Электромеханический привод с тормозным устройством

 

Изобретение относится к электромеханическим следящим системам, предназначено для слежения за изменением входного сигнала и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования. Привод содержит двигатель 1, связанный валом 2 с исполнительным органом 3. На валу 2 закреплен диск 4, размещенный в герметичном корпусе, закрепленном на основании и образованном опорами 5, расположенными симметрично относительно плоскости диска и выполненными из магнитонепроницаемого материала, например из алюминия или меди, магнитопроводом 6, насаженным на опоры 5, и втулкой 7, выполненной из магнитонепроницаемого материала, например из меди. Корпус заполнен магнитовязкой жидкостью 8. Диск выполнен из материала с малым магнитным сопротивлением, например из электротехнической стали, и имеет перфорированную поверхность. Внутри тороидальной полости, ограниченной магнитопроводом 6 и втулкой 7, размещена катушка 9. Магнитопровод 6 с катушкой 9 образуют индуктор, силовые линии магнитного поля которого замыкаются через объем, занимаемый реологической жидкостью и диском 4. Система управления приводом включает задатчик 10 и датчик 11 угловой скорости, измеритель рассогласования 12, первый усилитель 13, апериодическое звено 14 и второй усилитель 15. 3 ил.

Изобретение относится к электромеханическим следящим системам, предназначено для слежения за изменением входного сигнала и может быть использовано в системах автоматического управления и регулирования.

Известно устройство для торможения электромашинных следящих систем (А.С. N 601659, кл. G 05 B 11/01, БИ 13, 1978), содержащая последовательно соединенные первый блок выпрямителей, блок концевых выключателей и регулятор тока, последовательно соединенные второй блок концевых выключателей, блок выпрямителей и регулятор тока, управляющие входы регуляторов тока соединены с соответствующими входами блоков управления.

Недостатком данного устройства является невозможность генерации значительных тормозных моментов, превышающих по величине момент привода, что обеспечивает только удержание активного момента в следящей системе на заданном уровне.

Известно устройство для автоматического позиционного управления (А. С. N 798689, кл. G 05 B 11/01, БИ 3, 1981 г.), содержащее последовательно соединенные блок сравнения, усилитель, первую электрическую машину, объект управления, вторую электрическую машину и датчик обратной связи.

Данное устройство позволяет увеличивать тормозной момент на валу объекта за счет использования обеих электрических машин в режиме торможения, но имеет большое энергопотребление, габариты, массу и удвоенные по величине постоянные времени, что в свою очередь обуславливает невысокую точность динамических режимов.

Наиболее близким по технической сущности является устройство позиционирования (А.С. N 452803, кл. G 05 B 11/01, БИ 45, 1974 г.), содержащее в качестве основных элементов силовой привод с тахогенератором и тормозной блок, связанные с рабочим органом. Введение тормозного блока позволяет уменьшить время перемещения рабочего органа при ограничении динамических нагрузок в системе. Недостатком данного устройства является невозможность функционирования в непрерывном режиме отслеживания изменения входного сигнала и, как следствие, низкая точность отслеживания изменения входного сигнала в динамических (а не старт-стопных) режимах.

Изобретение направлено на повышение точности в динамических режимах.

Указанные недостатки устраняются тем, что в электромеханическом приводе с тормозным устройством, содержащем двигатель постоянного тока, вал которого связан с исполнительным органом, систему управления двигателем, включающую задатчик и датчик частоты вращения, выходы которых соединены с входами измерителя рассогласования, выход которого подключен к последовательно соединенным первому усилителю и двигателю, выход которого соединен с датчиком частоты вращения, введены последовательно соединенные интегратор и второй усилитель, а также компаратор, вход которого подсоединен к выходу измерителя рассогласования и входу интегратора, причем тормозное устройство выполнено в виде герметичного электропроводящего корпуса, который заполнен электровязкой жидкостью и установлен на основании между исполнительным органом и двигателем, в полости которого заключена часть вала с жестко закрепленным на нем диском, в нижней части корпуса выполнено отверстие, в котором установлен изолированным от корпуса электрод, подключенный к выходу второго усилителя, выход компаратора подключен к входу обнуления интегратора.

При реализации заявляемого технического решения повышается точность отслеживания задающего воздействия. В изобретении вязкость жидкости изменяют пропорционально ошибке отработки задающего сигнала, что позволяет улучшить динамику предлагаемого привода и уменьшить время перерегулирования.

