Способ программного управления приводом
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано вробототехнических установках с программным управлением, включающих электропривод с синхронным, в частности с шаговыми двигателями. Цель изобретения - повышение устойчивости движения и снижение динамической погрешности. Способ программного управления приводом, содержащим шаговый электродвигатель, подключенный к управляемо у инвертору тока, включает подачу на вход привода управляющего воздействия, электрическое дробление шага, сравнение заданного упг равляемого параметра с его текущим значением и изменение тока инвертора в соответствии с результатом сравнения . Б качестве управляемого параметра используют электромагнитную мощность , измеряют напряжение и токи на разных обмотках двигателя, вычисляют мгновенное значение электромагнитной мощности, сравнивают ее с программнозаданным значением, их разность преобразуют в сигнал коррекции, который добавляют к программно-заданному управляющему воздействию. Для преобразования разностного сигнала в сигнал коррекции интегрируют разностный сигнал и суммируют его с результатом интегрирования. Способ программного управления приводом позволяет повысить устойчивость движения, снизить динамическую погрешность, отказаться от датчиков обратной связи по положению подвижного элемента и унифицировать структуру привода независимо от конструкции двигателя. 3 з.п. ф-лы. 4 ил. с $5 4 СО со со
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51 )4 Н 02 Р 8 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
RO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 } 4167307/24-0/ (22) 2Ь.12.8Ь (4Ь) 15.0Ь.88. Бюл. М 22 (71) MocKoBcI 2. Bechtle В. et, al. Delaced closed loop scheme for stepping motor control. IBM $ Res and Development, 1976, 20, N 3, 235-243. (54 ) СПОСОБ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ (57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в робототехнических установках с программным управлением, включающих электропривод с синхронным, в частности с шаговыми двигателями. Цель изобретения — повышение устойчивости движения и снижение динамической погрешности. Способ программного управления приводом, содержащим шаговый электродвигатель, подключенный „„SU 1403330 А 1 к управляемому инвертору тока, включает подачу на вход привода управляющего воздействия, электрическое дробление шага, сравнение заданного управляемого параметра с его текуц1им значением и изменение тока инвертора в соответствии с результатом сравнения. В качестве управляемого параметра используют электромагнитную моцность, измеряют напряжение и токи на разных обмотках двигателя, вычисляют мгновенное значение электромагнитной мощности, сравнивают ее с программнозаданным значением, их разность преобразуют в сигнал коррекции, который добавляют к программно-заданному управляющему воздействию. Для преобразования разностного сигнала в сигнал коррекции интегрируют разностный сигнал и суммируют его с результатом интегрирования. Способ программного управления приводом позволяет повысить устойчивость движения, снизить динамическую погрешность, отказаться от датчиков обратной связи по положению подвижного элемента и унифицировать структуру привода независимо от конструкции двигателя. 3 з.п. ф-лы. 4 ил. )403330 30 — — M s in(-9)- —р макс 1мек где электрическая скорость выходного подвижного элемента; число пар полюсов; максимальный статический синхронизирующий момент; мгновенное положение Р„ ма кс 40 результирующего вектора тока статора; перемещение выходного подвижного элемента.! 45 В приборных робототехнических системах, где возмущающие воздействия на привод детерминированы, можно рассчитать требуемый закон программного изменения скорости d9/cLt„, а также 50 механической мощности Рпо, и реализовать их в виде задания. Случайные изменения возмущающих воздействий приведут к отклонениям фактического значения Р (t) от Рпро„(1 ) ° Величиме х прог ° 55 ну ЬР = Рме„(t) — Рп ог(т.) можно использовать для целей коррекции программы nsmKeHHH ((t) = (прог + 5 нием и повышенными требованиями к точности отработки движения. Цель изобретения — повышение устойчивости движения и снижение динамической погрешности. 10 Сущность способа программного управления шаговым электроприводом с коррекцией ошибки отработки траектории заключается в следующем. Программно-управляемый шаговый электропривод строится, как правило, с использованием электрического дробления шага в сочетании с управляемыми инверторами тока. При этом задание программного движения сводится щ к программному заданию положения результирующего вектора тока статора „ относительно неподвижных осей .статора при поддержании амплитуды вектора тока неизменной. 