專利名稱：采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用機(jī)械方法構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。屬于轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)的創(chuàng)新技術(shù)。
現(xiàn)有的轉(zhuǎn)速反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng)中，都是先把被控轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用電子裝置進(jìn)行電信號(hào)的比較、運(yùn)算和放大，去控制大功率電量，最后再轉(zhuǎn)換為輸出轉(zhuǎn)速。這不但增加了大量的高精度機(jī)電或電子轉(zhuǎn)換裝置和部件，使控制系統(tǒng)變得昂貴而復(fù)雜，可靠性降低，維修困難，而且還導(dǎo)致控制精度和效率的下降。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點(diǎn)而提供一種采用轉(zhuǎn)速作為控制信號(hào)，在機(jī)械裝置中直接進(jìn)行轉(zhuǎn)速的比較、運(yùn)算和放大(仍為轉(zhuǎn)速)，然后去控制輸出轉(zhuǎn)速，構(gòu)成采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。本發(fā)明不僅省去了機(jī)電、電子轉(zhuǎn)換裝置和部件，使控制系統(tǒng)簡單價(jià)廉，可靠性高，維修方便，而且其控制精度及效率均有提高。
本發(fā)明的原理圖如附圖所示，包括有主電動(dòng)機(jī)(1)、無級(jí)調(diào)速裝置(2)、轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)、轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)、轉(zhuǎn)速比較器(5)，其中無級(jí)調(diào)速裝置(2)的功率輸入端與主電動(dòng)機(jī)(1)的輸出軸連接，轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)的輸入端與無級(jí)調(diào)速裝置(2)的輸出端連接，轉(zhuǎn)速比較器(5)的兩個(gè)輸入端分別與轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)的輸出端及轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)的輸出端連接，轉(zhuǎn)速比較器(5)的輸出端連接在無級(jí)調(diào)速裝置(2)的控制輸入端。
上述主動(dòng)機(jī)(1)可為三相交流異步電動(dòng)機(jī)，也可為三相交流同步電動(dòng)機(jī)，還可為直流電動(dòng)機(jī)或任何其它動(dòng)力機(jī)械。
上述主電動(dòng)機(jī)(1)與無級(jí)調(diào)速裝置(2)之間還可連接有減速機(jī)構(gòu)(6)。
上述轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)與轉(zhuǎn)速比較器(5)之間還可連接有減速機(jī)構(gòu)(7)。
上述無級(jí)調(diào)速裝置(2)可為機(jī)械式無級(jí)調(diào)速裝置，也可為機(jī)電式無級(jí)調(diào)速裝置，還可為電子式無級(jí)調(diào)速裝置。
上述轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)可為微型直流電動(dòng)機(jī)，也可為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，或?yàn)樽冾l交流微型電動(dòng)機(jī)。
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的具體情況。


圖1為本發(fā)明的原理框圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中轉(zhuǎn)速比較器(5)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中的原理圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例2中轉(zhuǎn)速比較器(5)的結(jié)構(gòu)原理圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例2的原理圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例3中轉(zhuǎn)速比較器(5)的結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1本發(fā)明為用齒輪差速器作轉(zhuǎn)速比較器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，齒輪差速器并不是新東西，但把它用作自控系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速比較器則是一個(gè)新用途。