На фиг. 1 показана структурная схема электропривода, на фиг. 2 реакция привода на скачкообразное воздействие прототипа, и заявленного привода; на фиг. 3 характеристики тормозного момента от величины ошибки.

Привод содержит двигатель постоянного тока 1, связанный валом 2 с нагрузкой 3. На валу 2 закреплен диск 4, размещенном в герметичном магнитонепроницаемом корпусе, закрепленном на основании и образованным опорами 5, расположенными симметрично относительно плоскости диска и выполненными из магнитонепроницаемого материала, например, алюминия или меди, магнитопроводом 6, насаженным на опоры 5 и втулкой 7, выполненной из магнитопроницаемого материала. Корпус заполнен магнитовязкой реологической жидкостью 8. Диск выполнен из материала с малым магнитным сопротивлением, например, из электротехнической стали, имеет перфорированную поверхность.

Внутри тороидальной полости, ограниченной магнитопроводом 6 и втулкой 7, размещена катушка 9, отдаленная от полости корпуса, магнитопровод 6 с катушкой 8 образуют индуктор, силовые линии магнитного поля которого замыкаются через объем, занимаемый реологической жидкостью и диском 4.

Система управления приводом включает задатчик 10 и датчик 11 частоты вращения, измеритель рассогласования 12, первый усилитель 13, апериодическое звено 14 и второй усилитель 15.

Устройство работает следующим образом. Выходной сигнал датчика 10 частоты вращения сравнивается с выходным сигналом задатчика 11. В случае, если ошибка ε имеет положительный знак, т.е. сигнал задатчика по величине больше сигнала датчика, система работает как обычная система управления по отклонению. Ошибка e усиливается усилителем 13 и подается на двигатель 1, который увеличивает частоту вращения выходного вала 2. При превышении выходным сигналом датчика 11 сигнала задатчика 10 (ошибка e имеет отрицательный знак), который усиливается усилителем 15 и подается на катушку 9.

При этом магнитовязкая реологическая жидкость затвердевает (изменяет свою вязкость в сторону увеличения), тем самым увеличивая тормозной момент, пропорционально магнитному потоку, проходящему через объем магнитовязкой реологической жидкости, что способствует торможению исполнительного органа 3. Соответственно, в зависимости от величины ошибки e отрицательного знака изменяется и тормозной момент, действующий на вал 2 двигателя.

При уменьшении выходного сигнала датчика 10 сигнала задатчика 11 (e > 0) cистема управления приводом работает как обычная система управления по отклонению.

Таким образом, предложенный привод за счет введения пассивного управления в систему позволяет улучшить ее динамические качества, а именно, уменьшить время и колебательность переходного процесса. На фиг. 2а показан вид переходного процесса без тормозного устройства, на фиг. 2б с заявленным тормозным устройством.

Характеристику тормозного устройства можно регулировать изменением коэффициента усиления усилителя и изменением состава реологической жидкости.

Использование тормозного устройства, управляемого сигналом ошибки привода, позволяет повысить динамическую точность системы, а именно, уменьшить время и колебательность переходного процесса.

Формула изобретения

Электромеханический привод с тормозным устройством, содержащий двигатель постоянного тока, вал которого связан с исполнительным органом, систему управления двигателем, включающую задатчик и датчик частоты вращения, выходы которых соединены с соответствующими входами измерителя рассогласования, выход которого подключен к последовательно соединенным первому усилителю и двигателю постоянного тока, выход которого соединен с датчиком частоты вращения, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные апериодическое звено и второй усилитель, а тормозное устройство выполнено в виде герметичного корпуса, установленного на основании между исполнительным органом и двигателем постоянного тока, в полости корпуса заключена часть вала с жестко закрепленным на нем диском, причем корпус составлен из двух герметичных опор, сквозь которые пропущен вал двигателя постоянного тока, которые выполнены из магнитопроницаемого материала и расположены симметрично относительно плоскости диска, и магнитопровода, насаженного на эти опоры, внутри магнитопровода размещена катушка, отделенная от полости корпуса, заполненной магнитовязкой жидкостью, втулкой, которая выполнена из магнитонепроницаемого материала, при этом диск выполнен перфорированным из магнитопроводящего материала, катушка подключена к выходу второго усилителя, а вход апериодического звена соединен с выходом измерителя рассогласования.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3