электрогидравлический следящий привод

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий последовательно соединенные задатчик входного сигнала, цифровой измеритель рассогласования, первый цифроаналоговый преобразователь, релейный анализатор ошибки, усилитель, первый сумматор, электрогидравлический исполнительный механизм, выход которого кинематически связан с объектом регулирования, цифровым датчиком угла и датчиком скорости, причем выход датчика скорости соединен с первым входом анализатора скорости, выход цифрового датчика угла - с вторым входом цифрового измерителя рассогласования, выход которого соединен с входом второго цифроаналогового преобразователя, выходом соединенного непосредственно с первым входом второго сумматора и через блок памяти с вторым входом второго сумматора, выход которого через релейный элемент соединен с вторым входом релейного анализатора скорости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности привода, в него введен интегратор, вход которого соединен с выходом релейного анализатора скорости, а выход - с вторым входом первого сумматора, а релейный анализатор скорости выполнен в виде реле, первый вывод обмотки и размыкающий контакт которого соединены с общей шиной, второй вывод обмотки реле является первым входом релейного анализатора скорости, второй вход которого соединен с замыкающим контактом, а перекидной контакт является выходом релейного анализатора скорости и соединен с входом дополнительно введенного интегратора, выходом соединенного с вторым входом первого сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрогидравлическим следящим приводам (ЭГСП) общего назначения и может быть использовано при разработке следящих быстродействующих приводов для управления любым высокоинерционным объектом (например, манипуляторы, антенны радиотелескопов и т.п.).

Известны ЭГСП большой мощности, состоящие из последовательно соединенных задатчика входного сигнала, измерителя рассогласования, электронного усилителя, гидропривода с электронным усилителем мощности, гидроусилителем, предохранительными клапанами и гидродвигателем с нагрузкой [1].

Входной сигнал такого ЭГСП сравнивается на элементе сравнения с сигналом датчика обратной связи, формируется сигнал рассогласования (ошибки), который через электронный усилитель и гидроусилитель управляет гидродвигателем. В процессе отработки входного сигнала в гидроусилителе происходит изменение положения управляющего золотника, что приводит к изменению величин расходов и давлений в полостях гидромотора.

В качестве прототипа рассмотрен следящий привод, содержащий последовательно соединенные задатчик входного сигнала, цифровой измеритель рассогласования, первый цифроаналоговый преобразователь, релейный анализатор ошибки, усилитель, первый сумматор, электрогидравлический силовой привод, объект регулирования с цифровым датчиком угла и датчиком скорости, причем выход цифрового датчика угла соединен с вторым входом цифрового измерителя рассогласования, выход датчика скорости соединен с релейным анализатором скорости, выход цифрового измерителя рассогласования через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом второго сумматора и через блок памяти с вторым входом второго сумматора, выход которого через релейный элемент и релейный анализатор скорости соединен с вторым входом первого сумматора [2].

При отработке ступенчатого сигнала большого уровня релейный анализатор ошибки обеспечивает уменьшение коэффициента усиления усилителя и запоминание на выходе блока памяти части (около половины) сигнала рассогласования. В результате с релейного элемента через релейный анализатор скорости подается постоянное значение сигнала на разгон силового привода с максимальным ускорением. Когда силовой привод отработает половину (или около половины) рассогласования, сигнал с выхода второго сумматора изменяет знак постоянного сигнала и с выхода релейного элемента через релейный анализатор скорости и первый сумматор сигнал управления поступает на вход электрогидравлического силового привода. Золотник гидроусилителя электрогидравлического силового привода переходит из одного крайнего положения в другое. В результате силовой привод тормозится с максимальным замедлением.

Недостатком аналога и прототипа является возникновение в гидроприводе больших забросов давлений в гидролиниях при переключении золотника из одного крайнего положения в другое в режимах отработки ЭГСП больших рассогласований. Это явление происходит при прохождении золотником среднего положения, когда гидролиния низкого давления закрывается, а гидромотор под действием инерционной нагрузки работает в насосном режиме и подает в эту гидролинию рабочую жидкость. В качестве примера на фиг.1 показаны переходные процессы давлений Р₁ и Р₂ в полостях гидромотора ЭГСП при переключении золотника за время 0,02 с (кривая 1), при давлении питания Р_п=22 МПа и начальных давлениях (Р₁, Р₂) в гидролиниях 16-18 МПа. Заброс давления достигает величины 47 МПа, что намного превосходит допустимое значение давления в гидроприводе. Введение в ЭГСП предохранительных клапанов не дает положительного результата, так как при больших мощностях управления требуется применить клапаны на большие расходы, у которых постоянная времени из-за инерционности подвижных частей составляет 0,2-0,5 с, что не обеспечивает снятие кратковременных пиков давления (по времени до 0,1 с). Увеличение предельного давления приводит к значительному снижению ресурса гидромашин и гидроприводов в целом.

Целью изобретения является повышение ресурса и надежности ЭГСП.

Цель достигается тем, что в ЭГСП, содержащий последовательно соединенные задатчик входного сигнала, цифровой измеритель рассогласования, первый цифроаналоговый преобразователь, релейный анализатор ошибки, усилитель, первый сумматор, электрогидравлический силовой привод, объект регулирования с цифровым датчиком угла и датчиком скорости, причем выход цифрового датчика угла соединен с вторым входом цифрового измерителя рассогласования, выход датчика скорости соединен с релейным анализатором скорости, выход цифрового измерителя рассогласования через второй цифроаналоговый преобразователь соединен с первым входом второго сумматора и через блок памяти с вторым входом второго сумматора, выход которого через релейный элемент и релейный анализатор скорости соединен с вторым входом первого сумматора, введен интегратор, вход которого соединен с выходом релейного анализатора скорости, а выход - с вторым входом первого сумматора, причем в релейном анализаторе скорости нормально замкнутый контакт соединен с шиной "общий".

