Главная Промышленная автоматика.

При наличии напряжения на выходе усилителя У якорь двигателя начинает врашаться, поворачивая исполнительную ось объекта управления О в сторону отработки задаваемого перемещения.

г» 1

PiEC. 3.1. Принщшиальиая схема стедящего привода.

Для улучшения динамических свойств следящей снстемы управляющий сигнал, поступающий на вход усилителя У, может иметь составляющие, пропорциональные производным различных порядков от угла поворота задающей осн фэ н угла <р поворота оси объекта. Для этого могут быть использованы тахогенераторы ТГз и ТГо н дополнительные дифференцирующие устройства (дифференциаторы) н Во, дающие производные более высоких порядков.

На рис. 3.2 показана структурная схема рассмотренного следящего электропривода. Задающее воздействие представляет собой угол поворота задающей оси относительно некоторого начального ее положения. Это воздействие сравнивается в узле сравнения 1 с углом поворота оси объекта. Получаемое прн этом рассогласование в звене преобразователя входного сигнала, которое включает в себя сельсины, фазочувствнтельную схему и фильтр, преобразуется в напряжение рассогласования;

Элемент сравнения 2 служит для образования управляющего сигнала Uy, определяемого равенством

. §31. Следящие электроприводы непрерывного действия

Uy=U~Uo.e+U,

где Uoc - напряжение обратной связи;

Ub - напряжение цепи компенсации воздействия.

Pic 3.Z Структурная схема следящей системы.

Управляющее напряжение поступает на вход усилитечя с передаточной функцией Лу, на выходе которого появляется э. д. с

e,=KyUy.

Э. д. с. двигателя, имеющего передаточную ф)нкцию Лд, прн наличии статического тока /с

е=(е,-/,ад.)Кд,

где /сЛо - падение напряжения в главной цепи двигателя;

Кв - передаточная функция звена, через которое поступает возмуи1ающее воздействие, представляющее собой изменение статической нагрузки двигателя. Напряжение обратной связи по скорости может иметь составляющие, пропорциональные э. д. с. двигателя, которая в свою очередь пропорциональна скорости оси объекта, и ее производным. Преобразование скорости двигателя в напряжение обратно!! связи осуществляется звеном с передаточной функцией Кп, которое включает в себя тахогенератор ТГо и дифференциатор Do:

1/о.с=Кое-

Напряжение на выходе звена компенсации воздействия К„, состоящего из ТГз и D:„ содержит составляющие, пропорциональные различным производным от угла (fa:

1/к=Лкд.



р c,.k„p k„p

(3.1)

где fi, -

- угловая скорость якоря двигателя; коэффициент пропорциональностн между э. д. с. и скоростью двигателя;

- передаточное число редуктора от вала двигатетя к осн объекта;

коэффициент уснления интегрирующего звена. Основными элементами рассматриваемой структурной схемы являются: элементы сравнения У, 2 и звенья с передаточными функциями Ki. iCj. Кд, /<,,, /Св. Дополнительные устройства Ко и Лк, вводящие в управляющее воздействие производные (jt ф и (jj, служат для улучшения качества следящей системы. Устройство с передаточной функцией Ко называют корректирующим, а с передаточной функцией Лк - компенсирующим. В реальных следящих электроприводах, кроме основного корректирующего устройства Ко, можно использовать дополнительные корректирующие устройства, выполняемые в виде различных обратных связей и последовательных элементов, включенных в цепь основных элементов. Выбор основных элементов следящего привода заключается в выборе электродвигателя, передаточного числа редуктора и силового преобразователя.

Выбор тппа исполнптельиого двигателя определяется усло-I виями работы следящего привода и технико-экономическими со- ображениями. Обычно для электроприводов малой мощности (порядка десятков ватт) применяют двухфазные асинхронные двигатели, для более мощных электроприводов - обыкновенные двигатели постоянного тока с независимым возбуждением, а также специальные электродвигатели постоянного тока с гладким якорем и двигатели с печатными обмотками якоря. Последние могут выполняться мощностью до десятков киловатт. Их преимущество состопт в меньшей механической инерции.

Ротор такого двнгате:пя представляет собой тонкий текстолитовый диск, на обеих сторонах которого при помощи травления образуются плоские проводники. Радиальные части этих проводников создают активные части секций. На внешних и внутренних частях диска проводники соединяются между собой отверстиями, на стенках которых осаждается медь, при этом образуется волновая обмотка якоря. Щетки скользят непосредственно по голым проводникам якоря. Так как якорь выполняется без стали, то индуктивность обмоткн мала (обычно меньше 1 мгн), а электро-

механическая постоянная времени приблизительно в 100 раз меньше, чем у обычных двигателей.

