Двухканальная гидравлическая система

 

Сущность изобретения: в каждом канале последовательно включены сравнивающее устройство с входами задания и обратный клапан, управляющий преобразо ватель и приводной электродвигатель, соединенный с насосом. Насос гидравлически связан с гидродвигателем, выход которого соединен с одним из входов механического дифференциала и с датчиком угловой скорости , подлюченным через масштабный преобразователь к входу обратной связи сравнивающего устройства другого канала. Каждое устройство выполнено в виде Сумматора напряжений с усилителем на выходе , каждый преобразователь - в виде регулируемого формирователя нормированного напряжения, 3 ил,

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 F 15 В 9/17: F 16 Н 39/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Cd

О (АЭ

1 )р

1 ъ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 49,1 0315/29 (22) 11.02,91 (46) 07,05.93. Бюл.¹ 17 (71) Киевский институт автоматики им.XXV съезда КПСС (72) Ю.А.Тронь и Т,В.Кириллова (56) Авторское свидетельство СССР № 1665128, кл. F 16 Н 39/00. 1989. (54) ДВУХКАНАЛЬНАЯ ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ

СИСТЕМА (57) Сущность изобретения; в каждом канале последовательно включены сравнивающее устройство с входами задания и

Изобретение относится к гидроприводу и может быть использовано в гидравлических системах, к которым предъявляются требования повышенной надежности, высоких показателей регулирования и стабильности выходных параметров.

Цель изобретения — улучшение переходных характеристик процесса перемены структуры эа счет обеспечения плавности отключения одного из каналов в установившихся режимах, На фиг.1 представлена схема двухканальной гидравлической системы; на фиг,2 — переходные процессы при управляющем воздействии; на фиг.3 — переходные процессы при координатном возмущении, Двухканальная гидравлическая система содержит первый и второй 1 и 2 электроприводы, соединенные с первым и вторым 3 и 4 насосами, гидравлически связанными с первым и вторым 5 и 6 гидродвигателями, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым 7 и 8 датчиками угловой скорости и первым и вторым входами меха.БЫ 1813934 А1 обратный клапан, управляющий преобразователь и приводной электродвигатель, соединенный с насосом. Насос гидравлически связан с гидродвигателем, выход которого соединен с одним из входов механического дифференциала и сдатчиком угловой скорости, подлюченным через масштабный преобразователь к входу обратной связи сравнивающего устройства другого канала.

Каждое устройство выполнено в виде сумматора напряжений с усилителем на выходе, каждый преобразователь — в виде регулируемого формирователя нормированного напряжения, 3 ил. нического дифференциала 9, первый и второй 10 и 11 сумматоры, первый и второй 12 и 13 усилители, первый и второй 14 и 15 управляющие преобразователи, причем выходы первого и второго 7 и 8 датчиков угловой скорости подключены к входам первого и второго 16 и 17 регулируемых формирователей нормированного напряжения, выходы которых подключены соответственно к вторым входам второго 11 и первого 10 сумматоров. Первые входы первого 10 и второго

11 сумматоров объединения и являются входом устройства 18, а выходом — выходной вал механического дифференциала 9, Для описания работы двухканальной гидравлической системы необходимо составить уравнения, характеризующие статические и динамические режимы при управляющих и возмущающих воздействиях.

Первый усилитель 12, первый управляющий преобразователь 14, первый электропривод 1, первый насос 3 и первый гидродвигатель5 образуют цепь прямого

1813934

W1(S) В1 = K1Uy1 Км1М1, (1)

5 где Uy1, в1 и M1 — сигнал управления, угловая скорость и момент йагрузки;

K1 — результирующий коэффициент передачи по управляющему воздействию;

Км1 коэффициент передачи по моменту нагрузки;

W1S = an1Sn + a(n-1)1 S" 1+...+1 — полином, определяющий динамические характеристики 1-го канала, Второй усилитель 13, второй управляющий преобразователь 15, второй электропривод 2, второй насос 4 и второй гидродвигатель 6 образуют цепь прямого преобразователя 2-ro канала, уравнение которого имеет вид (2) \02($) N2 = K2Uy2 Км2М2, где Оуг, вг и Мг — сигнал управления, угловая скорость и момент нагрузки;

K2 — результицующий коэффициент передачи по управляющему воздействию;

Кмг — коэффициент передачи по моменту нагрузки;

