Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвёртой производных

УСТРОЙСТВО для ФОРМИРОВАНИЯ ДИАГРАММ ИЗМЕНЕНИЯ СКОРОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА
МЕХ НИЗМА, УПРУГО СОЕДИНЁННОГО
С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ, С ОГРАНИЧЕНИЕМ ЕЁ ПЕРВОЙ,
ВТОРОЙ, ТРЕТЬЕЙ И ЧЕТВЕРТОЙ ПРОИЗВОДНЫХ
Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для формирования рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных.
Наиболее близким к заявляемому устройству для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных является задатчик интенсивности второго порядка /1/, который принимается за прототип.
Прототип содержит: задатчик, выход которого соединен с первым входом первого пропорционального блока, выход первого пропорционального блока соединен с входом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, первый интегральный блок, выход которого соединен с входом второго пропорционального блока и с входом второго интегрального блока, выход второго интегрального блока соединен со вторым входом первого пропорционального блока, выход второго пропорционального блока соединен с третьим входом первого пропорционального блока.
Существующий прототип не позволяет реализовать диаграммы изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных.
Задача, рещаемая изобретением, заключается в формировании рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных.
Ю.П.Добробаба
В.А.Мурлина
Г.А.Кошкин
С.В.Добробаба
О.П.Соловей
С.В. Нестеров
МПК 7 Н 02 Р 7/80
2
Техническим результатом от использования изобретения является устройство, формирующее рациональные диаграммы изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных, позволяющее совместно с системой автоматического регулирования скорости исполнительного органа механизма достичь необходимой интенсивности изменения скорости, и как следствие, увеличение производительности промышленных установок, которым по технологическим требованиям необходимо ограничение первой, второй, третьей и четвертой производных скорости исполнительного органа механизма.
Указанный технический результат достигается тем, что в известное устройство введены третий пропорциональный блок, первый вход которого соединён с выходом блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, а выход которого соединен с входом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, четвертый пропорциональный блок, первый вход которого соединен с выходом второго блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, а выход которого соединен с входом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, пятый пропорциональный блок, первый вход которого соединен с выходом третьего блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, а выход которого соединен с входом четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом третьего интегрального блока, четвертый интегральный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход соединен с входом первого интегрального блока, щестой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом четвертого пропорционального блока, седьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с четвертым входом третьего пропорционального блока, восьмой пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока, а выход которого соединен с пятым входом первого пропорционального блока, девятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен с третьим входом третьего пропорционального блока, десятый пропорциональный блок, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока, а выход которого соединен с четвертым входом первого пропорционального блока, второй вход пятого пропорционального блока соединен с выходом третьего интегрального блока, второй вход четвертого пропорционального блока соединен с выходом четвертого интегрального блока, второй вход
fiW«V y
третьего пропорционального блока соединен с выходом первого интефального блока.
Изменен ,1я скорости исполнительного органа механизма осуществляют по рациональном} закону при ограничении первой, второй, третьей и четвертой производных скорости, обусловленному технологическими требованиями промышленных установок.
Рациональной закон изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных состоит из пятнадцати этапов. Диаграмма изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных представлена на фиг. 1, где приведены: зависимость скорости исполнительного органа механизма от времени С)((}, зависимость первой производной скорости исполнительного органа меха(I 1 X «.
низма от времени со ((}, зависимость второй производной скорости исполнительного органа механизма от времени (0 зависимость третьей производной скорости исполнительного органа механизма от времени (0, зависимость четвертой производной скорости исполнительного органа механизма от времени (0- При увеличении (уменьшении) скорости исполнительного органа механизма её четвертая производная на этапах первом, седьмом, одиннадцатом и тринадцатом равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению &,,,| (,); на этапах втором, четвертом, шестом, восьмом, десятом, двенадцатом и четырнадцатом равна нулю; на этапах третьем, пятом, девятом и пятнадцатом равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению -й),,, (i™)- Третья производная скорости исполнительного органа механизма на этапах втором и четырнадцатом равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению  (-(0,,1), на этапах четвертом, восьмом и двенадцатом равна нулю; на этапах шестом и десятом равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению , (уГ,,)- Вторая производная скорости исполнительного органа механизма на четвертом этапе равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению  (); на восьмом этапе равна нулю; на двенадцатом этапе равна отрицательному (положительному) максимально допустимому значению -бу, (, ) Первая производная скорости исполнительного органа механизма на восьмом этапе равна положительному (отрицательному) максимально допустимому значению ,,
u; imav  Длительность второго, шестого, десятого и четырнадца«,J, того этапов равна   Длительность четвёртого и , ,„„;
надцатого этапов равна /,  - - -TIT- Длительность восьмого этапа равна / -тгг- - -ттг- При заданной интенсив ili, ,; «..
