專利名稱：機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，屬于用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速超高精度自動控制的傳動技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行市售的交流或直流轉(zhuǎn)速閉環(huán)自動控制系統(tǒng)，均需外加測速機(jī)或光電脈沖編碼器、電子調(diào)節(jié)器、大功率轉(zhuǎn)換裝置等。具有體積大、結(jié)構(gòu)和技術(shù)復(fù)雜、控制精度不夠高、調(diào)試和維修困難等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有各種轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)的不足，本實(shí)用新型提供一種體積小、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)和技術(shù)簡單、調(diào)試和維修容易、測速和穩(wěn)速精度都極高的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)。
本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是用兩個(gè)齒輪差速器與幾個(gè)齒輪變速器構(gòu)成機(jī)械式雙通道轉(zhuǎn)速補(bǔ)償自動控制系統(tǒng)。包括有主電動機(jī)(1)、轉(zhuǎn)速加減器(2)、微型電動機(jī)(3)、轉(zhuǎn)速比較器(4)、功率回收利用裝置(5)、高精度電源(6)、扭矩(或電流)傳感器(7)、勵(lì)磁控制器(8)、磁粉制動器(9)，齒輪變速器(10)～(15)為連接匹配用，但齒輪變速器(10)還兼作超高精度測速裝置用。其中轉(zhuǎn)速加減器(2)和轉(zhuǎn)速比較器(4)皆用齒輪差速器構(gòu)成。
主電動機(jī)(1)的輸出端通過齒輪變速器(12)與轉(zhuǎn)速加減器(2)的輸入端(即中心齒輪A1)、再通過齒輪變速器(12)和(10)與轉(zhuǎn)速比較器(4)的輸出端(即中心齒輪a)同時(shí)連接；轉(zhuǎn)速比較器(4)的一個(gè)輸入端(即中心齒輪b)通過齒輪變速器(14)和(13)與轉(zhuǎn)速加減器(2)的一個(gè)輸出端(即中心齒輪B1)、再通過齒輪變速器(14)和(15)與功率回收利用裝置(5)及磁粉制動器(9)同時(shí)連接；轉(zhuǎn)速加減器(2)的另一個(gè)輸出端(即行星架系桿H1)與系統(tǒng)的輸出軸(20)連接；轉(zhuǎn)速比較器(4)的另一個(gè)輸入端(即行星架系桿H)通過齒輪變速器(11)與微型電動機(jī)(3)的輸出軸連接；高精度電源(6)除向微型電動機(jī)(3)供電外，還通過扭矩(或電流)傳感器(7)的輸出信號線，自動控制勵(lì)磁控制器(8)向磁粉制動器(9)的勵(lì)磁線圈(25)供電。這樣就可以根據(jù)微型電動機(jī)(3)的轉(zhuǎn)矩大小自動控制磁粉制動器(9)的制動轉(zhuǎn)矩，從而把微型電動機(jī)(3)的輸出轉(zhuǎn)矩或功率限制在一定范圍之內(nèi)，以減小其負(fù)載擾動，有利于參考輸入轉(zhuǎn)速nr的高度穩(wěn)定。
上述主電動機(jī)(1)選用三相交流電動機(jī)、直流電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)或水輪機(jī)。上述微型電動機(jī)(3)選用微型直流穩(wěn)速電動機(jī)、微型交流伺服電動機(jī)或步進(jìn)電動機(jī)。上述轉(zhuǎn)速加減器(2)和轉(zhuǎn)速比較器(4)皆選用內(nèi)齒差速器、外齒差速器或圓錐齒輪差速器。上述功率回收利用裝置(5)選用潤滑油泵、水泵或能量轉(zhuǎn)換裝置。上述磁粉制動器(9)也可代之以氣動制動器、磁渦流制動器或電磁離合器。