W2(S) = an2S + a(n-1)2$" 1+„,+ 1 — по- 30 лином, определяющий динамические характеристики 2-го канала

Уравнение первого сумматора

+ К1Км2 ф2М2, (9) + К2Км1ф1М1 . (3) 35

С0 = I1 О1 + 2 С02 где я — сигнал задания на входе системы; рг = Ки Крг — коэффициент передачи рефлексивной связи 2-го канала, включаю- 4 щий коэффициенты второго датчика угловой скорости 8 и второго регулируемого формирователя нормированного напряжения 17, Уравнение второго сумматора

45 (1 К1Кгф1 p2} N1 = K1(l — K2 p2 ) е—

Uy2= МP1 где p1 = Ксо1Кр1 — коэффициент передачи рефлексивной связи 1-го канала, включаю. щий коэффициенты первого датчика угло- 50 вой скорости 7 и первого регулируемого формирователя напряжения 16, Физический смысл понятия связи заключается в том, что на второй вход сумматора первого канала подается сигнал, 55 пропорциональный регулируемой координате второго канала, а .на второй вход сумматора второго канала подается сигнал, пропорциональный регулируемой координате первого канала. (12) (13) (14) преобразования 1-го канала, уравнение которого имеет вид

На оснЬвании (1)-(4) можно составить систему 2-х координатно-связанных уравнений

W1(S)®1+K1PZOe =К1 Š— K» М1 (5)

К2 Р1 ®1 + W2 (S ) NZ — К2 F — Км2 М2 (6) Решение (5)-(6) относительно общего сигнала задания е и регулируемых координатам а1 и щг будут следующие параметрически связанные уравнения: (W1(S)W2(S)-К1К2 /1 PZ) an = K1(W2(S)

К2 j32 ) 8 Км1Ч/2($)М1 + К1Кмг фгМ2 (7) (W1(S)W2(S) К1К2 р 1 p2 ) аг = Кг(Ф/1($)—

K11I1 ) f КмгЧЧ1($)М2 + К2Км1ф1М1, (8) уравнения (7)-(8) в статических режимах приводятся к следующему виду: (1 К1Кф1)%)оИ = К1(1 — K2p2) F. Км1М1+ (" К1Кф1/2) оФ = K2(1 — Klp1 ) E — КмгМ2+.

При этом угловая скорость в на выходе механического дифференциала определяется уравнением где И и i2 — передаточные отношения механического дифференциала, При выполнении условия i1 = i2 следует, что М1 = Мг.и уравнения (9)-(10) могут быть записаны в следующем виде: (Км1 К1Км2 Р2М1, (1 — К1кф1Д) Са = Кг(1 — Кф1 ) Е— (Кмг К2Км1ф1М2 .

Из уравнения (12) следует, что статизм

1-ro канала, определяющий наклон механичеСкой характеристики в координатах в1 и

М1, увеличивается на величину К1Кмг Д, а статиэм 2-ro канала — на величину К2К 2 в1.

При выполнении условий

К1Км2 Ф 2 = Км1, 1813934

К2Км1 0) 1 = KM2. (15)

Достигаемых настРойкой паРаметРов Кр1 и

Kpz регулируемых формирователей нормированного напряжения уравнений (12) и (13) приводятся к виду (1 — К1Кф1 Д) со1 = К1(1 — К2 j3z ) е, (16) (1 — К1кф1 pz) в2 = Kz(1 — Kzij31 ) е. (17) Уравнения (16) и (17) характеризуют двухканальную гидравлическую систему как систему, инвариантную относительно момента внешней нагрузки в статических режимах.

При выполнении условия

К1Pi =1 (18) уравнения (16) и (17) приводятся к виду (19) о/1 = K1E, (20) Nz=0, С учетом выше изложенного уравнения (7) и (8) записываются в виде следующих соотношений: (w,(S)wz(S)-к2 Д ) аи == K1(W2(S) К2 P2 ) F(21) (М/1($)Р/2($) — Kzpz ) в2 = Kz М/1*($)$ е, (22) где Wi*(S) = an1$ + A(n 1)1$ +...+ а1, что свидетельствует об отсутствии в полиноме числителя 2-го канала свободного члена.

Это означает, что2-й канал по отношению к

1-му обладает дифференцирующими свойствами, На основании полученных уравнений, характеризующих переходные процессы в системе в динамических режимах и состояние регулируемых координам в статических режимах, двухканальная гидравлическая система работает следующим образом.