25 В этих условиях мгновенное значение механической мощности Р,„, развиваемой двигателем, определяется выражением нической мощности при случайных набросах и сбросах нагрузки. Механическая мощность, как управляемый параметр обладает следующими преимуществами. Во-первых; она является производной магнитной энергии и отражает ее изменения в поле связи статора и ротора в процессе электромеханического преобразования. Во-вторых, для целого класса режимов работы со знакопеременным нарушением условий эксплуатации мощность изменяется в ограниченных пределах, что позволяет легко установить эталон сравнения (базу отсчета). При этом устройство регистрации получается в виде нуль-органа, что обеспечивает высокую точность, В -третьих, использование мощности в качестве управляемого параметра позволяет не различать физическую природу возмущающего фактора, т,е. происходит ли воздействие из электрической цепи (нарушение питания), магнитной цепи (зубчатость, ассиметрия магннтопровода) или механической цепи (условия нагружения). В-четвертых, регистрация механической мощности может быть осуществлена в чисто электрическом виде, т.е. без посредства:специальных электромеханических датчиков, что позволяет унифицировать аппаратуру управления замкнутой структурой вне зависимости от типа двигателя и вида движения. При соблюдении условий питания обмоток двигателя от источника с харакJ теристиками, близкими к источнику тока с жесткой синуснокосинусной связью между токами фазi = 2 ма„cos )((1 Д iì à ê ñ si (((t)) механическая мощность может бить определена на основе решения уравнения баланса мощностей Рэм Рмех + Рмаг ° Имеются две характерные ситуации, в которых использование мощности в качестве управляющей величины имеет различия: природа нарушения программного режима — периодическая; длительные, необратимые изменения условий эксплуатации типа сброс или наброс нагрузки. Эти две ситуации вызвали модификацию способа. 1403330 В I«:.рвом сл ча» эталонная неличиI(3 мощности, принимаемая за базу сравнения и задания, программно остается неизменной Во втором случае программно-заданная мощность подвергается коррекции. На фиг.1 изображена модель 2-х фазного электродвигателя с независимым возбуждением; на фиг.2 — схема 1О устройства программного управления; на фиг.3 — устройство с коррекцией программно-заданной мощности; на фиг.4 (а,б,в) — графики моделирования работы устройства. 15 Устройство программного управления (фиг.2) состоит из блока 1 управления разомкнутого шагового привода, включающего узел 2 электрического дробления шага, управляемый инвертор 20 3 тока и шаговый двигатель 4. Электрические входы шагового двигателя соединены дополнительно с блоком 5 вычисления электромагнитной мощности за вычетом мощности потерь, выход которого подключен к одному из входов блока Ь сравнения. Второй вход блока сравнения является входом 7 устройства программного задания механической мощности 1- „ (t). Выход блока 6 срав- 30 нения через интегратор 8 и линейный усилитель 9 соединен с сумматором 10, третий вход 11 которого является входом устройства для задания программы движения 11 „ „(t ). Выход блока 10 35 соединен с входом узла 2 электрического дробления шага. Устройство с коррекцией программно-заданной моцности (фиг.3) содержит блок 12, подключенный выходом 40 к входу 7 и преобразующим программнозаданное на первом входе 13 значение скорости Я(I (t) в задаваемое значеP ние механической мощности Р„(t), другой вход блока 12 через ключевой 45 каскад 14, таймер 15 и оперативное запоминающее устройство 16 подключен к выходу блока 6 сравнения, и блоком 17 — преобразователем программно-заданного значения скорости в программно"заданное значение перемещения привода. Вход блока 17 соединен с входом 13 устройства, а выход — с входом 1 Г сумматора 10. Устройство (фиг.2) работает следующим образом. На входы 7 и 10 параллельно от программного носителя поступают два информационных потока, содержащие )(анные о требуемом перемещении е ();) (вход 11)и о соответствующем ему программном значении механической моцности Р„ (t) (вход 7). Каждой команде на входе 10 устройства соответствует определенное положение результирующего вектора тока Х((1 ) и реальная механическая координата 9 . IIJIQTHocTb электромеханических мех состояний зависит от разрешающей способности блока 2 электрического дробления шага, преобразующего дискретные команды в уровни таков, и блока 3 инвертора тока, обеспечивающего заданные уровни тока непосредственно в фазных обмотках шагового двигателя. В процессе отработки программы ((;) электрическое состояние шагового двигателя меняется. Для контроля этого состояния одновременно во всех включенных фазах шагового двигателя измеряются токи и напряжения, а затем в блоке 5 рассчитывается мгновенное значение механической мощности Р.,„() = 1, i, - i,R + Uzi .г . ail ai„ Б+Ы вЂ” — ---Li z. Ж Ж где U,, U, i,, — напряжение на фазах и токи фаз; Я, L — - активное сопротивление и индуктивность фазы. Полученная в,результате расчета реальная механическая мощность сравнивается в блоке 6 с программно-заданной. Результат сравнения 5 P(t) = Р„ (4) - Рме„(t) с выхода блока 6 сравнения через интегратор 8 и линейный усилитель поступает на сумматор 9, где с учетом знака складывается с числом, представляющим програм" му движения 1 „ (1). Математическое моделирование, по-. казало, что пропорциональноинтеграль" ная функция 1 с) „, = к,сг(с) + к,)(сг(с)ас, о реализуемая в результате суммирования сигналов интеграторов и линейного усилителя, оптимизируется при К, = 30, К = 60-100. Результат суммирования поступает на вход блока 2 дробления шага, При этом резуль" тирующий вектор тока i(g) получает корректирующее смещение относительно программного состояния T.