本實(shí)用新型的有益效果1.控制精度極高當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足下式的特定條件i1i2ibiAB1＝iab(完全補(bǔ)償條件) (1)時(shí)，則系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速n＝nH1僅成比例地跟隨參考輸入轉(zhuǎn)速nr而變化，完全不再受主電動機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速nm＝n1波動和系統(tǒng)中一切內(nèi)外干擾的影響，即實(shí)現(xiàn)了輸出轉(zhuǎn)速n對參考輸入轉(zhuǎn)速nr的“絕對不變性”跟蹤，其跟蹤關(guān)系式為n＝[ibi2iAB1(1-iab)]nr/[iriab(1-iAB1)](跟蹤公式)(2)上述二式中iAB1為行星架系桿H1固定時(shí)中心齒輪A1到中心齒輪B1的速比；iab為行星架系桿H固定時(shí)中心齒輪a到中心齒輪b的速比；對于圓錐齒輪差速器，其iab＝-1；定義i1＝na./n1，i2＝n0/nb，ib＝nB1/n0，ir＝nr/nH，一般可以不要齒輪變速器(12)，即im＝1。
2.結(jié)構(gòu)和技術(shù)簡單本實(shí)用新型以機(jī)代電、以齒輪變速器(10)取代測速電機(jī)或光電脈沖編碼器、以簡單價(jià)廉的微型電動機(jī)(3)的穩(wěn)速控制取代復(fù)雜昂貴的大功率主電動機(jī)(1)的穩(wěn)速控制。因此使本實(shí)用新型與現(xiàn)有的直流可控硅和交流變頻轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)和技術(shù)簡單、體積小、造價(jià)低、使用和維修容易等。
3.設(shè)計(jì)和調(diào)試簡易因雙通道補(bǔ)償控制系統(tǒng)為開環(huán)控制系統(tǒng)，不存在穩(wěn)定性問題，也不會有多變量耦合的復(fù)雜情況，故有無振蕩、無耦合、設(shè)計(jì)和調(diào)試簡易等優(yōu)越性。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。


圖1為本實(shí)用新型的原理方框圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的原理圖；圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)簡圖。
在圖1中，1.主電動機(jī)，2.轉(zhuǎn)速加減器，3.微型電動機(jī)，4.轉(zhuǎn)速比較器，5.功率回收利用裝置，6.高精度電源，7.扭矩(或電流)傳感器，8.勵(lì)磁控制器，9.磁粉制動器，10～15都是齒輪變速器。
在圖2中，1.籠式三相交流異步電動機(jī)(即主電動機(jī))，2.齒輪差速器(即轉(zhuǎn)速加減器)，3.微型直流穩(wěn)速電動機(jī)(即微型電動機(jī))，4.齒輪差速器(即轉(zhuǎn)速比較器)，5.功率回收利用裝置，6.高精度直流穩(wěn)壓電源，7.線繞電阻(即電流傳感器)，8.勵(lì)磁控制器，9.磁粉制動器，10.兼作測速用的齒輪變速器，11、13～15都是齒輪變速器，20.系統(tǒng)輸出軸，25.勵(lì)磁線圈，26.勵(lì)磁繞組。
在圖3中，2.內(nèi)齒差速器(即轉(zhuǎn)速加減器)，4.圓錐齒輪差速器(即轉(zhuǎn)速比較器)，16.太陽齒輪(即中心齒輪A1)，17.行星架系桿H1，18和18′都是行星齒輪，19.內(nèi)齒輪(即中心齒輪B1)，21.中心齒輪a，22.行星架系桿H，23和23′都是行星齒輪，24.中心齒輪b，27.聯(lián)軸器，其余標(biāo)號皆與圖2相同。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例選用籠式三相交流異步電動機(jī)作為主電動機(jī)(1)，選用內(nèi)齒差速器作為轉(zhuǎn)速加減器(2)，選用微型直流穩(wěn)速電動機(jī)作為微型電動機(jī)(3)，選用圓錐齒輪差速器作為轉(zhuǎn)速比較器(4)，采用潤滑油泵和水泵作為制動功率回收利用裝置(5)；6是高精度直流穩(wěn)壓電源，7是線繞電阻充當(dāng)電流(扭矩)傳感器，8是勵(lì)磁控制器，9是磁粉制動器，10是兼作測速用的齒輪變速器，11、13和15都是齒輪變速器，但齒輪變速器(12)和(14)取消不要。其中內(nèi)齒差速器(2)由太陽齒輪(16)、行星架系桿(17)、行星齒輪(18)和(18′)、內(nèi)齒輪(19)組成，20是系統(tǒng)輸出軸；圓錐齒輪差速器(4)由中心齒輪21)、行星架系桿(22)、行星齒輪(23)和(23′)、中心齒輪(24)組成，25是磁粉制動器的勵(lì)磁線圈，26是微型直流穩(wěn)速電動機(jī)的勵(lì)磁繞組(如為永磁式直流穩(wěn)速電動機(jī)則無)，27是聯(lián)軸器。
