Линейный шаговый электропривод

 

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и направлено на расширение функциональных возможностей линейного шагового электропривода путем частичной управляемой компенсации веса подвижной части двигателя и груза. Привод содержит двигатель 1, последовательно соединенные источник задающих напряжений 2, усилитель мощности 3, коммутатор 4, подключенный к обмоткам двигателя . Привод включает также последовательно соединенные акселерометр 5, функциональный блок 6, сумматор 7,блок задания высшей производной 8,блок сравнения 9, второй усилитель мощности 3 и электромагниты компенсации 10. Блок сравнения 9 через блок дифференцирования 11 связан с датчиком давления 12 перемещаемого груза по направляющим. В начальный момент, когда акселерометр отключен, а электромагниты обесточены, перемещаемый груз всем своим весом давит на направляющие и усилие давления F макс. Изменяя необходимым образом усилие давления, можно управлять скоростью двигателя, так как противодействующее движению усилие трения определяется разностью веса и усилия электромаг нитов . , 3 ил. С е СО

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (SI> 4 Н 02 Р 7/62, 8/00

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3818875/24-07 (22) 04.12.84 (46) 15.07.86. Бюл. У 26 (72) В. С. Крапивин, Е, А. Фурманский, А. С. Востриков и А. В. Шубин (53) 621.313.515(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 855916, кл. Н 02 P 7/62, 1980.

Авторское свидетельство СССР

В 1128363, кл. Н 02 P 7/62, 1985. (54) ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЗЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к управлению электрическими машинами и направлено на расширение функциональных возможностей линейного шагового электропривода путем частичной управляемой компенсации веса подвижной части двигателя и груза. Привод содержит двигатель 1, последовательно соединенные источник задающих напряжений 2, усилитель мощности 3, коммуÄSUÄÄ A1 татор 4, подключенный к обмоткам двигателя. Привод включает также последовательно соединенные акселерометр

5, функциональный блок 6, сумматор

7, блок задания высшей производной

8, блок сравнения 9, второй усилитель мощности 3 и электромагниты компенсации IO. Блок сравнения 9 через блок дифференцирования 11 связан с датчиком давления 12 перемещаемого груза по направляющим. В начальный момент, когда акселерометр отключен, а электромагниты обесточены, перемещаемый груз всем своим весом давит на направляющие и усилие давления Р,1 2

= макс. Изменяя необходимым образом <е усилие давления, можно управлять скоростью двигателя, так как противодействующее движению усилие трения оп- С ределяется разностью веса и усилия электромагнитов..З ил.

1244780

P — F ь где Т

50 ан

Изобретение относится к управлению электрическими машинами и может быть использовано при создании линейного электропривода напольных и подвесных транспортных устройств °

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем частичной управляемой компенсации веса подвижной части двигателя и груза.

На фиг. 1 показана функциональная схема привода; на фиг, 2 — подвесное транспортное устройство, вид сбоку; на фиг. 3 — то же; вид спереди.

Электропривод содержит линейный шаговый двигатель 1, последовательно соединенные источник задающих напряжений 2, усилитель мощности 3, коммутатор 4, подключенный к обмоткам двигателя l. .Привод содержит также последовательно соединенные акселерометр 5, функциональный блок 6, сумматор 7, блок задания высшей производной 8, блок сравнения 9, второй усилитель мощности 3 и электромагниты компенсации 10. К другому входу блока сравнения 9 через блок. дифференцирования 11 подключен датчик давления

12 перемещаемого груза на направляющие. Другие выходы блока дифференцирования подсоединены к входам блока задания 8, а к другим входам функционального блока сумматора 7 подсоеди нены соответственно дополнительный ( выход коммутатора 4 и программный блок 13, Возможность продольного перемещения подвижной части 14 двигателя 1 по направляющим l5, закрепленным на неподвижной части 16, обеспечивается. использованием опор качания 17 (колес). В данном случае электромагниты 10 закреплены на подвижной части 14 двигателя 1, а ферромагнитные элементы 18 — на неподвижной 16. Устройство содержит также датчик шагов

19 двигателя, подключенный к дополнительному входу коммутатора 4.

Программный блок 13 может быть выполнен в виде источника задающего напряжения, функциональный блок — функциональный преобразователь, реализующий экспериментально найденную в пределах одного шага зависимость корректирующего усиляя Р от ускорения х. Эта зависимость приблнженчо является линейной с зоной нечувствительФЗ ности, охватывающей значения х, соответствующие режимам разгона и торможения подвижной части. Таким образом, вносимая функциональным блоком составляющая усилия электромагнитов компенсирует пульсации х на каждом шаге. Датчик давления 12 может быть . тензометрическим, магнитострикционным или пьезоэлектрическим. В качестве акселерометра применяют один из известных, применяемых в испытатель10 ной технике.

Устройство работает следующим об4 разом.

Пусть в начальный момент акселерометр 5 отключен, электромагниты 10

15 обесточены, усилие притяжения F„ между магнитными элементами 10 и 18 отсутствует, а перемещаемый груз всем своим весом P давит на направляющие

15 (0 -= F --- макс.).