齒輪差速器有外齒差速器、內(nèi)齒差速器和園錐齒輪差速器，但最簡單適用的是園錐齒輪差速器，其結(jié)構(gòu)原理簡圖如圖2所示，轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)的設(shè)定轉(zhuǎn)速nr輸入到中心齒輪A上，轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)的反饋轉(zhuǎn)速nf加在另一中心齒輪B上，nf與nr轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，其轉(zhuǎn)速差ne＝|nr|-|nf|則從兩行星齒輪C的系桿H上輸出。因園錐齒輪差速器的轉(zhuǎn)速關(guān)系為nA+nB＝2nH，故ne＝2nH，即nH＝ne/2。如果把nH用齒輪升速一倍就可以得到ne了。
用齒輪差速器作轉(zhuǎn)速比較器(5)構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，如圖3所示。主電動(dòng)機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速為nm，通過變速比為i＝nm/n的無級(jí)調(diào)速裝置(2)可得到輸出轉(zhuǎn)速n。用齒輪差速器作轉(zhuǎn)速比較器(5)的齒輪B通過轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)與系統(tǒng)輸出連接，本實(shí)施例中轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)為反饋齒輪組(速比為if)，而提供設(shè)定轉(zhuǎn)速的微型直流電動(dòng)機(jī)(3)(轉(zhuǎn)速nd)通過減速比為ir的減速機(jī)構(gòu)(7)聯(lián)接到齒輪A上，其中減速機(jī)構(gòu)(7)為齒輪減速器。設(shè)定轉(zhuǎn)速nr與反饋轉(zhuǎn)速nf通過齒輪差速器進(jìn)行比較，其比較的結(jié)果nH＝(nA+nB)/2經(jīng)過升速齒輪ik得到誤差轉(zhuǎn)速ne＝|nA|-|nB|。根據(jù)此ne的正負(fù)和大小去調(diào)整無級(jí)調(diào)速裝置的調(diào)速器件(如絲杠、電位器等)，改變輸出轉(zhuǎn)速n，從而使系統(tǒng)誤差盡快消除，達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài)(ne＝0)為止。
上述無級(jí)調(diào)速裝置(2)可以是機(jī)械的，如各種機(jī)械無級(jí)變速器，也可以是機(jī)電的，如直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、交流整流子電動(dòng)機(jī)、交流調(diào)壓調(diào)速電動(dòng)機(jī)等，還可以是電子的，如晶閘管直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、可控硅電動(dòng)機(jī)、交流變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)等。用齒輪差速器作轉(zhuǎn)速比較器可以和幾乎所有的無級(jí)調(diào)速裝置構(gòu)成轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，用途極其廣泛。
實(shí)施例2本發(fā)明用差速絲杠作轉(zhuǎn)速比較器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，用差速絲杠作轉(zhuǎn)速比較器主要用于機(jī)械無級(jí)變速器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，也可以用在電位器調(diào)速的各種機(jī)電的、電子的無級(jí)調(diào)速裝置上，組成轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)調(diào)速機(jī)構(gòu)的不同，差速絲杠可以分為簡單差速絲杠和雙頭差速絲杠。雙頭差速絲杠僅用在以雙錐形輪調(diào)速的帶式或鏈?zhǔn)綗o級(jí)調(diào)速裝置中。
簡單差速絲杠的結(jié)構(gòu)原理圖，如圖4所示，設(shè)定轉(zhuǎn)速nr加于絲杠(21)上，反饋轉(zhuǎn)速nf通過滑套(25)和(24)以相同的轉(zhuǎn)動(dòng)方向加在螺母(22)上，轉(zhuǎn)速差ne＝nr-nf轉(zhuǎn)換為螺母的位移加于位移桿(23)上，而位移桿(23)可以與無級(jí)調(diào)速裝置的調(diào)速機(jī)構(gòu)或調(diào)速器件聯(lián)接，達(dá)到自動(dòng)調(diào)速的目的。此種差速絲杠與齒輪齒條結(jié)合幾乎可以與所有的無級(jí)調(diào)速裝置構(gòu)成轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。所構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)的一般構(gòu)成形式如圖5所示。