Пусть к выходному валу механического дифференциала 9 приложены внешний момент нагрузки, соответствующий некоторому номинальному значению, При подаче на вход системы сигнала задания начинается процесс нарастания скоростей в1 и а2 первого 5 и второго 6 гидродвигателей и скорости в на вь1ходе механического дифференцила 9.

При движении валов гидродвигателей 5 и 6 осуществляется непрерывный процесс преобразования угловых скоростей в1 и В2 в сигналы, пропорциональные коэффициен-там Ксо1 и Кг12 первого и второго датчиков угловых скоростей 7 и 8 и настройкой коэффициентов Kpi и Кр2 РегУлиРУемых фоРмиРователей нормированного напряжения, При этом в соответствии с наличием в левых частях уравнений (21) и (22) действительных и комплексных корней, процесс разгона в 1-ом канале соответствует апери10 одическому звену и-го порядка (или колебательного), а процесс разгона во 2 канале— дифференцирующему и-го порядка. например, как это показано на фиг.2.

Так как уравнения (21) и (22) имеют оди15 наковые полиномы то, следовательно, 1-й и

2-й каналы имеют общие условия устойчивости. Однако, если переходный процесс в 1-м канале будет содержать сумму синусных составляющих, то переходный процесс во 2-м

20 канале будет содержать сумму косинусных составляющих, что свидетельствует о том, что 1-й и 2-й каналы по отношению друг к другу обладает взаимными демпфирующими свойствами. Это означает, что на выходе

25 механического дифференциала можно получить процесс, близкий к апериодическому при наличии колебательных составляющих в 1-ом и 2-м каналах, Таким образом в процессе разгона и

30 выхода на установившийся режим функционируют оба канала, при этом 2-й канал достигает некоторого экстремального значения, а затем в соответствии с условием (18) происходит его полное или частичное

35 отключение. Это позволяет сформировать наобщем валусистемы переходной процесс с максимальным быстродействием и минимальным перерегулированием (фиг,2).

Полное или частичное отключение одно40 го из каналов системы в установившихся режимах экономит ресурс отключенного канала, что повышает долговечность системы в целом.

При изменении момента внешней на45 грузки, например в сторону увеличения, происходит возрастание моментов М1 и Mz на выходах гидродвигателей 5 и 6 и соответственно уменьшение угловых скоростей е1 и в2. Однако уменьшение угловой скорости

50 в1 приводит к уменьшению сигнала на втором входе сумматора 11 и соответственно к увеличению сигнала управления на входе усилителя 13 2-ro канала. 8 свою очередь, уменьшение угловой скорости а2 приводит

55 к уменьшению сигнала на втором входе сумматора 10 и соответственно к увеличенин сигнала управления на входе усилителя 12

1-го канала. Это.обстоятельство отражается в уравнениях (7) — (10) наличием составляю1813934 щих Мр и М> соответственно в 1-ом и во 2-м каналах. Так осуществляется взаимная стабилизация угловой скорости в системе. Динамика этого процесса для случая .единичного скачкообразного возмущения представлена на фиг.3.

Предложенная двухканальная гидравлическая система обладает высокими динамическими характеристиками в части увеличения быстродействия, минимального перерегулирования, а также улучшенных переходных процессов реализации закона слежения за нагрузкой.

Система обладает высокой надежностью. так как отказ любого из каналов приводит к потере качества, но не работоспособности.

Ф

Формула изобретения

Двухканальная гидравлическая система, содержащая в каждом канале последовательно включенные сравнивающее устройство с входами задания и обратной связи, управляющий преобразователь и приводной электродвигатель, соединен5 ный с насосом, гидравлически связанным с гидродвигателем, выход которого соединен с одним их входов механического дифференциала и с датчиком угловой скорости, подключенным через масштабный преобра10 зователь к входу обратной связи сравнивающего устройства другого канала, о т л и ч аю щ а я с я тем, что. с целью улучшения переходных характеристик процесса перемены структуры за счет обеспечения плавt5 ности отключения одного из каналов, каждое сравнивающее устройство выполнено в виде сумматора напряжений с усилителем на выходе, а каждый масштабный преобразователь — в виде регулируемого

20 формирователя нормированного напряжения, 1813q34

1200

60

l0

4иг. 2

5.5 б 6.5 7

4 .3

Составитель Ю.Гронь

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M,Êåðåöìàí

Редактор В,Савина

Заказ 1820 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород, ул.Гагарина, 101