Электропривод координаты манипулятора

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для механизмов, момент инерции которых зависит от его положения в пространстве . Повышение надежности достигается обеспечением требуемого коэффициента демпфирования в электроприводе с упругой связью за счет оптимальной настройки регулятора скорости. Управление электроприводом постоянного тока осуществляется по принципу подчиненного регулирования, при этом параллельно конденсатору 3 в цепи обратной связи пропорционально-интег-, рального регулятора 2 скорости включен нелинейный элемент 14, управляемый в функции положения манипулятора, т.е. изменяющегося момента инерции. Блок 13 определения момента инерции выполнен в виде функционального преобразователя , реализующего зависимость соотношения масс электроприво- :да от положения манипулятора в прост- .ранстве. 5 ил. i W

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК Н 4 Н 02 P 5/06

ВСГ" " a

13, .И

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3934125/24-07 (22) 23.07.85 (46) 15.01,87. Бюл. N - 2 (7 1) Московский энергетический институт (72) В.И.Ключев, Ю.M. Сафонов, А.А.Копесбаева и Н.Е.Воробьев (53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) (56) Ю.А.Холютин. Приводы и элементы систем управления роботами и манипуляторами. Л., 1982, с. 75.

Авторское свидетельство СССР

В 1004964, кд. С 05 В 11/01, 1983. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД КООРДИНАТЫ МАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для механизмов, момент инерции которых зависит от его положения в простран,.SUÄÄ 1283924: А1 стве. Повышение надежности достигается обеспечением требуемого коэффициента демпфирования в электроприводе с упругой связью за счет оптимальной настройки регулятора скорости. Управление электроприводом постоянного тока осуществляется bio принцчпу подчи. ненного регулирования, при этом па раллельно конденсатору 3 в цепи обратной связи пропорционально-интег-, рального.регулятора 2 скорости включен нелинейный элемент 14, управляемый в функции положения манипулятора, т.е. изменяющегося момента инерции.

Блок 13 определения момента инерции выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего зависимость соотношения масс электропривода от положения манипулятора в прост.ранстве. 5 ил.

1283924

- z+iz

1 Т„Т, (Т + Т ) 1г

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам роботов и манипуляторов, и может найти применение для механизмов, момент инерций которых зависит от его положения в пространстве.

Цель изобретения — повышение надежности работы, быстродействия и точности позиционирования электропривода координаты манипулятора. f0

На фиг. 1 изображена структурная схема электропривода; на фиг.2 — зависимость коэффициента демпфирования от соотношения постоянных регулятора скорости с нелинейным элементом в f5 цепи обратной связи для различных значений параметра механической части привода; на фиг ° 3 — характеристика нелинейного элемента; на фиг.4 характеристика блока определения мо- 20 мента инерции; на фиг.5 — электрическая схема функционального преобразователя реализующего характеристику блока определения момента инерции.

Электропривод (фиг.1) содержит последовательно соединенные регулятор 1 положения, самонастраивающийся регулятор 2 скорости с последовательно включенными конценсатором 3 и резистором 4 в цепи обратной связи и 30 регулятор 5 тока, выход которого подключен к цепи управления преобразователя 6, подключенного к якорной обмотке двигателя ?. К входам регуляторов 5 и 2 подключены датчики 8, 9 со- 35 . ответственно тока и скорости. Вал ,цвигателя 7 соединен через упругий элемент 10 с механизмом 11, а вал механизма 11 связан с датчиком 12 положения, представляющего собой пе- 40 ременный многообмоточный потенциометр. Сигнал с датчика 12 положения поступает на вход регулятора 1 положения и на вход блока 13 определения момента инерции механизма, представ-: 45 ляющего собой функциональный прео6разователь реализующий зависимость, представленную на фиг.4. Блок 13 оп— .ределения момента инерции своим выходом соединен с входом нелинейного 50 элемента 14, шунтирующего конденса- тор в обратной связи регулятора 2 сКорости.

Злектропривод работает следующим образом..

Механическая часть привода характеризуется параметром

Тм + Та.

1= — — — где I — момент инерции двигателя, I м — момент инерции механизма. Характеристическое уравнения для приведенной системы имеет вид:

ТмТ Тi 9 (Тэ+ Tz)ТмТг 4 р +о р+ 1г г +<1

+ (Т, +г — -- р) + 1 = О.

