Позиционный электропривод

 

ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД по авт.св. № 1064409, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, ч, целью повышения точности позиционирования, в него дополнительно введены датчик.деформации , сочлененный с пьезоэлементом , апериодическое звено и пропорциональное звено, причем выход датчика деформации соединен с входом усилителя, пропорциональное звено включено параллельно интегратору, а задатчик положения соединен с входом сумматора через апериодическое звено. 1 (Л CD 4 00 Ntib СХ)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (31) 4(s1) H 02 Р 5/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 1064409 (21) 3659682/24-07 (22) 01.11.83 (46) 30.06.85.Бюл.N - 24 (72) А.А.Никольский (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.718.5 (088,8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

Р 1064409, кл. Н 02 Р 5/06, 1982, (54) (57) ПОЗИШ40ННЫЙ ЭЛЕЕТРОПРИВОД по авт.св. Ф 1064409, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования, в него дополнительно введены датчик.деформации, сочлененный. с пьезоэлементом, апериодическое звено и пропорциональное звено, причем выход датчика деформации соединен с входом усилителя, пропорциональное звено включено параллельно интегратору, .а задатчик положения соединен с входом сумматора через апериодическое звено.

10

20

35

50

1 11

Изобретение относится к электротехнике, в частности к позиционному электроприводу.

Из основного авт.св.N - 1064409 известен позиционный электропривод, содержащий электродвигатель, сочлененный с.подвижной платформой, якорная обмотка которого соединена с преобразователем, последовательно связанные эадатчик положения, сумматор, интегратор, усилитель, пьезо элемент, сочлененный свободным концом с исполнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, интерферометрический датчик положения исполнительного органа, соединенный. своим выходом с вторым входом сумматора, дифференцирующее звено и нелинейное звено типа зоны нечувствительности, причем выход усилителя через нелинейное звено соединен с входом преобразователя, а вход пнтерферометрического датчика положения исполнительного органа через дифференцирующее звено соединен с входом усилителя (11 .

Недостатком известного позиционного электропривода является его чувствительность к вибрационным возмущениям положения исполнительного органа со стороны подвижной платформы. Вибрации исполнительного органа могут возникать при включении электродвигателя перемещения платформы, могут вы.— зываться вибрациями подвижной платформы, связанными с работой посторонне го мех аническо го обо рудов ания, с дрожанием опор и фундамента и т.д.

Такие возмущения бывают обычно незначительными по величине и в грубых позиционных электроприводах могут не учитываться. Однако в известном электроприводе, оснащенном интерфероме",рйческим датчиком положения, обладаощим высокой чувствительностью, вибрацйонные возмущения могут оказаться йедопустимо большими. В тех случаях когда частоты вибрационных возмущений близки к резонансной частоте пьезоэлемента, в электроприводе может даже возникать режим усиления этих вибрационных возмущений.

Вибрационные и направленные перемещения платформы приводят к возникновению дополнительной динамической погрешности позиционирования, ве64848 2 личина которой тем больше, чем выше скорость платформы и отношение массы исполнительного органа к массе платформы.

Цель изобретения — повышение точности позиционирования.

Поставленная цель достигается тем, что в позиционный электропривод дополнительно введены датчик деформации, сочлененный с пьезо.элементом, апериодическое звено и пропорциональное звено, причем выход датчика деформации соединен с входом усилителя, пропорциональное звено включено параллельно интегратору, а задатчик положения соединен с входом сумматора через апериодическое звено.

На чертеже приведена схема позиционного электропривода.

Позиционный электропривод содержит электродвигатель 1, сочлененный с подвижной платформой 2, якорная обмотка которого соединена с преобразователем 3, задатчик положения 4, последовательно соединенные сумматор 5, интегратор 6, усилитель 7, нелинейный элемент 8, выход которого соединен с входом преобразователя 3, выход усилителя 7 соединен с пьезоэлементом 9, сочлененным свободным концом с исполнительным органом 10, а другим концом закрепленным на подвижной платформе 2, интерферометрический. датчик положения 11 исполнительного органа 10, соединенный своим выходом с входом сумматора 5.и через дифференцирующее звено 12 — с входом усилителя 7, датчик деформации 13, сочлененный с пьезоэлементом 9, апериодическое звено 14 и пропорциональное звено 15, причем выход датчика деформации 13 соединен с входом усилителя 7, пропорциональное звено 15 включено параллельно интегратору 6, а задатчик положения 4 соединен с входом сумматора 5 через апериодическое звено 14 °

В качестве датчика деформации 13 пьезоэлемента 9 могут быть использованы любые известные датчики малых перемещений, емкостные, индукционные, фотодатчики и т.д. От датчика деформации 13 не требуется высокой точности, поскольку она не влияет на статическую точность системы в целом.

