Самонастраивающийся электропривод

 

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления с непрерывно изменяющимися в процессе эксплуатации и инерционными параметрами, например лебедками с изменяющимся радиусом навивки троса, устройствами позиционирования гибких производственных систем, манипуляторами. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости. Самонастраивающийся электропривод содержит первый блок 1 умножения, первый сумматор 2, первый усилитель 3, электродвигатель 4 с редуктором, датчик 5 тока, второй сумматор 6, первый выпрямитель 7, блок 8 деления, элемент 9 выборки-хранения, объект управления 10, датчик 11 положения, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, элемент 14 сравнения, первый релейный элемент 15, третий сумматор 16, второй выпрямитель 17, второй релейный элемент 18, дифференциатор 19, второй блок 20 умножения, четвертый сумматор 21, второй усилитель 22, пятый сумматор 23. Цель изобретения достигается за счет введения дифференциатора 19, блока 20 умножения, усилителя 22, сумматоров 21, 23. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!92 (112 (51)5 С 05 В !1/00

ОПИСАНИЕ HSOE»PETEHHR

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4323434/24.-24 (22) 06,10.87 (46) 23.02.90. Бюл. N - 7 (71) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбьнпева (72) В.Ф.Филаретов (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N"- 1453362, 09.12.1987. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ «ЭЛЕКТРОПРИВОД (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления с непрерывно изменяющимися в процессе эксплуатации инерционными параметрами, например лебедками с изменяющимся радиусом навивки троса, устройствами позиционирования гибких производственных систем, манипуляторами. Цель изобретения — повьппение точности и устойчивости. Самонастраивающийся электропривод содержит первьп» блок I умножения, первый сумматор 2, первый усилитель 3, электродвигатель 4 с редуктором, датчик 5 тока, второй сумматор 6, первый выпрямитель 7, блок 8 деления, элемент

9 выборки-хранения, объект управления

10, датчик 11 положения, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, элемент 14 сравнения, первый релейный элемент 15, третий сумматор 16, второй выпрямитель 17, второй релейный элемент 18, дифференциатор 19, второй блок 20 умножения, четвертый сум- ф матор 21, второй усилитель 22, пятый сумматор 23. Цель изобретения достигается за счет введения дифференциатора 19, блока 20 умножения, усилителя 22, сумматоров 21 и 23. 1 ил.

I 545201

Изобретение относится к системам автоматического управления и может быть использовано для управления объектами с непрерывно изменяющимися в процессе эксплуатации инерционными параметрами, например лебедками с изменяющимся радиусом навивки троса, устройствами позиционирования гибких производственных систем, манипуляторами.

Цель. изобретения — повышение точности и устойчивости.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

- Самонастраивающийся электропривод содержит первый блок 1 умножения, первый сумматор 2, первый усилитель 3, электродвигатель 4 с редуктором, датчик 5 тока, второй сумматор 6, первый выпрямитель 7, блок

8 деления, элемент 9 выборки хранения, объект 10 управления, датчик

11 положения, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, элемент 14 сравнения, первый релейный элемент 15, третий сумматор 16, второй выпрямитель 17, второй релейный элемент 18, дифференциатор 19, второй блок 20 умножения, четвертый сумматор 21, второй усилитель 22, пятый сумматор 23.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ошибки 8 с элемента 14 сравнения, проходя через блоки 23, 1 и 2 и усиливаясь в усилителе 3,.-поступает на электродвигатель 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью {ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и моментных воздействий, обусловленных сухим и вязким трением. Злектропривод при работе с различными грузами обладает переменным приведенным моментом инерции I который может меняться непрерывно и в широких пределах. Причем скорость изменения I может быть достаточно большой. Зто снижает качественные показатели электропривода и часто приводит к неустойчивости его работы.

Известные устройства обеспечивают инвариантность динамических свойств

J электроприводов только при дискретно (в начале рабочего цикла) или медленно меняющихся значениях Т.

Однако во мно гих перечисленных выше промышленных механизмах, параметр I меняется достаточно быстро.

В результате возникает необходимость построения новых корректирующих устройств, которые обеспечивали бы стабилизацию параметров не передаточных функций, а дифференциальных уравнений, достаточно точно описывающих динамику реальных нестационарных электроприводов. При этом полагается, что помимо инерционной составляющей на приводы будут действовать только моменты от сил сухого и вязкого трения.

В этом случае динамика электропривода, построенного на базе электродвигателя постоянного тока, может быть описана дифференциальным уравнением

35 свойства привода.

Для построения необходимого коррек.тирующего устройства требуется знаKIipo4 +(RI+LI+LK ) i Ы,+ (K K„+ма ) ipse+

25 где R L - соответственно активное и индуктивное сопротивления якорной обмотки двигателя;

К, К вЂ” соответственно коэффициенты

1 крутящего момента и противо30 ЗДС двигателя:

К вЂ” коэффициент вязкого "треВ ния;

К вЂ” коэффициент усиления перво3 го усилителя 3;

M — момент сухого трения; — угол поворота выходного вала редуктора; передаточное число редукГ тора;

40 U — входной сигнал усилителя 3.

Очевидно, что изменение параметров

I в выражении (1) приводит к изменению динамических свойств привода. Таким образом, необходимо сформировать

45 такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры привода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными параметрами вида

50 LI„ipeL+RI ipoL+K K 1,=К К t, (2) где I =const — некоторбе номинальное н желаемое значение приведенного момента инер55 ции, при котором обеспечиваются желаемые (oC) (g

-о о (- 5

У 7 где — малая постоянная положительная величина.

