Электрогидравлический следящий привод

 

Изобретение м.б. использовано в промышленных роботах. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости следящего привода. Привод 7 регулирующего органа насоса 8 связан с гидромотором 11, вал 12 к-рого механически соединен с объектом управления и с датчиком 13 положения. Датчик I3 подключен своим выходом к второму входу измерителя 1 рассогласова

СО!ОЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (!9) (1!) А2 (5р 4 F 15 В 9/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ /If,;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ юг. 1 (61) 1346858 (2 1) 4208134/25-06 (22) 09.03.87 (46) 23.10.88. Бюп. Р 39 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбышева и Николаевский кораблестроительный институт им. адм. С.О.Макарова (72) В.Ф.Филаретов, И.П,Кондратенко и А.В.Вязов (53) 62-52! (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР (- 1346858, кл. F 15 В 9/03, !986. (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛ!(ЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ

ПРИВОД (57) Изобретение м, б. использовано в промышленных роботах. Цель изобретения — повышение точности и устойчивост» следящего привода. Привод 7 регулирующего органа насоса 8 связан с гидромотором 11, вал 12 к-рого механически соединен с объектом управления и с датчиком 13 положения. Датчик !3 подключен своим выходом к второму входу измерителя 1 рассогласова1432280 ния. Другой вход измерителя 1 соединен с задатчиком, выход к-рого .че-. рез апериодическое звено 14 второго порядка подключен к входу первого сумматора (С) 5. Второй С 15 последовательно соединен с первым квадратором

16, вторым блоком 1 7 умножения (БУ) и третьим С 1 8, Последовательно соединены четвертый С 19, пятый С 20 и третий БУ 21 а также первый, второй и третий источники 22 — 24 опорного напряжения, Датчик 25 положения, датчик 26 скорости перемещения, датчик

27 усилия, четвертый БУ 28, второй квадратор 29 соединены последовательно, Выход источника 22 подключен к первым входам С 15 и 19, вторые вхо- ды к-рых соединены с выходом датчика

25 положения. Выход источника 23 подключен к третьему входу С 15, выход к-рого соединен с первым входом БУ

Изобретение относится к гидроавтоматике, может быть использовано в конструкциях промьшытенных роботов и явля" ется усовершенствованием изобретения по авт. св. Р 1346858. 5

Целью изобретения является повьппение точности и устойчивости, На фиг. 1 изображена принципиальная схема электрогидравлического следящего привода; на фиг. 2 — кинемати- IÎ ческая схема исполнительного органа робота, Электрогидравлический следящий привод содержит задатчик (не показан). и последовательно .соединенные измери- 15 тель 1 рассогласования, первое 2 и второе 3 дифференцирующие звенья с замедлением, первый блок 4 умножения, первый сумматор 5,первый усилитель

6, привод 7 регулирующего органа (не 20 показан) насоса 8, связанного гидромотором 11, вал 12 которого механически соединен с объектом управления и датчиком 13 положения, подключенным своим выходом к второму входу измеря- 25 теля рассогласования, другой вход которого соединен с задатчиком, выход которого через апериодическое звено

14 второго порядка подключен к входу

28, второй вход к-рого подключен к выходу датчика 27 и одновременно к второму входу БУ 17. Выход БУ 28 подключен к входу С 20. Второй и третий входы С 18 соединены с выходом третьего источника 24 и через второй квадратор 29 — с выходом С 19. Второй вход БУ 21 подключен к выходу датчика 26 скорости. Последовательно соединены БУ 30 и первое апериодическое звено 31 первого порядка, выход к-рого подключен к третьему входу

С 5. Первый вход БУ 30 соединен с вы-., ходом БУ 21, а второй вход — с выходом первого дифференцирующего звена

2 с замедлением. Второй вход БУ 4 подключен к выходу С 18. При такой схеме в приводе обеспечивается инвариантность к изменению нагрузочных характеристик и к утечкам рабочей . жидкости. 2 ил.

2 первого сумматора 5, последовательно соединенные второй сумматор 15, первый квадратор 16, второй блок 17 умножения и третий сумматор 18, последовательно соединенные четвертый сумматор 19, пятый сумматор 20 и третий блок 21 умножения, а также первый 22, второй 23 и третий 24 источники опорного напряжения, датчик 25 положения, датчик 26 скорости перемещения, датчик 27 усилия, четвертый блок 28 умножения, второй квадратор 29, причем выход первого источника 22 опорного напряжения подключен к первым входам второго 15 и четвертого l9 сумматоров, вторые входы которых соединены с выходом датчика 25 положения, выход второго источника 23 опорного напряжения подключен к третьему входу второго сумматора 15, выход которого соединен также с первым входом четвертого блока 28 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 27 и одновременно к второму входу второго блока 17 умножения, а его выход — к второму входу пятого сумматора 20, второй и третий входы третьего сумматора 18 соединены соответственно с выходом третьего источни1432280 ка 24 опорного напряжения и через второй квадратор 29 с выходом четвертого сумматора 19, второй вход третьего блока 21 умножения подключен 5