48 чиком положения 4 и сумматором 5, 3 11648

Электропривод работает следующим образом.

Задающий сигнал от задатчика по ложения 4 через апериодическое зве-. но 14 поступает на вход сумматора 5, где алгебраически суммируется с имеющим обратный знак сигналом обратной связи по положению исполнительного органа 10 поступающим от интерферометрического датчика положения 1 1, 10

Сигнал рассогласования с выхода сумматора 5 поступает на входы вклю- ченных параллельно интегратора 6 и пропорционального звена 15. Сигнал с выхода параллельно включенных интегратора 6 и пропорционального звена 15 поступает на вход усилителя 7, выходное напряжение которого управляет положением пьезоэлемента 9. Пьезоэлемент 9 деформируется и перемещает исполнительный орган 10 на расстояние, пропорциональное изменению напряжения на выходе усилителя 7. Одновременно напряжение с выхода усилителя 7 через нелинейный элемент 8, 25 имеющий характеристику типа зоны нечувствительности, поступает на преобразователь 3, выходное напряжение которого управляет электродвигателем 1, предназначенным для перемещения подвижной платформы.2 вместе с установленным на ней пьезоэлементом 9. Если напряжение, приложенное к пьезоэлементу 9, меньше зоны нечувствительности нелинейного элемента 8, то включения электродви.— гателя 1 перемещения подвижной платформы 2 не происходит. В противном случаа на выходе нелинейного элемента 8 появляется сигнал, поступающий 4О на вход преобразователя 3, управляющего электродвигателем 1 перемещения подвижной платформы 2, которая перемещается вместе с установленным на ней пьезоэлементом 9 и исполни- 45 тельным органом 10. При этом напряжение на выходе усилителя 7 уменьшается и входит в зону нечувствительности нелинейного элемента 8, после чего происходит от/ ключение эле ктродви гателя 1.

Сигнал по положению исполнипо скорости перемещения исполнитель- ного органа 10. Соответствующим выбором коэффициентов усиления дифференцирующего звена 12, интегратора 6 и коэффициентов усиления по входам сумматора 5 можно получить любую из известных оптимальных настроек системы. Вибрации подвижной платформы 2 вызывают смещение в пространстве закрепленного на ней конца пьезоэлемента 9 по отношению к его другому концу, на котором закреплен исполнительный орган 10. Относительное смещение концов пьезоэлемента 9 воспринимается датчиком деформации 13, сочлененным с пьезоэлементом 9 ° Сигнал с выхода датчика деформации 13, пропорциональный деформации пьезоэлемента 9, поступает со знаком плюс на вход усилителя 7.

Такое выполнение злектропривода позволяет снизить чувствительность его к вибрационным возм щениям положения исполнительного органа 10 со стороны подвижной платформы 2 за счет введения компенсирующей положительной обратной связи по деформации пьезоэлемента 9.

Однако введение одной только компенсирующей положительной обратной связи по деформации пьезоэлемента 9 снижает запас устойчивости cHcTpNbt, При полной нечувствительности электропривода к вибрационным воз..ущениям со стороны подвиж-. ной платформы система становится неустойчивой. Восстановление требуемого запаса устойчивости осуществляется за счет введения пропорционального звена 15, подключаемого параллельно интегратору 6, и соответствующего выбора коэффициента усиления пропорционального звена 15. Однако пропорциональное звено 15 восстанавУ ливая устойчивость электропривода, приводит к некоторой формировке переходных процессов в системе при отработке задания по положению и может ухудшить их качество. Апериодическое звено 14, включенное межДу задаттельного органа 10 с выхода интерферометрического датчика положения 11 поступает через дифференцирующее зве-55 но 1,2 на вход усилителя 7. При этом на выходе дифференцирующего звена 12 формируется корректирующий сигнал восстанавливает исходное качество динамических процессов отработки изменений заданного положения испол нительного органа 10.

Позиционный электропривод при соответствующей настройке нечувствителен к вибрационным возмущениям

Составитель Ю.Воробьев

Редактор М.Циткина Техред А.Бабинец

Корректор А.Зимокосов

Заказ 4196/52 Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открв|тий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

5 . 11 со стороны подвижной платформы 2.

Реакция электропривода на изменение задания и на изменение нагрузки, приложенной к исполнительному рргану 10 идентична реакции на эти воздействия пьезоэлемейтв 9. В предлагаемом электроприводе отсутствует дополнительная динамическая ошибка по положению исполнительного ор64848 6 гана 10 а также значительно лучше отрабатываются. возмущения, связанные с вибрациями интерферометрического датчика положения 11.

Таким образом, электропривод позволяет в несколько раэ повысить точность позиционирования в условиях вибрации оборудования.