Устройство для электромагнитнойподвески ферромагнитных тел
Союз Советских
Социалистических
Республик
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCNOkAY CBHQETMbCTBY
< л 802786 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 02.03.79(21} 2734703/40-23 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—
Опубликовано 07-02.81-Бюллетень № 5
Дата опубликования описания 09. 02. 81 (51)М. Кл.з
G 01 С 19/24
Государствеииый комитет
СССР ио делам изобретений и открытий (53) УДК 629 ° 78 °.051.527 (088.8) (72) Авторы изобретения
В. С. Крапивин, А. С. Востриков и Ю.Д. Вышк в
" .И;.
Ц"
>EX > ..;сГр., "Рз !.
i ..:Ь (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ПОДВЕСКИ
ФЕРРОМАГНИТНЫХ ТЕЛ
Изобретение измерений с помощью приборов, основанных на использовании гироскопического эффекта с использованием магнитного поля.
Известны системы электромагнитной подвески ферромагнитных тел, содержащие электромагнитный датчик положения, блок регулирования тока и блок демпфирования (1 1.
Недостатками таких систем являются их громоздкость, малое быстродействие, малый запас устойчивости и зависимость динамических свойств от положения подвешиваемого тела.
Наиболее близким к изобретению по существу технического решения является устройство для электромагнитной подвески ферромагнитных тел, содержащее источник задающего напряжения и последовательно соединенные блок сравнения, усилитель, электромагнит и датчик положения подвешиваемого тела (2 1.
Недостатком этого устройства явля-2 ется то, что область притяжения к положению равновесия относительно невелика, невелик также и диапазон возможных перемещений подвешиваемого тела. Все это оущественно снижает надежность устройства.
Цель изобретения — повышение надежности устройства путем расширения области устойчивости и диапазона перемещения подвешиваемого тела.
Это достигается тем, что в устройство между датчиком положения подвешиваемого тела и блоком сравнения введены последовательно соединенные блок многократного дифференцирования, второй выход которого соединен с блоком сравнения, и блок задания значения степени производной сигнала, второй вход которого соединен с источником задающего напряжения.
На чертеже представлена структурная схема устройства.
Оно содержит электромагнит 1, усилитель 2, блок сравнения 3, датчик 4 положения подвешиваемого тела, блок 5 многократного дифференцирования, блок б задания значения степени производной сигнала, источник задающего напряжения 7.
Источник задающего напряжения 7, блок б задания степени производной сигнала, блок сравнения 3, усилитель
2, электромагнит 1, датчик 4 положения подвешиваемого тела и блок 5 многократного дифференцирования, выходы которого соединены с блоком
802786 б задания степени производной сигнала и с блоком сравнения 3, соединены последовательно.
Устройство работает следующим образом.
Если поднешинаемое тело находится в одном устсйчивом положении, то при появлении задающего сигнала на выходе блока 7 и сигнала рассогласонания на выходе блока сравнения
3, который усиливается усилителем 2 и поступает на электромагнит 1, создается тяговое усилие и подвешиваемое тело перемещается в другое (верхнее) устойчивое положение.
Причем, в настоящем устройстве реализуется принцип управления по стар- 15
- шей производной. В данном случае старшей производной является третья производная перемещения подвешиваемого тела, поскольку математическая модель имеет третий порядок. 20
Желаемые динамические свойства устройства задаются блоком 6, формирующим желаемое значение старшей (третьей) производной как функции перемещения поднешинаемого тела, его скорости и ускорения (например,, в виде линейной комбинации}.
Прояление внутренних и внешних возмущений (нестационарность нагрузки, статические и динамические нелинейности электромагнита, их температурная нестабильность и пр) в этой системе локализуется в быстродействующем контуре поддерживания желаемого значения старшей произ— водной, и этим самым обеспечивается значительное расширение области устойчивости и рабочего диапазона возможных перемещений подвешиваемого ферромагнитного тела.
Пусть динамика электромагнитного 4() поднеса описывается следующими уравнениями: (3=Л+Ф= Г (Ь-Х Я+Ч
20 " ())
=сч 2=вх +my+ F (ь)=2a 3 (®-x )
Э 1 В или
1 2 2 3 3 2 50
Х =-Р (Ь-x„)(X++q+m "Ев (О-Fв(т.) ;.—.,: —;Я75 «.. и,.„. ф где X — выходная величина перемещения подвешиваемого ферромагнитного тела;
0 — напряжение, прикладываемое к обмотке электромагнита;
I - ток; 60
R — активное сопротивление обмотки; потокосцепление;
m - масса подвижной части системы; 65 электромагнитное тяговое усилие; время; силовое возмущение; конструктинные постоянные;
Гз а,ь, с
Зависимость функций f и В от с отражает действие сигнальных и параметрических возмущений.