В некоторых случаях в качестве исполнительного механизма применяют не электродвигатели, а индукционные электромагнитные муфты, магнитоэлектрические муфты, муфты с магнитным заполнителем, а также гидро- нли пневмодвигатели.

Мощность исполнительного двигателя выбирается исходя из диаграммы нагрузки привода. Во многих случаях для следящего электропривода построение диаграммы нагрузки затрудняется отсутствием достаточных данных. С некоторым приближением мощность двигателя может быть выбрана исходя из гармонического режима работы привода [37, 38].

Полагаем, что выходной угол изменяется по синусоидальному закону-

ч:«ых=флакс sin mt.

где фм.,1,г и ЮО- амплитуда и угловая частота. Скорость выходного вала

йвых = Ч«а1:гШо COS Шо = 52макс COS (Оо/.

Хскоренне выходного вала

Евы1=-<1Лгакс<>2 sin (Оо = -«ыаке 51П Ш1,(.

.Мгновенное значение мощности двигателя Л-м „ , / /.,

(3.2) (3.3)

выхсвых.

где М„ -статический момент механизма на выходном валу привода;

Л, и /д - моменты инерции механизма и двигателя; йр и Т1 - передаточное число и к. п. д. редуктора. Подставив сюда значения скорости и ускорения выходного вала, получим

Р= П.«акс COS tod- ( +lX ) X

ХЙмаксЕчакс COS Ой sin Wo.

Среднеквадратичное (эквивалентное) значение мощности за период определяется равенством

-.-i ""?-+И+/.-)«ксеве. (3-4.

Интегрирующее звено с перелаточиой функцией К„ преобразует 3. д. с. двигателя в угол поворота оси объекта:



Йр.о=1/

VeW-b4MM"

(3.5)

При оптимальном передаточном числе редуктора эквивалентная мощность двигателя, полученная из уравнения (3.4),

у 0.5/1 е.а„е°+2Л11= -if - у (°>+/ме„.„е), (3.6)

°=+У+ р/ =К+11.- (3-7)

м макс

Таким образом, при гармоническом режиме мощность двигателя может быть определена по формуле (3.6), если известны максимальные значения скорости и ускорения, статический момент и момент инерции механизма.

После определения необходимой мощности выбирается тип двигателя и определяется соответствие фактического и оптимального передаточных чисел редуктора. При этом фактическое передаточное число

йр.ф= (3.8)

а оптимальное передаточное число определяется по формуле (3.5).

Если окажется, что Ар.ф незначительно отличается от ftp.o, то принятый двигатель можно считать удовлетворяющим поставленным требованиям при фактическом передаточном числе редуктора. Если же кр.а, отличается от fcp.o более чем на 30%, то следует выбрать другой двигатель нли, если допускают условия работы, оставив выбранный двигатель, изменить максимальные значения скорости и ускорения выходного вала.

У4.22

Эквивалентная мощность двигателя прн оптима.тьном передаточном числе

.---..„„-----------..........(3gj

редуктора в соответствии с выражением

2г\ ц

Примем к. п. д. механизма 11=0,2, тогда 34.4

Р,= =172 кГ-м/сек 1,69 кет.

Оптимальное передаточное число редуктора, по формуле (3.5).

1.675

-/0.5.16-Н4-2 1,675 V-16»0.2= fl

.S.F" предварительно электродвигатель типа П42. у кетового п= = 1000 об/ли«, Р=2,2квг. GD=0.1S кг.м. 1„=*.610-= кГ-м/сек Для этого двигателя

1,676

*в-о= =24,9.

у 4,6-10-

Фактическое передаточное чксло для получения требуемой максимальной скорости механизма найдем из формулы (3.8):

1000

Так как отклонение фактического передаточного числа от оптимального невелико:

*р.«-*Р.о 26,1-24,9

то принимаем выбранный двигатель, проверив его загрузку с помощью выра-жбния (3.4) I

„ пГгм 1 / 0.5 \

= 131 1сГл/сек=1,28 квг.

Мощность двигателя следует выбирать одновременно с определением оптимального передаточного числа редуктора. Если номинальная мощность двигателя выбрана равной эквивалентной, то

Рэ = Лнйд.н=Л1е£3„аке*р.

Подставив это значение в уравнение (3.4) и определив условия минимума номинального момента двигателя из равенства

-п- =0, найдем

Пример 3.1. Пусть для следящего устройства средние условия ваботы можно представить в виде гармонического графика движения с Фм.кс = 1 рад-=4 рад/сек; М„=2кГ-м: и=0.5кГ-м/сек\ * "

Согласно формулам (3.2) и (3J).

й«11ис=Фи.,,сШо=1.4=4 рад/сек; е„.„с=ф„.„сШо- = 1-4г=16 рад/сек Согласно уравнению (3.7),





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [44] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55

0.0034