;к выходу датчика 26 скорости. Кроме того, привод содержит последовательно соединенные пятый блок 30 умножения и первое апериодическое звено 31 первого порядка, выход которого подключен к третьему входу первого сумматора 5, первый вход пятого блока

30 умножения соединен с выходом третьего блока 2 1 умножения, а второй вход — с выходом первого д1зфференци- f5 рующего звена 2 с замедлением, второй вход первого блока 4 умножения подключен к выходу третьего сумматора 18.

Исполнительный орган содержит 20 схват 32 для захвата груза 33, горизонтальное звено 34 с датчиками 25 и 26, вертикальное звено 35. Блоки 2, 3, 14, 31, 38 образуют корректирующее устройство. Датчик 2 7 размещен в 25 схвате 32. Кроме того, привод содержит последовательно соединенные блок

36 деления, шестой блок 37 умножения, второе апериодическое звено 38 первого порядка, выход которого подключен 30 к четвертому входу первого сумматора

5, а также последовательно соединенные сумматор 39, второй усилитель 40 и седьмой блок 41 умножения, причем первый и второй входы сумматора 39 подключены соответственно к выходам четвертого источника 42 опорного напряжения и третьего блока 21 умножения, вход делимого блока 36 деления подключен к выходу первого дифферен- 40 цирующего звена 2 с замедлением, вход делителя — к выходу сумматора 39> а его выход соединен с входами второго дифференцирующего звена 3 с замедлением и пятого блока 30 умножения,вто- 45 рой вход седьмого блока 4! умножения подключен к выходу первого сумматора 5, а его выход — к входу первого усилителя 6. Гидромотор 11 связан валом !2 с редуктором (не показан).Первьп и второй входы сумматора 18 имеют коэффициенты усилеш я, равные единице, а третий коэффициент усиления пропорционален массе звена 34. Первый вход сумматора 20 имеет коэффициент усиления, пропорциональный двум массам звена 34, а второй — коэффициент усиления, равный двум. Датчик 27 служит для формирования сигнала, пропорционального массе груза 33. Первый вход сумматора 39 имеет коэффициент усиления, пропорциональный величине утечек рабочей жидкости Ь,.

Кроме того, на фнг. 1 и 2 g сигнал желаемого положения с задающего устройства; g,, g< — соответствующие обобщенные координаты звеНьев

34 и 35 oR åêòà управления; 8 - скорость измецення третьей обобщенной координаты 8; / — ошибка привода (величина рассогласования); а, m» ш,. — соответственно массы звеньев 35 и 34, и захваченного груза 33; 1

Ф

const — исходное расстояние от оси вращения горизонтального звена 34 до

его центра масс при я = 0; 1

= const — расстояние от центра масс горизонтального звена 34 до средней точки схвата 32; Hs " моментное воздействие на выходной вал 12.

Привод работает следующим образом.

Сигнал д после коррекции через усилитель G поступает на привод 7 ре- гулирующего органа насоса 8, который, создавая поток рабочей жидкости в гидролиниях 9 и 10, воздействует на гидромотор 11, вал которого изменяет положение, уменьшая рассбгласование сГ, Электрогндравлический привод при работе с различными грузами, а также эа счет взаимовлияния степеней подвижности обладает переменными моментными характеристиками, которые изменяются в широких пределах, что может существенно снижать качественные показатели работы. Кроме того, неучет утечек рабочей жидкости также может снижать качество управления приводом и приводить к потере устойчивости.

Для качественного управления координатой g, необходимо компенсировать отрицательное влияние изменения координат g u g и утечки рабочей жид с кости ?. на динамические свойства привода. Кинетическая энергия Т всех движущихся масс исполнительного органа (фиг. 2) представляется в виде у йг. + и + с6 д 1 д г

2 2 2

Ы + 2И, Ы + +я1В где I = Т„+ р 3 г

+ш(1 + g ) — момент инерции гориЪ зонтального звена 34 при вращении вокруг

1432280

1р ))) г (1з +

+ 1 + g ) Учитыв ая, ч то

Н8

)К,, где Н (13

3 3

m„(1

0 01Wg ip

К,/Ч 1

К( (1 + K 1 /1 Н + Ii

Š3 Р(- — — P Р+

h (Р) . а.(2 нгм - () Ke/Чр 0 01Иг i /h (1 + W iр. 1. р

1 е1-э Н + I) р (1 ° (— — — ) (4 1)P

V) 1) вертикального звена 35 со скоростью g момент инерции груза

33 относительно вертикальной оси вращения (вертикального звена

35); момент инерции вертикального звена 35 массой п относительно продольной оси; момент инерции горизонтального звена 34 массой m относительно поперечной оси,проходящей через центр масс; момент инерции вращающегося вала 12 гидромотора 11 и вращающихся частей (редуктора (приведены к валу гидромотора). — — (I. + I.,)g„+ m (1 + дТ д8 > "" " 3