ности изменения скорости исполнительного органа механизма, величина которой зависит от fc,,,, л;,,-,,  и w,,j,, для получения заданного изменения скорости исполнительного органа механизма и,,,,, необходимо изменять длительность восьмого этапа /. При увеличении скорости исполнительного органа механизма заданное значение изменения скорости ш,,,,, может принимать значения от минимального ,„|„ до максимального й;,,,,, при этом длительность восьмого этапа / принимает значения от нуля до максимального значения /,„,,.
Таким образом, заявляемое устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных обеспечивает необходимую интенсивность изменения скорости исполнительного органа механизма, что позволяет достичь максимальной производительности промышленных установок.
На фиг. 2 представлена структурная схема устройства для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных.
Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных, содержит задатчик 1. выходной сигнал которого пропорционален конечному значению скорости исполнительного органа механизма, 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 третьего пропорционального блока 7, выход которого соединен с входом второго блока 8, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход второго блока 8, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с первым входом четвертого пропор г з/ у у
,:.. с. u),J.
ционального блока 9, выход которого соединен с входом третьего блока 10, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход третьего блока 10, ограничивающего значение своего входного сигнала соединен с первым входом пятого пропорционального блока 11, выход которого соединен с входом четвертого блока 12, ограничивающего значение своего входного сигнала, выход четвертого блока 12, ограничивающего значение своего входного сигнала, соединен с входом третьего интегрального блока 13, выход третьего интегрального блока 13 соединен с входом четвертого интегрального блока 14, со вторым входом пятого пропорционального блока 11 и со входами шестого, седьмого и восьмого пропорциональных блоков 15, 16 и 17 соответственно, выход четвертого интегрального блока 14 соединен со вторым входом четвертого пропорционального блока 9, с входом первого интегрального блока 4 и со входами девятого и десятого пропорциональных блоков 18 и 19 соответственно, выход первого интегрального блока 4 соединен со вторым входом третьего пропорционального блока 7, с входом второго пропорционального блока бис входом второго интегрального блока 5, выходной сигнал которого соответствует зависимости скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных от времени, выход второго интегрального блока 5 соединен со вторым входом первого пропорционального блока 2, второй пропорциональный блок 6, вход которого соединен с выходом первого интегрального блока 4, а выход которого соединен с третьим входом первого пропорционального блока 2, шестой пропорциональный блок 15, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 13, а выход которого соединен с третьим входом четвертого пропорционального блока 9, седьмой пропорциональный блок 16, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 13, а выход которого соединен с четвертым входом третьего пропорционального блока 7, восьмой пропорциональный блок 17, вход которого соединен с выходом третьего интегрального блока 13, а выход которого соединен с пятым входом первого пропорционального блока 2, девятый пропорциональный блок 18, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока 14, а выход которого соединен с третьим входом третьего пропорционального блока 7, десятый пропорциональный блок 19, вход которого соединен с выходом четвертого интегрального блока 14, а выход которого соединен с четвертым входом первого пропорционального блока 2.
Устройство для формирования диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных работает следующим образом. На входы первого пропорционального блока 2 подаются сигнал с задатчика 1, пропорцио/
нальный конечному значению скорости исполнительного органа механизма и сигналы отрицательных обратных связей: по напряжению, пропорциональному скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному первой производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному второй производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному третьей производной скорости исполнительного органа механизма. Первый пропорциональный блок 2 усиливает суммарное напряжение, первый блок ограничения 3 ограничивает сигнал, поступающий с первого пропорционального блока 2. На входы третьего пропорционального блока 7 подаются сигнал с первого блока ограничения 3 и сигналы отрицательных обратных связей: по напряжению, пропорциональному первой производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному второй производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному третьей производной скорости исполнительного органа механизма. Третий пропорциональный блок 7 усиливает суммарное напряжение, второй блок ограничения 8 ограничивает сигнал, поступающий с третьего пропорционального блока 7. На входы четвертого пропорционального блока 9 подаются сигнал со второго блока ограничения 8 и сигналы отрицательных обратных связей: по напряжению, пропорциональному второй производной скорости исполнительного органа механизма; по напряжению, пропорциональному третьей производной скорости исполнительного органа механизма. Четвертый пропорциональный блок 9 усиливает суммарное напряжение, третий блок ограничения 10 ограничивает сигнал, поступающий с четвертого пропорционального блока 9. На входы пятого пропорционального блока 11 подаются сигнал с
