Устройство для дистанционной передачи угла поворота вала

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение точности дистанционной передачи угла поворота вала и отражения нагрузочных моментов и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения масштабирования отражения нагрузочного момента. Указанная цель достигается введением в устройство дистанционной передачи угла поворота вала второго реле 21, arcsin-ro преобразователя 22, мультиплексора 19, перемножителей 13- 15, сумматоров 16-18 и блока 26 выделения модуля. Введение указанных блоков позволяет организовать обратную связь в зависимости от коэффициента масштабирования с задающей либо исполнительной синхронной машиной (СМ) 1,3. Магнитные поля статоров СМ 1 и 3 ориентированы перпендикулярно ротору той из СМ, с датчика положения которой заводится обратная связь. Масштабирование усилий осуществляется изменением корректирующим устройством , включающим интегратор 12, амплитуды статорных магнитных полей до установления ротора второй СМ в положение , при котором отношение вращающихся моментов СМ будет равно коэффициенту масштабирования. 2 ил.

+ Ь;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

coIJNAJINcT_#_

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H A BTOPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М

1 у г

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4037425/07 (22) 19.05,86 (46) 23.11.92.Бюл. ll 43 (71) Белорусский государственный университет им.В.И.Ленина (72) Il.l1.Матюхина, А.С.Михалев и И.М.Чушенков (56) Авторское свидетельство СССР

11 1713402, кл. Н 02 К 29/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР 1 1619371, кл. Н 02 К 29/06, 1986.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1647729, кп. Н 07 I(29/06, 1986, (54) УСТРО ;1СТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННО 1

ПЕРЕ,ЛАЧИ УГЛА ПОВОРОТА ВАЛА (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности дистанционной передачи угла поворота вала и отражения нагрузочных моментов и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения масштабирования отра;<ения нагрузочного момента. УказанИзобретение относится к электротех.нике и может быть использовано для дистанционной передачи угловых перемещений в следящих системах двухстороннего действия с вентильными электродвигателями и силомомент" ным очувствлением при необходимости масштабирования усилий.

Целью изобретения является повышение точности дистанционной передачи угла поворота вала и отражения нагрузочных моментов, расширение функциональных возможностей устрой(5()s Н 02 К 291/06, Н 02 Р 6/00 йая цель достигается введением в устройство дистанционной передачи угла поворота вала второго реле 21, Bzcsl1l-го преобразователя 22, )лультиллексора 19, перемножителей 1315, сумматоров 16-18 и блока 26 выделения модуля. Введение указанных блоков позволяет организовать обратную связь в зависимости от коэффициента масштабирования с задающей либо %сполнител ьной синхронной машиной (СМ) 1,3. Магнитные поля статоров СМ

1 и 3 ориентированы перпендикулярно ротору той из СМ, с датчика положения которой заводится обратная связь.

Масштабирование усилий осуществляя)ся изменением корректирующим устройством, включающим интегратор 12, амплитуды статорных магнитных полей до установления ротора второй СМ в положение, при котором отношение вращающихся моментов СМ будет равно коэффициенту масштабирования. 2 ил. ства за счет обеспечения масштабирования отражения нагрузочного момента.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства; на фиг.2 — векторные диаграммы магнитных полей синхронных машин °

Устройство для дистанционной передачи угла поворота вала содержит укрепленную на задающем валу синхронную машину 1 с первым датчиком 2 положения, исполнительную синхроннуе машину 3 с вторым датчикомь положения, коммутатор 5 с коммути1777207 руН(1Ц11и1 6 и ул ра Р (111ющи(1 в(П1 "я11111(1| i тока 7 водами, выход котово го I1()ï,— ключеH к совр 11нс 11111!и (1а p(! ïï(и ь но ОдноимеHí(!ì секциям з<1pàþàtné 1 11 исполнительной 3 синхронных машин. Выход каждого иэ датчиков 2 и 4 положения под<пючен к соответствующему входу двухвходового алгебраического сумматора

8, выход которого лор,ключен к входу первого реле 9, блок 10 умножения на постоянный коэффициент, выход которого подключен к первому входу второго двухвходового алгебраического сумматора 11, выхоq ко-орого подключен к коммутирующему входу 6 коммутатора 5, интегратор 12. Устройство дополнительно содержит три перемножителя 13 — 15, fl,âa двухвходовых

16 и 17 и один трехвходовой 18 алгебраических сумматора, мультиплексор 19, блок 20 выделения модуля, второе реле 21 и arcsin-й преобразователь 22, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя 13 выход которого подключен к первому входу трехвходового алгебраического сумматора 18, второй вход — к выходу второго перемножителя 14, первому входу третьего перемножителя 15 и входу блока 1О умножения на постоянный коэффициент.