本實(shí)用新型的實(shí)施例如圖3所示的那樣構(gòu)成機(jī)械式雙通道轉(zhuǎn)速補(bǔ)償自動控制系統(tǒng)，可以很容易導(dǎo)出雙通道的完全補(bǔ)償條件和轉(zhuǎn)速跟蹤公式，因有i2＝1和iab＝-1，最終可以得出i1＝-1/(ibiAB1)(雙通道完全補(bǔ)償條件) (3)n＝2nr/[iri1(1-iAB1)](轉(zhuǎn)速跟蹤公式) (4)式中的符號同前，此二式是前面的式(1)和式(2)的特例。
當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足完全補(bǔ)償條件式(3)時(shí)，則從轉(zhuǎn)速跟蹤公式(4)可以看出系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)速n僅成比例地跟蹤微型直流穩(wěn)速電動機(jī)(3)的轉(zhuǎn)速nr而變化，完全不再受主電動機(jī)(1)的轉(zhuǎn)速nm波動和系統(tǒng)中一切內(nèi)部擾動和外部干擾的影響，即實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)速n對參考輸入轉(zhuǎn)速nr的“絕對不變性”跟蹤。雙通道完全補(bǔ)償條件也就是“絕對不變性”條件，此條件對本實(shí)用新型至關(guān)重要。
權(quán)利要求1.一種機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，其特征在于包括有主電動機(jī)(1)、轉(zhuǎn)速加減器(2)、微型電動機(jī)(3)、轉(zhuǎn)速比較器(4)、功率回收利用裝置(5)、高精度電源(6)、扭矩傳感器(7)、勵(lì)磁控制器(8)、磁粉制動器(9)，齒輪變速器(10)～(15)根據(jù)需要配置，但齒輪變速器(10)兼作超高精度測速裝置用；其中主電動機(jī)(1)的輸出軸通過齒輪變速器(12)與轉(zhuǎn)速加減器(2)的輸入端、再通過齒輪變速器(12)和(10)與轉(zhuǎn)速比較器(4)的輸出端同時(shí)連接；轉(zhuǎn)速比較器(4)的一個(gè)輸入端通過齒輪變速器(14)和(13)與轉(zhuǎn)速加減器(2)的一個(gè)輸出端、再通過齒輪變速器(14)和(15)與功率回收利用裝置(5)及磁粉制動器(9)同時(shí)連接；轉(zhuǎn)速加減器(2)的另一個(gè)輸出端與系統(tǒng)輸出軸(20)連接；轉(zhuǎn)速比較器(4)的另一個(gè)輸入端通過齒輪變速器(11)與微型電動機(jī)(3)的輸出軸連接；高精度電源(6)除與微型電動機(jī)(3)連接并供電外，還通過扭矩傳感器(7)的輸出信號線與勵(lì)磁控制器(8)連接.并通過勵(lì)磁連線自動控制向磁粉制動器(9)供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，其特征在于上述的主電動機(jī)(1)采用三相交流異步電動機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，其特征在于上述的轉(zhuǎn)速加減器(2)和轉(zhuǎn)速比較器(4)均采用齒輪差速器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，其特征在于上述的微型電動機(jī)(3)采用微型直流穩(wěn)速電動機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，其特征在于上述的功率回收利用裝置(5)采用齒輪油泵和水泵。
專利摘要本實(shí)用新型給出了一種用齒輪裝置構(gòu)成的機(jī)械式超高精度轉(zhuǎn)速自動控制系統(tǒng)，包括有主電動機(jī)、用齒輪差速器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速加減器和轉(zhuǎn)速比較器、微型電動機(jī)及其高精度電源、扭矩(或電流)傳感器、磁粉制動器及其勵(lì)磁控制器、功率回收利用裝置等。采用齒輪變速器作為超高精度測速裝置，組成機(jī)械式雙通道轉(zhuǎn)速補(bǔ)償自動控制系統(tǒng)，在特定條件下可以實(shí)現(xiàn)主通道和補(bǔ)償通道的完全補(bǔ)償，從而使其輸出變量n僅跟蹤參考輸入變量n
文檔編號G05D13/00GK2762200SQ20042004147
公開日2006年3月1日 申請日期2004年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月20日
發(fā)明者孫懷祿, 孫月梅 申請人:孫懷祿, 林德森, 孫廣清, 孫月梅