третьего блока ограничения 10 и сигнал отрицательной обратной связи по напряжению, пропорциональному третьей производной скорости исполнительного органа механизма. Пятый пропорциональный блок 11 усиливает суммарное напряжение, четвертый блок| ограничения 12 ограничивает сигнал, поступающий с пятого пропорционального блока 11. Выходной сигнал пятого блока ограничения 12, пропорциональный четвертой производной скорости исполнительного органа механизма, интегрируется третьим интегральным блоком 13. Выходной сигнал третьего интегрального блока 13, пропорциональный третьей производной скорости исполнительного органа механизма, интегрируется четвертым интегральным блоком 14. Выходной сигнал четвертого интегрального блока 14, пропорциональный второй производной скорости исполнительного органа механизма, интегрируется первым интегральным блоком 4. Выходной сигнал первого интегрального блока 4, пропорциональный первой производной скорости исполнительного органа механизма, интегриш ш
руется вторым интегральным блоком 5. Выходной сигнал второго интегрального блока 5, пропорциональный скорости исполнительного органа механизма, поступает на второй вход первого пропорционального блока 2. Сигнал с третьего интегрального блока 13, пропорциональный третьей производной скорости исполнительного органа механизма, поступает на второй вход пятого пропорционального блока, на вход шестого пропорционального блока 15, на вход седьмого пропорционального блока 16 и на вход восьмого пропорционального блока 17. Выходной сигнал шестого пропорционального блока 15, поступает на третий вход четвертого пропорционального блока 9. Выходной сигнал седьмого пропорционального блока 16, поступает на четвертый вход третьего пропорционального блока 7. Выходной сигнал восьмого пропорционального блока 17, поступает на пятый вход первого пропорционального блока 2. Сигнал с четвертого интегрального блока 14, пропорциональный второй производной скорости исполнительного органа механизма, поступает на второй вход четвертого пропорционального блока 9, на вход девятого пропорционального блока 18 и на вход десятого пропорционального блока 19. Выходной сигнал девятого пропорционального блока 18 поступает на третий вход третьего пропорционального блока 7. Выходной сигнал десятого пропорционального блока 19 поступает на четвёртый вход первого пропорционального блока 2. Сигнал с первого интегрального блока 4, пропорциональный первой производной скорости исполнительного органа механизма, поступает на второй вход третьего пропорционального блока 7 и на вход второго пропорционального блока 6. Выходной сигнал второго пропорционального блока 6 поступает на третий вход первого пропорционального блока 2.
При подаче положительного сигнала с задатчика 1 на первый вход первого пропорционатьного блока 2: в интервале времени 0 imax суммарные напряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 положительные; в интервале времени /|,„ах /(Л, суммарные напряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7 и четвертого пропорционального блока 9 положительные, а суммарное напряжение на входах пятого пропорционального блока 11 равно нулю; в интервале времени Cimax+:тач)(2 imax+2тах) суммарные напряжения на входах первого пропорционального блока 2 и на входах третьего пропорционального блока 7 положительное, а суммарные напряжения на входах четвертого пропорционального блока 9 и на входах пятого пропорционального блока 11 отрицательные; в интервале времени (2,п,ах +2шах)  (2/,„ах  +з,пах) суммарнью напряжения на входах
/
17
первого пропорционального блока 2 и на входах третьего пропорционального блока 7 положительное, а на входах четвертого пропорционального блока 9 и на входах пятого пропорционального блока 11 равны нулю; в интервале времени (2,„ах + 2шах + Г.шах)   (3,„.х + 2,лах + Гя.ах) суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное, а на входах третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 суммарные напряжения отрицательные; в интервале времени (3/,п,ах + 2тах + зтах)   П/,„„,  2/,,,,,, + /,,„,) суммарнос нворяжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное, на входах третьего пропорционального блока 7 и четвертого пропорционального блока 9 суммарные напряжения отрицательные, а на входах пятого пропорционального блока 11 суммарное напряжение равнонулю;винтервалевремени