+g) Й, +m(1, g,+1) а,;

di3T

Ф вЂ” — — -=(I +I)g + (1 +

dt gÄ э - < з

+ g>)-g, + 2шз(1, + аз)й,й, + m,(1, +

l+ g3)g + 2 Рь + g+1)g g ат — — О, egl можйо считать, что момептное воздействие движущихся масс имеет вид (83 )8 (8 gç, (1) (@ ") 3(85)

+ g + 1э) + Iã + Isý (2)

2(ш (1з + 8з) +

+ g,. + 1.,))@,.

Передаточная функция разомкнутого привода может быть представлена в виде

И(Р) - И (Р) и (Р) () (t) р

И„„(P)И„(P), (3) где P — символ дифференцирования;

И(Р) — передаточная функция привода;

W„(P), W>(P) — соответственно передаточные функции усилителя 6, регулирующего органа насоса 8;.

15 к

W (P) — передаточная фу))к)ц я корректирующего устройства;

И„„— передаточная Функция гидропередачи, состоящей иэ насоса

8 и гидромотора 11.

Иомент, развиваемый) гидромотором

1 1, равен

H (t) = 0,01И Р = I;„g +

+ . 1,/i (4) 25 при 11с (t) = 0 — момент сопротивлений, где Р— перепад давлений рабочей жидкости в гидролиниях 9 и 1О; — передаточное отношение реР

30 дуктора;

И вЂ” характерный объем гидромото3 ра 11.

С учетом выражения (1) и (2) соотношение (4) принимает вид 01 Иу Р (I lð + Н/1р )8) +

+ (h/i<)g,. (5)

Из выражения (5) следует, что

0 01Ид

g (t) Н/it + Iip)P

Рр () h/it (Н/i> + Ii<)P

0 01И 1р

А ф.

45 Н+ 14 ь

В результате передаточная функция

И„,-„(P) с учетом утечек рабочей жидкости (I.э ф О) принимает вид

1432280

КЧя 4, IOOLqh + И4i =E.— (6) (H + I ið2г7 2 (H + 11 1, Ке +

К (1.2Ь + О,OIIP i ) Kq(Lgh + О,OIW ip) V

И (P) з ТР+

1 где — угол поворота регулирующего органа насоса 8; 10

Ке = сопя t;

const

Ин — характерньпг объем насоса 8; — скорость вращения насоса 8;

V — объем раббчей жидкости в гидролинии 9 нагнетания и полости нагнетания насоса 8;

1 э - утечки рабочей жидкости. 2О

Иэ выражения (6) видно, что параметры передаточной функции Инги (Р) являются существенно переменными и зависят от величин Н(8г, m,) и h(g3, ш„), а также 1.э, В результате 25 значительно изменяются и динамические свойства электрогидравлического следящего привода при изменении g, g гп„ и L3 в широких пределах, à в отдельных случаях нозможна даже потеря устойчивости его работы, Для сохранения неизменными динамических свойств электрогидравлического следящего привода необходимо стабилизировать все параметры передаточной функции И(Р).

Поскольку переменные параметры содержатся только в W„t-„ (P), то для стабилизации свойств всего привода в целом вид последовательного корректирующего устройствà И„(Р) г еобходимо выбирать с учетом вида передаточной функции Ин,„,(Р) °

Коррекггия И„.(P) осущестнляется с помощью апериодического звена 14 второго, порядка с передаточной функцией 45

1 и, (Р)

4 (Т P + 1) (Т P +. 1) двух дифференцнрующих звеньев 2 и 3 с замедлением, причем их передаточные функции И„(P) и И (P) имеют вид

KХ1 (Т, V + 1)

KgP з() (Т Р+ 1)

1 где К, 55 Е

2 а та хже ап ернодических звеньев 31 и 38 с передаточными функциями

L÷Ка

И (Р) 99 TP+ 1

Параметры Т, и Т2 выбирают достаточно. малыми с целью придания приводу необходимых динамических свойстн.