(f)„p в направлении уменьшения t),Р(1). 5 14033 В режиме фиксации позиции „ (1) = const имеем Р (t) = const. Случайпр ные возмущения со стороны нагрузки или наличие свободных колебаний рото5 ра (последствие) приводят к появлению L P(t ) . В этом случае канал коррекции выполняет роль демпфирующей цепи, Устройство (фиг.3) работает сле- 1р 1цующим образом. На вход 14 поступает программа скорости Я, (t) движения подвижного элемента. В олоке 17 входная информа-! дия преобразуется в сигнал програм- l5 мно-заданноrо перемещения $ „ (t) и поступает на вход 11 сумматора 10.0дйовременно B блоке 12 входная инфорМация преобразуется в сигнал прог аммно-заданной механической мощнос- 20 и и поступает на вход 7. В процессе отработки программы при воздействии внешних факторов изеняется энергетическое состояние двигателя, а на выходе. блока 6 срав- 25 йения вырабатывается сигнал рассогласования P(t), который через интегратор 8 и линейный усилитель 9 в виде приращения Ь ((t) суммируется с программно-заданным значением „ (1), 3Р Одновременно сигнал hP(t) постуйает оперативное запоминающее устройсто 16, в котором осуществляется sanoинанне амплитудного значения Д P(t), и в таймер 15. Через один период Собственных колебаний с момента возмущения по нагрузке, т.е. в момент времени t=T мгновенное положение привода совпадает с программным. Если в этот момент времени скорректи- 4р ровать программу движения, то переходный процесс прекращается и далее привод строго подчиняется программе, Если время t существования разностного сигнала. 1 а Т, где Т, — пери- 45 од собственных колебаний привода, то выходной сигнал блока ОЗУ 16 блокируется таймером при прохождении через ключевой каскад 13. Если время Существования помехи t < Т, то в со- 5р ответствии с амплитудой Д Р> хранящейся в ОЗУ 16 на выходе блока 13 вырабатывается сигнал, уменьшающий или увеличивающий Р„ (т,). Способ управления был исследован методами математического моделирования. На фиг. 4а приведен график скорости двигателя при отработке заданного 30 перемещения в условиях соответствия расчетных и фактических параметров привода, где M — относительное значение момента нагрузки, график на фиг. 4б иллюстрирует изменение скорости привода без коррекции при отклонении фактического значения момента нагрузки от расчетного (М ц ч 0,2; М с,„ = О). Отработка программы сопровождается в этом случае значительными колебаниями мгновенной скорости. Включение корректирующего устройства (фиг.4в) позволяет существенно улучшить качество программного движения. Применение предлагаемого способа позволит минимизировать динамическую ошибку в условиях случайного отклонения параметров движения от предполагаемых; повысить запас устойчивости движения; при этом способ инвариантен к конструкции исполнительного двигателя и виду движения; создать условия для унификации элементной базы. Указанные преимущества показывают, что данный способ управления дает воэможность не только отказаться от применения сложных структур замкнутого привода, оборудованного, как правило, специально сконструированными датчиками обратной связи, но и создать условия для унификации элементной базы привода независимо от конструкции двигателя и вида движения. Формула изобретения I„ Ñïoño6 программного управления приводом, содержащим наговый электроЯ двигатель, подключенный к управляемому инвертору тока, включающий подачу на вход привода управляющего воздействия, электрическое дробление нага, сравнение заданного управляемого параметра с его текущим значением и изменение тока инвертора в соответствии с результатом сравнения, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с. целью повышения устойчивости движения и снижения динамической погрешности, в качестве управляемого параметра используют электромагнитную мощность, измеряют напряжения и токи на фаэных обмотках двигателя, вычисляют мгновенное значение электромагнитной мощности, сравнивают ее с программно-заданным значением, их разность преобразу-, )403330 Ябр r Вдод программы ют в сигнал коррекции, который добавляют к программно-заданному управляющему воздействию. 2. Способ по и 1, отличаюшийся тем, что для преобразования разностного сигнала в сигнал коррекции, интегрируют разностный сигнал и суммируют его с результатом интегрирования. 3. Способ по и 1, о т л и ч а юшийся тем, что задают програм" мное значение скорости привода, по которому определяют заданное эначение мощности, преобразуют разность заданной и действительной мощностей во второй сигнал коррекции, который 5 суммируют с заданным значением мощности. 4. Способ по и 3, отличаюшийся тем, что для преобразования разности заданной и действительной мощностей во второй сигнал коррекции, измеряют амплитудное значение разностного сигнала, запоминают его на время, кратное периоду собственных колебаний, и затем суммируют с заданным значением мощности. 1403330 Составитель В.Алфимов Техред А.Кравчук Корректор А. Тяско :Редактор Ю.Середа Заказ 3003/54 Тираж 583 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская .наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