Первый вход второго перемножителя

14 подключен к выходу первого реле 9, а второй вход — к выходу второго реле

21 и управляющему входу 23 мультиплексора 19, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого 2 и второго 4 датчиков положения, а выход — к второму входу второго двухвходового алгебраического сумматора

11. Выход этого сумматора подключен к второму входу трехвходового алгебраического сумматора 18, третий вход которого подключен к выходу второго датчика 4 положения, а выход - к первому входу третьего двухвходового алгебраического сумматора 17 и входу интегратора 12. Выход интегратора 12 связан через блок 20 выделения модуля с вторым входом перемножителя 15, выход которого подключен ко второму входу третьего двухвходового алгебраического сумматора 17, выход которого подключен к управляющему величиной тока входу 7 коммутатора 5. Вход arcsin-го преобразователя

22 подключен к первому входу четверТОГО апгс4p(1 ическо ГО сум(латopа 1 и и

ЯВПЯЕтСЯ ВХОРОМ ЗаДаНИЯ ОТНОШЕНИЯ МОментов исполнительной и задающей 1 синхронной машины, а второй вход сумматора 16 является ВхорОм задания отношения гусковых моментов тех же машин.

На фигурах и в тексте приняты следуюцие условные обозначения: углы поворота исполнии тельного и задающего валов (роторов) синхронных машин 1 и 3; ь — угол поворота магнитных попей их статоров; угол между магнитными поля( ми ротора и статора той иэ синхронО ной машин, у которой он не равен 90

И, И д — вращаюцие моменты задающей и исполнительной синхронных машин;

И H — нагрузочные моменты на задающем и исполнительном валах;

171Р @ Ри (1 сЗ ((с(и поля роторов и с-|аторов эадаюцей и исполнительной синхронных машин.

Устройство дистанционной передачи угла поворота вала работает следующим образом.

Оператор с пульта задает необходимое ему значения отношения

Ми и 1з которое преобразователь 22 преобразует в величину угла g, который дол-.. жен быть между магнитными полями роторов и статоров одной из синхронных машин 1 и 3, чтобы выполнялось соотношение (1), причем у другой синхронной машины 3,1 магнитные поля ротора и статора перпендикулярны, При этом поля роторов отклонены от полей статоров в противоположные стороны, чтобы моменты И и И „ были противоположно направлены (см. фиг.2а и в). Для моментов на валах можно записать с учетом структурной схемы

3- ((+ ин1 g, ) (2)

Нд= К>(sin(@ (406 + K„„(Jhow dL(1). формулы (2) -оответствуют фиг.2а и б, а для диаграмм в и г можно записать:

5 17 (h + К И, )) (dt ), М = K> sin0

М и Ки((+ ии I ((" ) (3) где К, К И - коэффициенты, определяемые конструкцией СИ (их отношение равно отношению пусковых моментов); отклонение В и (фиг.2а) или 9 . (фиг.2в) от равновесного положения где

aî X + (+

Из (3) и (2) можно получить:

Ми К sin% (М1 К3 (5) l МИ

М К sin g

Отсюда для выполнения (1) при заданном и можно подобрать угол о = бl.

Преобразователь 22 должен выполнять следующую функцию: и Кд Ки

g = arcsin †-- — — и (--И (б) Ки

K) КИ (К = arcsin ----, и

n _#_) Реализация такого преооразования возможна, например, на базе постоянного запоминающего устройства.

Таким образом, как видно из (5) для выполнения (1) поле ротора одной синхронной машины должно быть отклонено от поля статора на угол 50, чтс о обеспечивается в устройстве за счет прибавления или вычитания, в зависимости от знака МЗ -(Х и, величины 90 к ориентации ее роторного поля (см. фиг.2). На фиг.2а и 6 это задаюц|ая синхронная машина 1, а на фиг.2в и гисполнительная синхронная машина 3.

Выбор необходимой синхронной машины осуществляется путем сравнения и

Ки с — — на алгебраическом сумматоре

16 и реле 21. В зависимости от знака сигнала на выходе этого реле меня-. ется знак сигнала на выходе блока .. умножения 14, поскольку для обеспечения противоположной направленности

77207 6

Г и Ми необходимо меHRT ь напрааге;ние отклонения поля статора от поля ротора (см,фиг.2а и в, напраапение

М> в варианте "а" такое же, как и в, варианте "в, причем противоположно направлению М,(). ВыЬор датчика 2 или

4 осуществляется при помоци мультиплексора 19. После статора синхронной машины, датчик которой выбран для управления, оказывается всегда перпендикулярным магнитному полю ее ротора, поскольку выход сумматора 11 подключен к коммутирующему входу коммутатора 5. Как указывалось выше, для выполнения (1) угол между @ и 8 „должен Ьыть равен (90 + g ), поэтому за равновесное положение вала второй синхронной машины принима20 ется угол а ., из (4) и от него производится отсчет рассогласования как это видно из фиг.2а, где

=0, -tx„, и 2в, где (х. =

= о(. Ж Если АоС 0 то как вид25 но из (6), выполняется (1) . Рассогласование Л(вычисляется на выходс трехвходового алгеЬраического сумма— тора 18 и подается на входы интегра— тора 12 и двухвходааого сумматора 17.