При уменьшении величины fcC, ниже некоторого допустимого значения Ь второй релейный элемент 18 с характеристикой к, Ial Ь

О, Я!< переводит элемент 9 выборки-хранения в режим хранения (запоминания). При этом на выходе этого элемента сохра45

5 5452 ние текущего значения I. Для электродвигателей постоянного тока справедливо равенство м 11 Ы+Мст + в1 с (3) 5

Из (3) следует, что

Дг. . М„ Кв1 (4)

Км Крл

I1

Сигнал вЂ,- < формируется на выходе

Км второго сумматора 6, если его первый нход имеет единичный коэффициент усиления, а второй отрицательный вход— коэффициент усиления 1/К . При этом также полагается, что первый вход третьего сумматора 16 имеет коэффициент усиления K i<, а его второй вход— единичный коэффициент. Кроме того, 20 полагается, что сигнал на выходе первого релейного элемента 15 может иметь три значения +) М и О. Получение первых двух значений зависит от знака р,, а третье значение О воз- 25 можно только в состоянии покоя двигателя (< =О) .

Сигнал, равный i I/К,„, формируется на выходе блока 8 деления после деления сигнала i IЫ./K, получаемого íà 30 м выходе второго сумматора 6, на сиг1 нал с4, получаемый на выходе датчика

13 ускорения. Однако для качественной работы блока 8 деления необходимо, чтобы и делимое, и делитель всегда

35 были бы одного знака. Причем величина сигнала-делителя не должна быть меньше некоторой малой постоянной величины 11.

Для выполнения укаэанного условия 40 в схему введены первый 7 и второй 17 выпрямители. Причем выходной сигнал первого выпрямителя 7 имеет вид

01 6 няется то значение i I/Ê,„, которое

Р было измерено в момент отключения релейного элемента 8. При унеличении

Ill вновь сработает релейный элемент !

8, переводя элемент 9 выборки-хракения в режим слежения. В результате на выходе элемента 9 опять будет воспроизводиться текущее значение ipI/

/К . Во время отключения схемы измем рения параметра ipI/К;„, ((+1 h) может произойти изменение его истинного значения на некоторую величину.

Однако при стремлении ускорения

1 к нулю инерционная нагрузка, очевидно, тоже стремится к нулю и точное знание ipI/К„, не требуется. К тому же для рассматриваемых механизмов, например робототехнических систем, характерны именно динамические режимы работы, когда оС ф О, и само устройство предназначено для обеспечения инвариантности именно к динамической составляющей момента. Поскольку величина Ь полагается достаточно малой, то после срабатывания реле 18 даже при малом значении (oC(произойдет быстрая настройка системы на новое значение i I/K

Коэффицйент усиления второго усилителя 22 равен К„,/(1 Тм), перный (положительный) вход пятого сумматора

23 имеет единичный коэффициент усиления, а второй (отрицательный) — коэффициент усиления (i!I,Ê )/K>. Тогда на выходе первого блока 1 умножения

Ky I имеется сигнал (h-i -- в )

КЧ н

Коэффициенты усиления входов первого сумматора 2 соответственно равны: первого — единица, второго—

z pKy

R третьего — — — и четвертоКУ КМКУ го — †вЂ, а перныи и второй входы

КМКч четвертого сумматора 21 имеют соответственно коэффициенты усиления К„ и K>ip„ В результате на выходе четвертого сумматора 2! имеется- сигнал (I+K>)i><, а на входе первого усилителя 3 сигнал

+ Lie (I+Ka) " кКв Ку

U = ------ — -К+(— -- +(1 — --) — ) i е4

КмКу КмК У н сто

+ — — + (5)

КмКУ Т н

После подстановки (5) в (!) несложно убедиться, что выражение (1) преобразуется в выражение (2), кото1545201 рое описывает привод с заранее заданными постоянными (желаемыми) параметрами и качественные показатели полученного привода будут постоянными, не зависящими от переменных параметров нагрузки.

Составитель Б.Башкиров

Редактор. Г. Гербер Техред M. Ходанич

Корректор В.Гирняк

Заказ 490 Тираж 661

Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101 формула изобретения

Самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соеДиненные первый блок умножения, первый сумматор, первый усилитель, электродвигатель с редуктором, датчик тока, второй сумматор, последователь- 15 ио соединенные первый выпрямитель, блок деления, элемент выборки-хранения, причем выходной вал редуктора механически соединен с входами объекта управления, датчика ускорения, дат-20 чика скорости и датчика положения, подключенного выходом к вычитающему

Ьходу элемента сравнения, суммирующий вход которого является входом самонастраивающегося электропривода, выход датчика скорости соединен с вторым входом первого сумматора, через третий сумматор — с вычитакпцим входом второго сумматора и через первый релейный элемент — с вторым входом 30 третьего сумматора, выход второго сумматора через второй выпрямитель подключен к входу делимого блока деления, выход второго релейного элемента соединен с управляющим входом элемента выборки-хранения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости, введены четвертый и пятый сумматоры, второй усилитель, второй блок умножения и дифференциатор, подключенный входом к выходу элемента выборки-хранения и входу второго усилителя, а выходом— к первому входу второго блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, первым входом четвертого сумматора и входами первого выпрямителя и второго релейного элемента, а выход — с вторым входом четвертого сумматора, выход третьего сумматора подключен к третьему входу первого сумматора, соединенному четвертым входом с выходом четвертого сумматора, выход элемента сравнения подключен к суммирующему входу пятого сумматора, соединенному вычитающим входом с выходом датчи- ка скорости, а выходы — с входом первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу второго усилителя.