三相交流主電動(dòng)機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速為nm，經(jīng)減速比為io的減速機(jī)構(gòu)(6)輸入到無級(jí)調(diào)速裝置(2)，輸出轉(zhuǎn)速為n。直流微型電動(dòng)機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速為nd，經(jīng)減速比為ir的減速機(jī)構(gòu)(7)變?yōu)樵O(shè)定轉(zhuǎn)速nr與絲杠聯(lián)接，其中減速機(jī)構(gòu)(6)及減速機(jī)構(gòu)(7)為減速齒輪傳動(dòng)付。輸出轉(zhuǎn)速n經(jīng)轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)與滑套聯(lián)結(jié)，轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)為反饋齒輪組，其傳動(dòng)比為if?；讕?dòng)轉(zhuǎn)速比較器(5)的螺母(轉(zhuǎn)速nf)，其轉(zhuǎn)速差ne＝nr-nf轉(zhuǎn)換為螺母的位移Δ1，去調(diào)整無級(jí)調(diào)速裝置(2)的調(diào)速器件或調(diào)速機(jī)構(gòu)，從而使誤差轉(zhuǎn)速ne消除，達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡(ne＝0)為止。
實(shí)施例3本發(fā)明為用雙頭差速絲杠作轉(zhuǎn)速比較器(5)構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，雙頭差速絲杠的結(jié)構(gòu)原理圖如圖6所示，設(shè)定轉(zhuǎn)速nr加于雙頭絲杠(31)上，反饋轉(zhuǎn)速nf以相反的方向加于滑移齒輪(37)上，通過齒輪(36)與(38)分別驅(qū)動(dòng)右旋螺母(35)和左旋螺母(32)，兩螺母分別帶動(dòng)右杠桿(34)和左杠桿(33)進(jìn)行調(diào)速。根據(jù)誤差轉(zhuǎn)速ne的正負(fù)使兩螺母合攏和分開，而ne的大小則與兩螺母移動(dòng)的速度有關(guān)。兩螺母移動(dòng)時(shí)齒輪(36)與(38)可以在滑移齒輪(37)上滑動(dòng)，始終保持嚙合狀態(tài)。雙頭差速絲杠的這種雙滑移齒輪結(jié)構(gòu)也可以用圖5所示的滑套結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，只不過需要用兩個(gè)滑套而已。當(dāng)然簡單差速絲杠的滑套結(jié)構(gòu)也可以用單滑移齒輪來實(shí)現(xiàn)。因此，滑套結(jié)構(gòu)和滑移齒輪結(jié)構(gòu)只是差速絲杠的兩種構(gòu)造型式罷了，可根據(jù)具體情況選擇不同形式，從而達(dá)到簡單、價(jià)廉的目的。雙頭差速絲杠作轉(zhuǎn)速比較器主要用在雙杠桿調(diào)速的無級(jí)變速器中，例如各種帶式、鏈?zhǔn)交螨X鏈?zhǔn)綗o級(jí)變速器；用雙頭差速絲杠作轉(zhuǎn)速比較器(5)所構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)的原理與實(shí)施例2相同。
本發(fā)明采用直接用轉(zhuǎn)速這個(gè)機(jī)械物理量進(jìn)行比較、運(yùn)算和控制，無需像通常的轉(zhuǎn)速自控系統(tǒng)，先將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量，再進(jìn)行電信號(hào)的比較、運(yùn)算、放大，然后再將此電量轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速的復(fù)雜轉(zhuǎn)換過程。因此，這種轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)無需測速發(fā)電機(jī)或其它脈沖測速裝置，僅用幾個(gè)齒輪進(jìn)行測速，其測速精度比任何機(jī)電、電子測速裝置都要高。也無需電子比較器和PI運(yùn)算調(diào)節(jié)器，此種系統(tǒng)本身就具有比例積分運(yùn)算功能。比例放大功能是無級(jí)調(diào)速裝置本身具有的，積分功能來至機(jī)械式轉(zhuǎn)速比較器和調(diào)速絲杠。因?yàn)榇朔N系統(tǒng)只要有誤差ne存在，調(diào)速動(dòng)作就一直在進(jìn)行，動(dòng)作的方向總是使誤差轉(zhuǎn)速ne減少，直至誤差轉(zhuǎn)速ne＝0，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)平衡狀態(tài)為止。由于有積分作用，故此種控制系統(tǒng)為無穩(wěn)態(tài)誤差系統(tǒng)，即無靜差系統(tǒng)。由于無需轉(zhuǎn)速到電量的轉(zhuǎn)換和其逆轉(zhuǎn)換，故無需使用機(jī)電的或電子的測速裝置，僅用幾個(gè)齒輪取代之，也無需電子調(diào)節(jié)器，更無需昂貴的大功率電子元器件及其復(fù)雜的電路。這不但使系統(tǒng)簡單可靠、造價(jià)低、體積小、維修容易，而且還提高了控制精度和效率，使自控系統(tǒng)的構(gòu)成和技術(shù)復(fù)雜性大大簡化。