход десятого пропорционального блока 31 соединен с третьим входом девятого суммирующего блока 28, выход одиннадцатого пропорционального блока 32 соединен с четвертым входом девятого суммирующего блока 28, выход седьмого суммирующего блока 11 соединен с пятым входом девятого суммирующего блока 28, выход девятого суммирующего блока 28 соединен со вторым входом первого суммирующего блока 2.
кон
нач
кон
кон
нач
кон
кон
нач
нач
2
2
3
4
Устройство для формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, работает следующим образом. Первый задатчик 1 формирует сигнал, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа механизма φ. Второй задатчик 24 формирует сигнал, равный начальному значению угла поворота исполнительного органа механизма φ. На входы первого суммирующего блока 2 поступают сигнал с первого задатчика 1, равный конечному значению угла поворота исполнительного органа механизма φ, и сигналы отрицательных обратных связей: по углу поворота исполнительного органа механизма с коэффициентом равным единице; по частоте вращения исполнительного органа механизма с постоянной времени равной 4τ (реализует одиннадцатый пропорциональный блок 32); по первой производной частоты вращения исполнительного органа механизма с постоянной времени во второй степени равной 8τ (реализует десятый пропорциональный блок 31); по второй производной частоты вращения исполнительного органа механизма с постоянной времени в третьей степени равной 8τ (реализует девятый пропорциональный блок 30); по третьей производной частоты вращения исполнительного органа механизма с постоянной времени в четвертой степени равной 4τ (реализует восьмой пропорциональный блок 29). Алгебраическая сумма сигналов поступает на вход первого пропорционального блока 3. Первый пропорциональный блок 3 усиливает результирующий сигнал. Первый блок 4, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с первого пропорционального блока 3, до величины . На входы шестого суммирующего блока 18 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный величине φ; со знаком минус со второго задатчика 24, равный величине φ. Шестой пропорциональный блок 19 усиливает сигнал, поступающий с шестого суммирующего блока 18, до величины . Седьмой пропорциональный блок 23 усиливает сигнал, поступающий с шестого суммирующего блока 18, до величины . На входы второго суммирующего блока 12 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный величине φ; со знаком минус с седьмого пропорционального блока 23, равный величине ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа механизма с коэффициентом равным единице. Алгебраическая сумма сигналов поступает на вход второго пропорционального блока 13. Второй пропорциональный блок 13 усиливает результирующий сигнал. Второй блок 14, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий со второго пропорционального блока 13, до величины . На входы третьего суммирующего блока 15 поступают сигналы: со знаком плюс с первого задатчика 1, равный величине φ; знаком минус с шестого пропорционального блока 19, равный величине ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа механизма с коэффициентом равным единице. Алгебраическая сумма сигналов поступает на вход третьего пропорционального блока 16. Третий пропорциональный блок 16 усиливает результирующий сигнал. Третий блок 17, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с третьего пропорционального блока 15, до величины . На входы четвертого суммирующего блока 20 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 24, равный величине φ; со знаком плюс с шестого пропорционального блока 19, равный величине ; отрицательной обратной связи по углу поворота исполнительного органа механизма с коэффициентом равным единице. Алгебраическая сумма сигналов поступает на вход четвертого пропорционального блока 21. Четвертый пропорциональный блок 21 усиливает результирующий сигнал. Четвертый блок 22, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с четвертого пропорционального блока 21, до величины . На входы пятого суммирующего блока 25 поступают сигналы: со знаком плюс со второго задатчика 24, равный величине φ; со знаком плюс с седьмого пропорционального блока 23, равный величине ; отрицательной обратной связи углу поворота исполнительного органа механизма с коэффициентом равным единице. Алгебраическая сумма сигналов поступает на вход пятого пропорционального блока 26. Пятый пропорциональный блок 26 усиливает результирующий сигнал. Пятый блок 27, ограничивающий значение своего входного сигнала, ограничивает сигнал, поступающий с пятого пропорционального блока 26, до величины . На входы восьмого суммирующего блока 5 поступают сигналы: со знаком плюс с первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала; со знаком минус со второго блока 14, ограничивающего значение своего входного сигнала; со знаком плюс с третьего блока 17, ограничивающего значение своего входного сигнала; со знаком минус с четвертого блока 22, ограничивающего значение своего входного сигнала; со знаком плюс с пятого блока 27, ограничивающего значение своего входного сигнала. Восьмой суммирующий блок 5 формирует на выходе зависимость четвертой производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени . Первый интегральный блок 6 интегрирует зависимость четвертой производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени и формирует зависимость третьей производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени . Второй интегральный блок 7 интегрирует зависимость третьей производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени и формирует зависимость второй производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени . Третий интегральный блок 8 интегрирует зависимость второй производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени и формирует зависимость первой производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени . Четвертый интегральный блок 9 интегрирует зависимость первой производной частоты вращения исполнительного органа механизма от времени и формирует зависимость частоты вращения исполнительного органа механизма от времени . Пятый интегральный блок 10 интегрирует зависимость частоты вращения исполнительного органа механизма от времени. На входы седьмого суммирующего блока 11 поступают сигналы: со знаком плюс с выхода пятого интегрального блока 10 и со знаком плюс со второго задатчик 24. Седьмой суммирующий блок 11 формирует на выходе зависимость угла поворота исполнительного органа механизма от времени φ(t).