Данное техническое решение отвечает критерию "существенные отличия", так как не обнаружено признаков, сходных с признаками, отличающими данное техническое решение от прототипа.

Функциональная схема предлагаемого ЭГСП показана на фиг.2.

ЭГСП состоит из последовательно соединенных задатчика 1 входного сигнала, цифрового измерителя 2 рассогласования, первого цифроаналогового преобразователя 3, релейного анализатора 4 ошибки (состоящего из первого 4.1 и второго 4.2 реле и резистора 4.3), усилителя 5, первого сумматора 6, электрогидравлического силового привода 7 (состоящего из усилителя 7.1 мощности, гидроусилителя 7.2, предохранительных клапанов 7.3 и гидродвигателя 7.4), объекта 8 регулирования с цифровым датчиком 9 угла и датчиком 10 скорости. Выход цифрового датчика 9 угла соединен с вторым входом цифрового измерителя 2 рассогласования, а выход датчика 10 скорости - с релейным анализатором 11 скорости. Выход цифрового измерителя 2 рассогласования через второй цифроаналоговый преобразователь 12 соединен с первым входом второго сумматора 13 и через блок 14 памяти с вторым входом второго сумматора 13, выход которого через релейный элемент 15, нормально разомкнутые контакты релейного анализатора 11 скорости и интегратор 16 соединен с вторым входом первого сумматора 6.

При отработке сигнала малого уровня ЭГСП работает как обычный следящий привод, сигнал с датчика 10 скорости имеет малое значение, при котором релейный анализатор 11 скорости не срабатывает и сигнал на второй вход первого сумматора не поступает. В этом режиме золотник гидроусилителя 7.2 силового привода 7 работает в зоне, не достигая крайних положений (упоров).

При отработке ступенчатого сигнала большого уровня релейный анализатор 4 ошибки обеспечивает, во-первых, уменьшение коэффициента усиления (реле 4.1), во-вторых, запоминание на выходе блока 14 памяти части (около половины) сигнала рассогласования (реле 4.2). В результате с релейного элемента 15 через релейный анализатор 11 скорости, который срабатывает по достижении скоростью объекта 8 регулирования значения 25-30 град/с, подается постоянное значение сигнала на интегратор 16, а с его выхода линейно возрастающий сигнал через второй вход первого сумматора 6 поступает на силовой привод 7, который разгоняет объект 8 регулирования с максимальным ускорением. Когда ЭГСП отработает часть (около половины) рассогласования, сигнал с выхода второго сумматора изменяет знак, меняется знак сигнала и на выходе релейного элемента 15 и релейного анализатора 11 скорости, который поступает на вход интегратора 16, на выходе которого сигнал сначала начинает уменьшаться, доходит до нулевого значения, а затем линейно возрастает, но уже с другим знаком, чем при разгоне объекта 8 регулирования. При перемене знака сигнала на выходе интегратора 16 происходит торможение объекта 8 регулирования. Линейно изменяющийся выход интегратора 16 соединен с вторым входом первого сумматора 6, выход которого подключен к входу электрогидравлического силового привода 7 (вход усилителя 7.1 мощности, выход которого управляет гидроусилителем 7.2). Золотник гидроусилителя 7.2 электрогидравлического силового привода 7 отслеживает линейно изменяющийся сигнал, и изменение перепада давления в полостях гидродвигателя 7.4 силового привода 7 определяется скоростью интегрирования интегратора 16, которая определяется постоянной времени интегратора 16 и величиной выходного сигнала с релейного элемента 15. В свою очередь перепад давлений в полостях гидродвигателя 7.4 силового привода 7 приводит во вращение объект 8 регулирования с определенным ускорением, которое не превышает допустимый момент.

На фиг. 1 кривая II соответствует работе предлагаемого ЭГСП. При этом время переброски золотника гидроусилителя увеличивается в 3,5 раза, а давление уменьшается в 2-2,5 раза, т.е. с времени 0,02 с до 0,07 с. Увеличение времени переброски золотника гидроусилителя на 0,05 с практически не влияет на суммарное время отработки входного сигнала большой величины, которое составляет порядка 3-4 с.

Технический эффект заключается в обеспечении требуемого уровня давлений в гидроприводе, который соответствует заданному для гидропривода ресурсу. Снижение давлений повышает надежность гидропривода ЭГСП большой мощности.

Экономический эффект определяется из сравнения ресурса работы известных и предлагаемого ЭГСП (Смирнова В.И. и др. Основы проектирования и расчета следящих систем. Учебник для техникумов. М.: Машиностроение, 1983).

Фактический ресурс работы ЭГСП

T = T K³_o^,33 K^3,33, где Т_н - номинальный ресурс гидропривода;

_ф, Р_ф, _н, Р_н - фактические и номинальные значения скоростей и давлений в гидроприводе;

К_б - коэффициент безопасности, зависящий от характера нагрузки, К_б=1-2,2, для импульсных всплесков давлений К_б=2,2, для плавных изменений К_б=1;

K - коэффициент, учитывающий конструктивные особенности ходовых частей гидромашин.

Таким образом, при уменьшении выбросов давлений в 2 раза ресурс гидропривода увеличивается более чем в 64 раза, так как = 2^3,33=2^3,33 и К_б^3,33=2,2^3,33.