對用機(jī)械無級(jí)變速器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速自控系統(tǒng)，無需外加減速箱即可拖動(dòng)低速大扭矩負(fù)載。本發(fā)明是一種簡單方便實(shí)用的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于包括有主電動(dòng)機(jī)(1)、無級(jí)調(diào)速裝置(2)、轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)、轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)、轉(zhuǎn)速比較器(5)，其中無級(jí)調(diào)速裝置(2)的功率輸入端與主電動(dòng)機(jī)(1)的輸出軸連接，轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)的輸入端與無級(jí)調(diào)速裝置(2)的輸出端連接，轉(zhuǎn)速比較器(5)的輸入端分別與轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)的輸出端及轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)的輸出端連接，轉(zhuǎn)速比較器(5)的輸出端連接在無級(jí)調(diào)速裝置(2)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述主電動(dòng)機(jī)(籠式三相交流電動(dòng)機(jī))(1)與無級(jí)調(diào)速裝置(2)之間還可連接有減速機(jī)構(gòu)(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)與轉(zhuǎn)速比較器(5)之間還可連接有減速機(jī)構(gòu)(7)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述無級(jí)調(diào)速裝置(2)可為機(jī)械式無級(jí)調(diào)速裝置，也可為機(jī)電式無級(jí)調(diào)速裝置，還可為電子式無級(jí)調(diào)速裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)(3)可為微型直流電動(dòng)機(jī)，也可為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，或?yàn)榻涣髯冾l微型電動(dòng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)速反饋裝置(4)可為反饋齒輪組，或鏈傳動(dòng)付。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5或6所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述轉(zhuǎn)速比較器(5)可為齒輪差速器，也可為差速絲杠。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述齒輪差速器可為外齒差速器，也可為內(nèi)齒差速器，或?yàn)閳A錐齒輪差速器。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述差速絲杠可為簡單差速絲杠，也可為雙頭差速絲杠。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述差速絲杠可為滑套式或花鍵式，也可為滑移齒輪式。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于上述滑套(花鍵)式差速絲杠可為單滑套式，也可為雙滑套式。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于滑移齒輪差速絲杠可為單滑移齒輪式，也可為雙滑移齒輪式。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用轉(zhuǎn)速直接反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于主動(dòng)機(jī)(1)可為三相交流電動(dòng)機(jī)，也可為任何直流電動(dòng)機(jī)。
全文摘要
一種用機(jī)械方法構(gòu)成轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的機(jī)械式轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制系統(tǒng)。包括有主電動(dòng)機(jī)、無級(jí)調(diào)速裝置、轉(zhuǎn)速設(shè)定電動(dòng)機(jī)、轉(zhuǎn)速反饋裝置、機(jī)械式轉(zhuǎn)速比較器。本發(fā)明用齒輪差速器或差速絲杠作為轉(zhuǎn)速比較器,直接進(jìn)行轉(zhuǎn)速(設(shè)定轉(zhuǎn)速n
文檔編號(hào)F16H59/04GK1354404SQ0110758
公開日2002年6月19日 申請日期2001年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年2月27日
發(fā)明者孫懷錄, 陳中豪, 李友明 申請人:華南理工大學(xué)