采用转速直接反馈的机械式转速自动控制系统 本发明涉及采用机械方法构成转速负反馈的机械式转速自动控制系统。属于转速反馈自动控制系统的创新技术。
现有的转速反馈自动控制系统中，都是先把被控转速转换为电信号，然后用电子装置进行电信号的比较、运算和放大，去控制大功率电量，最后再转换为输出转速。这不但增加了大量的高精度机电或电子转换装置和部件，使控制系统变得昂贵而复杂，可靠性降低，维修困难，而且还导致控制精度和效率的下降。
本发明的目的在于克服上述缺点而提供一种采用转速作为控制信号，在机械装置中直接进行转速的比较、运算和放大(仍为转速)，然后去控制输出转速，构成采用转速直接反馈的机械式转速自动控制系统。本发明不仅省去了机电、电子转换装置和部件，使控制系统简单价廉，可靠性高，维修方便，而且其控制精度及效率均有提高。
本发明的原理图如附图所示，包括有主电动机(1)、无级调速装置(2)、转速设定电动机(3)、转速反馈装置(4)、转速比较器(5)，其中无级调速装置(2)的功率输入端与主电动机(1)的输出轴连接，转速反馈装置(4)的输入端与无级调速装置(2)的输出端连接，转速比较器(5)的两个输入端分别与转速设定电动机(3)的输出端及转速反馈装置(4)的输出端连接，转速比较器(5)的输出端连接在无级调速装置(2)地控制输入端。
上述主动机(1)可为三相交流异步电动机，也可为三相交流同步电动机，还可为直流电动机或任何其它动力机械。
上述主电动机(1)与无级调速装置(2)之间还可连接有减速机构(6)。
上述转速设定电动机(3)与转速比较器(5)之间还可连接有减速机构(7)。
上述无级调速装置(2)可为机械式无级调速装置，也可为机电式无级调速装置，还可为电子式无级调速装置。
上述转速设定电动机(3)可为微型直流电动机，也可为步进电动机，或为变频交流微型电动机。
下面结合实施例详细说明本发明的具体情况。
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明实施例1中转速比较器(5)的结构原理图；
图3为本发明实施例1中的原理图；
图4为本发明实施例2中转速比较器(5)的结构原理图；
图5为本发明实施例2的原理图；
图6为本发明实施例3中转速比较器(5)的结构示意图。
实施例1：
本发明为用齿轮差速器作转速比较器构成的转速自动控制系统，齿轮差速器并不是新东西，但把它用作自控系统中的转速比较器则是一个新用途。齿轮差速器有外齿差速器、内齿差速器和园锥齿轮差速器，但最简单适用的是园锥齿轮差速器，其结构原理简图如图2所示，转速设定电动机(3)的设定转速nr输入到中心齿轮A上，转速反馈装置(4)的反馈转速nf加在另一中心齿轮B上，nf与nr转动方向相反，其转速差ne＝|nr|-|nf|则从两行星齿轮C的系杆H上输出。因园锥齿轮差速器的转速关系为nA+nB＝2nH，故ne＝2nH，即nH＝ne/2。如果把nH用齿轮升速一倍就可以得到ne了。
用齿轮差速器作转速比较器(5)构成的转速自动控制系统，如图3所示。主电动机(1)的转速为nm，通过变速比为i＝nm/n的无级调速装置(2)可得到输出转速n。用齿轮差速器作转速比较器(5)的齿轮B通过转速反馈装置(4)与系统输出连接，本实施例中转速反馈装置(4)为反馈齿轮组(速比为if)，而提供设定转速的微型直流电动机(3)(转速nd)通过减速比为ir的减速机构(7)联接到齿轮A上，其中减速机构(7)为齿轮减速器。设定转速nr与反馈转速nf通过齿轮差速器进行比较，其比较的结果nH＝(nA+nB)/2经过升速齿轮ik得到误差转速ne＝|nA|-|nB|。根据此ne的正负和大小去调整无级调速装置的调速器件(如丝杠、电位器等)，改变输出转速n，从而使系统误差尽快消除，达到稳态平衡状态(ne＝0)为止。
上述无级调速装置(2)可以是机械的，如各种机械无级变速器，也可以是机电的，如直流调速电动机、电磁调速电动机、交流整流子电动机、交流调压调速电动机等，还可以是电子的，如晶闸管直流调速电动机、可控硅电动机、交流变频调速电动机等。用齿轮差速器作转速比较器可以和几乎所有的无级调速装置构成转速自动控制系统，用途极其广泛。