кон
нач
1
2
кон
2
24
2
23
2
22
2
21
1
2
21
1
1
2
1
2
2
22
1
2
1
2
3
1
2
3
2
23
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2
24
1
2
3
1
2
3
1
2
3
2
кон
1
2
3
1
2
3
При увеличении угла поворота исполнительного органа механизма выполняется условие φ>φ. При этом в интервале времени 0<t<t угол поворота исполнительного органа механизма меньше конечного значения угла поворота φ<φ, поэтому выходной сигнал первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; угол поворота исполнительного органа механизма меньше значения угла поворота в конце четвертого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал второго блока 14, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; угол поворота исполнительного органа механизма меньше значения угла поворота в конце третьего этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал третьего блока 17, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; угол поворота исполнительного органа механизма меньше значения угла поворота в конце второго этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал четвертого блока 22, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; угол поворота исполнительного органа механизма меньше значения угла поворота в конце первого этапа φ<φ, поэтому выходной сигнал пятого блока 27, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен . В момент времени t=t φ=φ, поэтому сумма входных сигналов пятого суммирующего блока 25 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в пятом блоке 27, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени t<t<(t+t) выходной сигнал пятого блока 27, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен . В момент времени t=(t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов четвертого суммирующего блока 20 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в четвертом блоке 22, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени (t+t)<t<(t+t+t) выходной сигнал четвертого блока 22, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен . В момент времени t=(t+t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов третьего суммирующего блока 15 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение в третьем блоке 17, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени (t+t+t)<t<(t+2t+t) выходной сигнал третьего блока 17, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен . В момент времени t=(t+2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов второго суммирующего блока 12 меняет свой знак с плюса на минус и происходит переключение во втором блоке 14, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени (t+2t+t)<t<(2t+2t+t) выходной сигнал второго блока 14, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен ; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен . В момент времени t=(2t+2t+t) φ=φ, поэтому сумма входных сигналов первого суммирующего блока 2 становится равной нулю и происходит переключение в первом блоке 4, ограничивающем значение своего входного сигнала. В интервале времени (2t+2t+t)<t выходной сигнал первого блока 4, ограничивающего значение своего входного сигнала, равен нулю; выходной сигнал восьмого суммирующего блока 5 равен нулю. Наличие отрицательных обратных связей по угловой скорости исполнительного органа механизма и ее первой, второй и третьей производным позволяет обеспечить переходный процесс в интервале времени (2t+2t+t)<t с высокими динамическими характеристиками.
кон
нач
кон
нач
В описании рассмотрен вариант, при котором увеличивается угол поворота исполнительного органа механизма (φ>φ). Заявляемое устройство обеспечивает формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости, и при уменьшении угла поворота исполнительного органа механизма (φ<φ).
Предлагаемое устройство качественно обеспечивает формирование сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости.
Точность формирования сигнала, соответствующего оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных, суммирующих и интегральных, а также блоков, ограничивающих значение своего входного сигнала.
Разработано, реализовано и экспериментально исследовано устройство на базе программируемого контроллера, формирующее сигнал, соответствующий оптимальной по быстродействию диаграмме перемещения исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, при ограничении четвертой производной скорости.