ТмТ

Как видно из этого уравнения, корни его, а следовательно, и коэффициент демпфирования определяются значением параметров

Q,„= „— частоты

Т+ I свободных колебаний и т соотношения масс упругой электромеханической системы. В электроприводе координаты манипулятора в связи с переменным характером I эти параметры также переменны, что вызывает изменение демпфирования в системе. Зависимость максимального коэффициента демпфирования от параметра механической части g имеет нелинейный вид (фиг.2). Причем эта нелинейность моI жет быть различного рода для конкретной структуры привода.

Для поддержания на максимальном уровне коэффициента демпфирования при изменении в процессе работы момента инерции (при изменении и Q ) необходимо изменять параметры регулятора скорости.

Регулятор скорости имеет вид передаточной функции

ы(р) = к -- - — — к

Т1 + 1, Rt+ RHý

Рсу I9+ 1 I9c Я г ос

Ri нэС

Т = ---- — Т = R С

9 г нз нэ где Т,,Т2,T 9Тм — постоянные времени;

RI — сопротивление в цепи обратной связи регулятора.

Значения постоянных времени Тг и

Т2 зависят от сопротивления нелинейного элемента R з9 от соотношения

Т, /Т, в свою очередь будет зависеть демпфирование в системе. Таким обраФормула и з обретения

R„ý 0,5R, /(tI" — 1), 3 1283 зом, нелинейный элемент 14 для каждого значения должен установить такое значение к„, при котором будет максимальное демпфирование. Оценено влияние Тг/Т, на демпфирование электропривода .и выяснено, что в области малых значений Т 2,5 целесообразно принимать Т /Т, в диапазоне от 1 до

4. Причем повьш;ение Тг/Т„больше 4 практически не изменяет коэффициент деытфирования, а отношение Т /Т< = 1 равносильно применению в системе подчиненного регулирования П-регулятора скорости. -Экспериментальные зависимости коэффициента демпфирования ко- 15 лебаний Я от параметров регулятора

Т /Т для различных значений соотношения масс позволили выявить зависимо ть Енз= 0,5R,/(g 1) для малых значений g 2,5 (фиг.З).

При изменении положения механизма

11 изменяется сигнал Х/X „ с датчика

12 положения, поступающий на вход блока 13 определения момента инерции, имеющего характеристику ) = =F (Х/Х„,,) 25 на фиг.4, где П1 — напряжение смещения, созданное опорным источником напряжения и соответствующее начальной точке характеристики; Б,П,U4— напряжения смещения, созданные опор- 30 ными источниками тока и соответствуюшие точкам перегиба. характеристики;

Yl 72 — операционные усилители.

Сигнал о значении соотношений моментов инерции с блока-13 опреде-" ления момента инерции поступает на вход нелинейного элемента 14, который согласно характеристики (фиг.3) выбирает новое значение соПротивления

В„э=- 0,5R /(I| — 1) или (что тоже са- 40 мое для нового значения I ) новое значение R

Параметры регулятора скорости та- ковы, что сигнал управления на входе управляемого преобразователя 6 при, 45 неизменном сигнале на входе системы и неизменном значении момент инерции механизма llII на выходе системы обеспечивает оптимально возможное демпфирование, т.е. наименьшее время 50 переходного процесса, наилучшее быстродействие и максимальную надежность. Компенсация влияния возмуще934 4 ния позволяет поддерживать наибольшую точность позиционирования. С ростом коэффициента я уменьшается время затухания и амплитуда колебаний и, соответственно, увеличивается надежность и быстродействие электропривода.

Злектропривод координаты манипулятора, содержащий электродвигатель, соединенный через упругий элемент с механизмом и подключенный к преобразователю, в цепь управления которого включены последовательно соединенные регулятор положения, самонастраивающийся регулятор скорости в виде операционного усилителя с последовательно включенными резистором и конденсатором в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также датчики положения механизма, скорости и тока, под- ключенные к входам соответствующих регуляторов, и блок определения момента инерции механизма, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности работы, быстродействия и точности позиционирования электропривода, в него введен нелинейный элемент, реализующий зависимость где К„, — сопротивление нелинейного элемента; R1 — сопротивление в обратной связи регулятора скорости; (Ти + Тг) соотношение масс упру 3 гой электромеханической системы, где

I — момент инерции механизма; Т момент инерции двигателя, а блок определения момента инерции выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего зависимость, представленную на фиг.4, при этом вход блока определения момента инерции подключен к выходу датчика положения, а его выход соединен с управляющим входом нелинейного элемента, включенного параллельно конденсатору в цепи обратной связи регулятора скорости.

i283924

1283924

Составитель М.Кряхтунова

Техред В.Кадар Корректор M Ïoæî

Редактор А.Долинич

Заказ 7456/56 Тираж 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4