Как следует иэ системы уравнений (1), устройство характеризуется наличием существенных нелинейностей и использование известных способов коррекции по х и х здесь обеспечивает весьма малую область притяжения к положению равновесия.
Пусть задана математическая модель желаемых динамических свойств системы и виде
3 X Р (Х Х) T (X (t) Х1 -Т А Х 3- Т Ь Х 2), Х =X; Х2=Х, 1
X f (X„t)+Ь(X,t)0
U -Х.ti K(Х33, (3)
Х =i (X „,×) =Т (Х,t)- f„-т АЧ3-ТВ„Ч2)
Ч„= Х„ Х/, (,ор),1 = 1, 2,3
= Х, Х,р (,(А Э)
= 1Ч„,.(2,Ч где Т вЂ” желаемое быстродеиствие;
A  — постоянные коэффициенты
1 (ныбираются по диаграмме
Вышнеградского А=В=3);
Х (t) — программа изменения предписанного значения (Х, ) выходной величины Х, X - желаемое значение старшей производной.
Для подчинения движения системы уравнения (2) организуем следующий алгоритм управления:
U = Ka = K(X3, — Yg), (3) где К вЂ” коэффициент усиления; сигнал рассогласования; =Х ц (ар)- измеренное значение старшей
3 3 Ф производной; W (PP) = (а Р +,О В2Р -,О „Р+ <> передаточная функция блока многократного дифференцирования; малый параметр, определяющий инерционность процессон реального дифференцирования;
b„ь2=3
С учетом выражений ()), (2) и (3) составим полную систему уравнений:
802786
Если устремить д-+О, то (др)=1, и мы получаем под"истему медленных движений в (x "3,Ь(Х ОК "(X) +8(Х ЫК (Х1 ) (g) 5 При достаточно большом значении K(K=20-100) х, (х „, х) =х„,. Для выделения быстрых движений .введем время с =,О . и р = P "ф, обозначив, z(c) = х3()" Тогда уравнения для Z и V„. примут вид z =- (ð ñ, х„„о-"х,,а х,)+ + (,О С,Х„, 0 х /л;хys.(Г (ч х„)-w< (q)z) ч„- = х, (с ) х „(6) Устремляя,0 0, в итоге получим 25 подсистему быстрых движений i =-Вкю (>Z+S Вк Ф <. = и () х„, (=),2,Я,х =const, =СОИВт, B=COnSt, -ConÌ. 1 В данном случае не учитывается малая интерционность датчика положения. Если эта инерционность больше Р, то необходимо либо корректировать контур быстрых движений, либо формировать алгоритм управления по четвертой производной выходной величины. Зная из уравнений (1) диапазон изменения В(х t) в рабочей области пространства состояний с -1 В (Х„ ) = 21 —,„, X,+q n F (t), можно определить значение К таким образом, чтобы система обладала за35 40 данным запасом устойчивости. Уравнения v, =x ч,(,ар) описывают процессы в блоке 5 и поэтому не могут качественно повлиять на "основные" быстрые движения в контуре поддержания производной Х3+ ° Это имеет место в том случае, когда выполняются неравенства (условия разделения движений по,д ) 10д Т, 10ОсТ 9м мин где Т 9 JYI — минимальное значение 4 и" постоянной времени электромагнитного подвеса. Таким образом, предложенное устройство позволяет расширить область устойчивости и диапазон перемещений подвешиваемого тела. Формула изобретения Устройство для электромагнитной подвески ферромагнитных тел, содержащее источник задающего напряжения и последовательно соединенные блок сравнения, усилитель, электромагнит и датчик положения подвешиваемого тела, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства путем расширения области устойчивости и диапазона перемещения подвешиваемого тела, в него между датчиком положения подвешиваемого тела и блоком сравнения введены последовательно соединенные блок многократного дифференцирования, второй выход которого соединен с блоком сравнения, и блок задания значения степени производной сигнала, второй вход которого соединен с источником задающего напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 435384, кл. F 16 С 39/06, 1976. 2. Авторское свидетельство СССР Р 418732, кл. С 0) С 19/24, 1976 (прототип). 802736 Составитель И. Колчин Редакто Т. Клюкина Тех е A. Кч Ко екто Г. Решетник Заказ 10600/ 3 Тираж 653 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