Блоки 18,20,15 и 17 составляют, по сути дела, псевдолинейное корректи- ( рующее устройство, обеспечивающее астатизм а установившемся режиме (за счет интегратора 12) и отсутствие запаздывания управления, как это видно из (2) и (3). Перемножитель

15 используется для сохранения знака модуля интеграла, если знак Х q --с, неизменен. Для пояснения неоЬходимос4О ти этого условия при изменении знака

Мн, либо при изменении и рассмотрим фйг.2а и б, В начале система находилась в установившемся состоянии

Ми и Мз Мy = Мои Ми

Допустим, что в силу каких-то причин

М > уменьшился, при этом угол cc, как видно из (2), также станет меньше, что приведет к уменьшению И ((за счет уменьшения sin g . При этом интегратор 12 начнет разряжаться, а управляющий сигнал на выходе сумматора 17 уменьшится за счет прстивоположности знаков bing и модуля интеграла. Если же, наоборот, М „ увеличится, то ЬМ будет противоположного знака, модульже интеграла имеет тот же знак, т.е. интегратор 12 заряжается, а сигнал на выходе сумматора 17 увеличится и за счет совпаде-:

7 1777207 8 ния знаков g m, и инте(-рала. Случай изменения 1 Ä будет отрабатываться точно так же, ведь при этом увеличится (или уменьшится) угол 0 ( и изодром (блоки 12,20,15 и 17) точно также сведет рассогласование к нулю. Изменение п оператором приведет к изменению (, по (4), hot u процесс будет аналогичен описанному 10 выше. (При изменении знака М „угол 0С. начнет уменьшаться, а модуль h g, увеличиваться, Но в этом случае знаки модуля интеграла и Ь ., как это l5 видно из (2) и (3), противоположны, т.е. Управление на выходе сумматора

17 будет с течением времени уменьшаться (см.фиг.2б и г), поэтому поля роторов примут одинаковую ориентацию j0 и знак 5 — (х(и изменится, что приведет к формированию нового значения р . с противоположной стороны от и " и изменяет знак, и далее все процессы протекают аналогично 25 описанным выше.

Положительный эффект El устройстве состоит в том, что оператор получает возможность изменять коэффициент масштабирования отражения нагру- 0 зочного момента, что облегчает его работу при манипулировании предметами различной массы. l

Наличие рассогласования вало: а

g + Я0 при работе не будет ощущаться за счет поддержания его неизменным при постоянном и и адаптивных 40 возможностей человека-оператора, используюцего визуальную обратную связь

Кроме того, при использовании синхронных машин с P парами полюсов ротора в реальных системах с редуктором,. 45 передаточное число которого N = 100500, рассогласование на выходах редуктора будет иметь небольшую величину: ($0 +q() / (P P) .

50 формула изобретения

Устройство для дистанционной передачи угла поворота вала, содержац ее укрепленную на задающем валу синхронную машину с первым датчиком положения, исполнительную синхронную машину с вторым датчиком положения, коммутатор с коммутирующим и управляющим величиной тока входами, выход которого подключен к соединенным параллельно одноименным секциям якорной обмотки задающей и исполнительной синхронных машин, выход каждого, атчика положения подключен к соответствующему входу первого двухвходового алгебраического сумматора, выход которого подключен к входу первого реле, блок умножения на постоянный коэффициент, выход которого подключен к первому входу второго äâóõâõîдового алгебраического сумматора, выход которого подключен к коммутирующему входу коммутатора, интегратор, о т л и ч а ю ц е е с я тем, что, с целью повышения точности дистанционной передачи угла поворота и отражения нагрузочного момента, расширения функциональных возможностей за счет обеспечения масштабирования отражения нагрузочного момента, в него дополнительно введены три перемножителя, второе реле, два двухвходовых и один трехвходовой алгебраических сумматора, мультиплексор, блок выделения модуля и arcsin-й преобразователь, выход которого подключен к первому входу первого перемножителя, выход которого подключен к первому входу трехвходового алгеб;.- раического сумматора, а второй вход первого перемножителя — к выходу второго перемножителя, первому входу третьего перемножителя и входу блока умножения на постоянный коэффициент, первый вход второго перемножителя подключен к выходу первого реле, а второй вход — к выходу второго реле и управляюцему входу мультиплексора, первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, а выход мультиплексора — к второму входу второго двухвходового алгебраического сумматора, выход которого соединен с вторым входом трехвходового алгебраического сумматора, третий вход которого подключен к выходу

BTopoI датчика положения, а выход указанного сумматора соединен с первым входом третьего двухвходового алгебраического сумматора и входом интегратора, выход которого через блок выделения модуля связан с вторым входом третьего перемножителя, выходом подключенного к второму вхо9

1777207 1О ду третьего двухаходового алгебраи- ся входом задания отношения моментов ческого сумматора, выход которого исполнительной и задающей синхронсоединен с управляющим величиной то- ных машин, а второй вход четвертого ка входом коммутатора вход arcsin5

5 алгебраического сумматора является го преобразователя подключен к пер- входом задания отношения пусковых вому входу четвертого двухвходового моментов указанных синхронных машин. алгебраического сумматора и являетЭ