(3/|,„ах +2.,. +,„ах)  (4,„ах + 2г2,„,, +/.,„,ах) суммарнью напряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 положительные; в интервале времени (4/„„ах +2/2,,, +,(4/,,nax + 2/2п,ах +/з„,ах +4) суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 положительное, а на входах третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 суммарные напряжения равны нулю; в интервале времени
(4/|,.ах  +зшах +/4 )    (5„пах +2,„ах +з,пах +4) СуММарНЫе НаПрЯжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 отрицательные; в интервале времени (5/, +2л +/, + /J г  (5/„„,, +3/,„„, +/, +/J суммарные
напряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7 и четвертого пропорционального блока 9 отрицательные, а суммарное напряжение на входах пятого пропорционального блока 11 равно нулю; в интервале времени (5/„„ах + 3/2,шх + :.па. + /4)  /  (6/|„,а. + 3/„„,, + /„„,, +1,) суммарныс напряжения на входах первого пропорционального блока 2 и на входах третьего пропорционального блока 7 отрицательные, а суммарные напряжения на входах четвертого пропорционального блока 9 и на входах пятого пропорционального блока 1 Г положительное; в интервале времени (6/„„„, + 3/,,„„, + /„„„ + /4)  /  (6/,,,,,, + 3/,„„, + 2/„„„ + /,) суммарные напряжения на входах первого пропорционального блока 2 и на входах третьего пропорционального блока 7 отрицательные, а на входах четвертого пропорционального б.ока 9 и пятого пропорционального блока 11 равны нулю; в интервале времени
( +3/2,лах  +)(7.a. +3/2„„, + 2Гз„зх +) СуММарНЫС НЕпряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 положительные; в интервале времени (7/,,,, +3/,„,, +2/з,„„ + f J / (7г„пах +4.„ax  +) суммарные напряжения на входах первого пропорционального блока 2 третьего пропорционального блока 7 и четвертого пропорционального блока 9 положительные, а на входах пятого пропорционального блока 11 суммарное напряжение равно нулю; в интервале времени (. +4/2тах ,, +/J / (8/ ,,, -4г -2/,„„, +1,) суммЕрные напряжения на входах первого пропорционального блока 2, третьего пропорционального блока 7, четвертого пропорционального блока 9 и пятого пропорционального блока 11 отрицательные. В моменты времени(4г„„,, + 2/,,,,,, + „„,, + /,),(6/,,,,, + Зг,,„,, + 2/„„,, + /,),
(7.ах+4/2„,,+2/з„,зх+) и (8/,„,,+4/,+2г,,„,,+/,) суммарное напряжение на входах первого пропорционального блока 2 равны нулю. В моменты времени (2/„„,, + л„„, + /,), (3/„„„ + 2/, + /„„,,) и
( +2/2max ) суммарное напряжение на входах третьего пропорционального блока 7 равно нулю. В моменты времени
(imax + 2,пах ) ,(2,„„, + Л„„, ) ,(5/|,„,, + ,, + „„,, + I,)И
( +3/2,„ах +лтах +4) суммарное напряжсние на входах четвертого пропорционального блока 9 равно нулю. В моменты времени /,,„.,,,
(3/1шах+ тах+/3тах). (5ылх + 2/:.,.а. +/Зшах +/4 ) И (7/„„„, + 3,„„, + 2/„„„ +/, )
суммарное напряжение на входах пятого пропорционального блока 11 равно нулю. При изменении входного напряжения в интервале « mm  «v - ,« шах длительность ВОСЬМОГО этапа изменяется соответственно О  л  /, „ .
Минимальное и максимальное значения входного напряжения определяется соответственно по формулам:
гг: иImax2 max I max Мшах  .iinax1 max2max  iTiax .
iix.mmo.yj-l„,„„,
43 : 1
«.V max2 max
В зависимости от величины максимальных напряжений на выходе интегральных блоков, от значения ограничивающего напряжения на входе четвертого блока ограничения и от величин максимальных длительностей этапов технологического процесса определяются соответственно постоянные времени:
Г, .(2/,+/,ч-/.,;
J, .yt
3  r ,: max
Т - Зтах /.,fч
4  j.Vlmax 2max
где /7„,р4 - ограничивающее значение напряжения на выходе блока
четвертого ограничения; imax  максимальное значение напряжения на выходе первого
интегрального блока; imax  максимальное значение напряжения на выходе второго
интегрального блока; зтах  максимальное значение напряжения на выходе третьего
интегрального блока; 4 max  максимальное значение напряжения на выходе четвертого
интегрального блока.
Ограничивающие значения напряжений на выходах первого, второго и третьего блоков ограничения определяются соответственно по формулам:
т г - т г
- агр  I max     4тах  f;г/)3  3max
С увеличением коэффициента первого пропорционального блока /Г,, коэффициента третьего пропорционального блока К,, коэффициента четвертого пропорционального блока К и коэффициента пятого пропорционального блока К повышается точность
формирования рациональных диаграмм изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем.
Коэффициенты остальных пропорциональных блоков определяются соответственно по формулам:
/  imax  -:max  зтах . 2
1та
2Т,
тах (  ) . 127,7,
тах (max  - max  2 max 42max  i max  мнач -jmaxзшах ) .
Т
2
2/, +..
11Г1. IIUI4 .
SMvBiwv
10
Таким образом, точность формируемой диаграммы изменения скорости исполнительного органа механизма, упруго соединенного с электродвигателем, с ограничением её первой, второй, третьей и четвертой производных определяется настройкой линейных блоков: пропорциональных и интегральных; а так же нелинейных блоков, ограничивающих значения своих входных сигналов.
Используемая литература:
1. М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. Теория Автоматизированного электропривода. - М.:Энергия. 1979, 615с.