Для непрерывной настройки параметров коррекции И„(Р) по текущим значениям

Н(аз, mc) h(g3 8з пгг) H 1э HcIIOJII зуются блоки 4, 30 и 37 умножения, на вторые входы которых подаются сигналы, соответственно, пропорциональные величинам Н + I и h, Сигналы, пропорциональные Н + I u

h, формируются следующим образом. Из/ меряя с помощью датчика 25 положения значение 8э и складываЯ его с помощью второго сумматора 15 со значениями

1э и 1, получаемыми соответственно на выходах первого 22 и второго 23 источников, опорного напряжения, на выходе сумматора 15 будет сипгал, Ф пропорциональный g,. + 1> + 1, а на выходе четвертого сумматора 19 — curt нал, пропорциональный g> + 1>. Подав ется сигнал 8 + 1 на второй квадратор 29, а сигнал g3 + 1з + 1з — на первый квадратгр 16 и перемножается выходной сигнал квадратора 16 на сигнал m с выхода датчика 27. С учетом того, что третий источник 24 опорного напряжения вырабатывает сгггнал, пропорциональньпг величине T> + I + г

+ Ii, на выходе третьего сумматора

Э

l8 имеет сигнал ггг (1г + g,) + mc(1 +

+ 1, + g ) + I> + T. + T, „=- H +

Сомножитель ггг y первого слагаемого появляется в результате того, что третий сумматор 18, как и все используемые сумматоры, выполняется на операционных усилителях, именщих несколько входов. Первый и второй нходы сумматора 18 имеют коэффициенты усиления, равные единице, а третий вход— коэффициент усиления, пропорциональный m>, На выходе четвертого блока 28 умножения формируется сигнал, пропорЦиональный 2(щг(1Э + 14 + з ) .М

Ka(Lgh + 0 01W i, К L h + 0 01Wgi ) к( (7), 001, h + WàiÓ (ТР 1)(ТР ))()

11 а су

9 14

+ ш (1 + g)),,Причем сомножители 2 з и m н последнем выражении появляют3 ся в результате того, что первый и второй входы пятого сумматора 20 имеют соответственно коэффициенты усиления 2m> и 2, После перемножения сигнала с wxopa пятого сумматора 20 на сигнал с выхода датчика 26 скорости на выходе третьего блока 21 умножения будет сигнал, соответствующий выражению для h (2), Первый вход сумматора 39 имеет коэффициент усиления, равный единице, а второй — пропорциональный Ер. Четвертый источник 42

Опорного напряжения имеет сигнал на ,< ° Я выходе, пропорциональный 0,0111 i

На выходе сумматора 39 имеем сигнал, пропорциональный величине LзЬ + а передаточная функция прямой цепи разомкнутого привода с учетом соотношений (6) и (7) имеет вид

M(P) ™„(P)M (P) (, „.,)(,,„.))p

К&а4.

Иэ выражения (8) видно, что все п араме тры п ередат очной фун кции W (P ) при введении разработанной коррекции

W„{P) остаются постоянными, а следо" вательно, постоянными сохраняются и динамические свойства, и качественные показатели всего электрогидравлического привода в целом, т.е, точность и устойчивость привода не зависит от изменения нагрузочных характеристик Н(з, ш„) и h(g3p g3y шг)э а также от величины .утечек рабочей жидкости L3. Таким образом, в приводе обеспечивается инвариантность к изменению нагрузочных характеристик и к утечкам рабочей жидкости.

Формула изобретения

Электрогидравлический следящий привод по авт. св. Р 1346858, о т32280 10

+ 0,01M i, который подается на блок

° у р ф

36 делейия. Второй усилитель 40 имеет коэффициент усиления, пропорцио5 нальный величине 100/M i . Второе е . апериодическое звено 3 имеет передаЬэ 1 точную функцию — — — —.— —. Таким обТ2Р+ 1 разом, с учетом вида передаточных

10 функций W (P) W3 (P) Ч, (P) W3 (P)

W„(P) на выходе седьмого блока 41 умножения сигнал имеет вид ЬЫ Н }V Рй Н + 11 }LlKl + hv (т (т Р + !)(т Р + 1) (— — - гт - -)

Ф 9 >3

В результате передаточная функция корректирующего устройства имеет вид л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости, он снабжен четвертым источником опорного напряжения, последовательно З0 соединенными блоком деления, шестым блоком умножения и вторым апериодическим звеном первого порядка, подключенным выходом к первому сумматору, а также последовательно соединен35 ными шестым сумматором, вторым усилителем и седьмым блоком умножения, причем два входа шестоrо сумматора подключены к выходам четвертого источника опорного напряжения и третье40 ro блока умножения, вход делимого

I блока деления подключен к выходу первого дифференцирующего звена с замедлением, вход делителя — к выходу седьмого сумматора, а выход соединен

45 с входами второго дифференцирующего звена с замедлением и пятого блока умножения, второй вход седьмого блока умножения подключен к выходу первого сумматора, а выход - к входу

50 первого усилителя.

Фиг. 2

Составитель С. Рождественский

Редактор И. Булла Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Решетник

Заказ 5409/30 Тирык 652 Подписное

Bi1HHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятием г. Ужгород, ул. Проектная, 4