20 Начальные сигналы на выходах блоков 11 и 6 равны нулю. Следовательно, сигнал U < на выходе датчика 12 име« ет максимальное значение. При подключении усилителя 3 к входам электро25 магнитов на выходе блока сравнения 9 появляется начальный сигнал рассогласования

Б (О) = ь(О), который затем усиливается усилителем

3 и поступает на обмотки электромагнитов 10 в виде напряжения управления U o

В результате по рбмоткам протекает ток-и возникает усилие притяжения F частично, в соответствии с заданной

Ф величиной Р, компенсирующее вес перемещаемого груза. В соответствии с реализуемым принципом управления по

40 вектору скорости, блок задания формирует желаемое значение F произа водной выходной величины F, например, виде линейной комбинации.

=T(F-F ) — Ыт F (1) желаемое значение постоянной времени; желаемое значение коэффициента демпфирования; измеренное значение первой производной выходной величины Fy; желаемое значение производн ой на выходе блока 8; а а7.

1244780

1О д ь дн (2)

20 да.

Алгоритм управления имеет следующий вид: где F — измеренное значение второй дн производной усилия давления Р

К вЂ” коэффициент передачи совокупности блоков 9 и 3 и электромагнитов 10 (отно.сительно выходной величины F ) °

Устройство управления содержит два контура управления усилием притяжения электромагнитов 10. Первый контур является главным, в нем реализуется алгоритм управления вида (2) и обеспечивается движение подвижной части двигателя и перемещаемого груза с заданной скоростью (ускорением). Закон изменения x(t) или х(С) следовательно, зависит от регулируемого усилия давления F

Второй контур управления усилием притяжения Р„ (давлением Р ) предназначен для компенсации пульсаций тягового усилия двигателя F,, а следовательно, и ускорения х в пределах шага подвижной части. При этом используется функциональный блок б, в котором реализуются зависимости Г (х), например, найденные экспериментально.

В быстродействующем контуре поддержания желаемого значения производной F> осуществляется локализация и парирование силовых и параметричес- ких возмущений (например, изменение веса перемещаемого груза, нестабильность характеристик электромагнитов

10) и усилие притяжения F> изменяется в соответствии с заданным законом

F>(t) на выходе программного блока

13. При этом, изменяя необходимым ббразом F на входе устройства, можно достаточно просто управлять скоростью перемещения подвижной части линейного двигателя, .так как противодействующее движению .усилие трения определяется разностью веса и усилия электромагнитов. Это приводит к расширению функциональных воэможностей, так как .становится возможной реализация различных.законов перемещения груза.

При реализации такого управления

КПД повышается на 1О-20Х. Движение становится более плавным, повышается точность воспроизведения заданного закона изменения скорости. Электромагниты компенсации 1О эффективно работают при зазорах меньших 3-5 мм.

Удельное значение величины потребляемой ими электрической мощности составляет примерно 100 Вт на каждые

100 кг веса. Обеспечивая компенсацию

80-90% веса перемещаемого груза можно существенно уменьшить расход электроэнергии„ потребляемой двигателем (в 4-5 раз) . Это приводит к уменьшению установленной мощности используемого электродвигателя, его габаритов и массы, т.е. экономии стали и меди.

Положительный эффект проявляется также в повышении быстродействия уп-, равления, обеспечении воэможности экстренного торможения путем отключения компенсирующих электромагнитов, что повышает надежность электропривоФормула изобретения

Линейный шаговый электропривод, содержащий снабженный датчиком шагов двигатель с протяженной неподвижной вторичной частью и горизонтально перемещающейся вдоль направляющих короткой первичной частью, несущей груз, и блок управления, включающий в себя годключенный к обмоткам двигателя коммутатор, источник задающего

З5 напряжения, усилитель .мощности, блок дифференцирования, блок сравнения, блок задания высшей производной и программный блок, связанный с первым входом упомянутого блока задания, 40 второй вход которого и первый вход блока сравнения подключены к выходам блока дифференцирования, причем к сигнальному входу коммутатора подключен усилитель мощности, к управ45 ляющему входу — датчик шагов, а источник задающего напряжения соединен с входом усилителя мощности, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возмож50 ностей путем частичной управляемой компенсации веса первичной части и груза, в двигатель введены электромагниты и ферромагнитные элементы, обращенные друг к другу горизонталь«

55 но расположенными активными поверхностями, акселерометр и датчик давления на направляющие, а блок управления снабжен функциональным блоком

1244780

ЙЖ!Ы гт т4 тт тр

Составитель В. Алфимов

Редактор М. Товтин Техред Н.Бонкаяо Корректор Л. Патай

Заказ 3927/58

Тираж 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 и сумматором, к одному входу которого подключен программный блок, к второму через функциональный блок подсоединен акселерометр, а к выходу— первый вход блока задания высшей производной„ третий вход которого вместе с входом блока дифференцирования подключен к датчику давления, а выход блока сравнения связан с электромагнитами.