实施例2：
本发明用差速丝杠作转速比较器构成的转速自动控制系统，用差速丝杠作转速比较器主要用于机械无级变速器构成的转速自动控制系统，也可以用在电位器调速的各种机电的、电子的无级调速装置上，组成转速自动控制系统。根据调速机构的不同，差速丝杠可以分为简单差速丝杠和双头差速丝杠。双头差速丝杠仅用在以双锥形轮调速的带式或链式无级调速装置中。
简单差速丝杠的结构原理图，如图4所示，设定转速nr加于丝杠(21)上，反馈转速nf通过滑套(25)和(24)以相同的转动方向加在螺母(22)上，转速差ne＝nr-nf转换为螺母的位移加于位移杆(23)上，而位移杆(23)可以与无级调速装置的调速机构或调速器件联接，达到自动调速的目的。此种差速丝杠与齿轮齿条结合几乎可以与所有的无级调速装置构成转速自动控制系统。所构成的转速自动控制系统的一般构成形式如图5所示。三相交流主电动机(1)的转速为nm，经减速比为io的减速机构(6)输入到无级调速装置(2)，输出转速为n。直流微型电动机(3)的转速为nd，经减速比为ir的减速机构(7)变为设定转速nr与丝杠联接，其中减速机构(6)及减速机构(7)为减速齿轮传动付。输出转速n经转速反馈装置(4)与滑套联结，转速反馈装置(4)为反馈齿轮组，其传动比为if。滑套带动转速比较器(5)的螺母(转速nf)，其转速差ne＝nr-nf转换为螺母的位移Δ1，去调整无级调速装置(2)的调速器件或调速机构，从而使误差转速ne消除，达到稳态平衡(ne＝0)为止。
实施例3：
本发明为用双头差速丝杠作转速比较器(5)构成的转速自动控制系统，双头差速丝杠的结构原理图如图6所示，设定转速nr加于双头丝杠(31)上，反馈转速nf以相反的方向加于滑移齿轮(37)上，通过齿轮(36)与(38)分别驱动右旋螺母(35)和左旋螺母(32)，两螺母分别带动右杠杆(34)和左杠杆(33)进行调速。根据误差转速ne的正负使两螺母合拢和分开，而ne的大小则与两螺母移动的速度有关。两螺母移动时齿轮(36)与(38)可以在滑移齿轮(37)上滑动，始终保持啮合状态。双头差速丝杠的这种双滑移齿轮结构也可以用图5所示的滑套结构来实现，只不过需要用两个滑套而已。当然简单差速丝杠的滑套结构也可以用单滑移齿轮来实现。因此，滑套结构和滑移齿轮结构只是差速丝杠的两种构造型式罢了，可根据具体情况选择不同形式，从而达到简单、价廉的目的。双头差速丝杠作转速比较器主要用在双杠杆调速的无级变速器中，例如各种带式、链式或齿链式无级变速器；用双头差速丝杠作转速比较器(5)所构成的转速自动控制系统的原理与实施例2相同。
本发明采用直接用转速这个机械物理量进行比较、运算和控制，无需像通常的转速自控系统，先将转速转换为电量，再进行电信号的比较、运算、放大，然后再将此电量转换为转速的复杂转换过程。因此，这种转速自动控制系统无需测速发电机或其它脉冲测速装置，仅用几个齿轮进行测速，其测速精度比任何机电、电子测速装置都要高。也无需电子比较器和PI运算调节器，此种系统本身就具有比例积分运算功能。比例放大功能是无级调速装置本身具有的，积分功能来至机械式转速比较器和调速丝杠。因为此种系统只要有误差ne存在，调速动作就一直在进行，动作的方向总是使误差转速ne减少，直至误差转速ne＝0，系统达到稳态平衡状态为止。由于有积分作用，故此种控制系统为无稳态误差系统，即无静差系统。由于无需转速到电量的转换和其逆转换，故无需使用机电的或电子的测速装置，仅用几个齿轮取代之，也无需电子调节器，更无需昂贵的大功率电子元器件及其复杂的电路。这不但使系统简单可靠、造价低、体积小、维修容易，而且还提高了控制精度和效率，使自控系统的构成和技术复杂性大大简化。对用机械无级变速器构成的转速自控系统，无需外加减速箱即可拖动低速大扭矩负载。本发明是一种简单方便实用的采用转速直接反馈的机械式转速自动控制系统。