Электропневматический следящий привод

 

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение устойчивости и расширение функциональных возможностей. При единичном ступенчатом изменении напряжения U<SB POS="POST">вх</SB> на электродах, происходит перебрасывание мембраны 2 к соплу 5 и перемещение мембранного блока в нижнее положение. Сопло 12 закрывается, а сопло 13 открывается, и на выходе камеры 14 давление P<SB POS="POST">вых</SB> изменяется скачкообразно до наибольшего значения. В случае подачи плавно изменяющегося управляющего аналогового электрического сигнала U<SB POS="POST">упр</SB> на вход устройства 17 на выходе компаратора 19 формируется сигнал прямоугольной формы импульсов и происходит изменение скважности пропорционально изменению сигнала рассогласования ΔU. Усилитель 21 переходит в импульсный режим. Частота колебаний мембраны 2 равна несущей частоте импульсов. Время нахождения мембранного блока в крайних положениях определяется скважностью импульсов или сигналом U<SB POS="POST">упр</SB>. Шток 27 совершает движение вверх со скоростью, определяемой частотой и скважностью импульсов расхода и давления P<SB POS="POST">вых</SB>. Любое изменение задающего непрерывного управляющего сигнала приводит к изменению положения мембранного блока и, следовательно, к прямо пропорциональному изменению давления и расхода на выходе усилителя. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И A ВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4605129/31-29 (22) 14.11.88 (46) 23.10.90. Бюл. № 39 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) В. Я. Краснослободцев, А. Е. Шаралапов и Е. Ю. Ратников (53) 62-521(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 883575, кл. F 15 В 13/02, 1978. (54) ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД (57) Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение устойчивости и расширение функциональных возможностей.

При единичном ступенчатом изменении напряжения U íà электродах. происходит перебрасывание мембраны 2 к соплу 5 и перемещение мембранного блока в нижнее положение. Сопло 12 закрывается, а сопло 13 открывается, и на выходе камеры 14

„„Я0„„1601418 А ) (51) 5 F 15 В 3/00 F 15 В 9/03 давление Р „изменяется скачкообразно до наибольшего значения. В случае подачи плавно изменяющегося управляющего аналоговогого электрического си гнала U z на вход устройства 17 на выходе компаратора 19 формируется сигнал прямоугольной формы импульсов и происходит изменение скважности пропорционально изменению сигнала рассогласования AU. Усилитель 21 переходит в импульсный режим.

Частота колебаний мембраны 2 равна несущей частоте импульсов. Время нахождения мембранного блока в крайних положениях определяется скважностью импульсов или сигналом U, . Шток 27 совершает движение вверх со скоростью, определяемой частотой и скважностью импульсов расхода и давления P „ . Любое изменение задающего непрерывного управляющего сигнала приводит к изменению положения мембранного блока и, следовательно, к прямо пропорциональному изменению давления и расхода на выходе усилителя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1601418

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и мани пул яторо в.

Цель изобретения — повышение устойчивости и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена схема электропневматического следящего привода; на фиг. 2 — осциллограмма переходного процесса изменения выходного пневматического сигнала Р „и перемещения х мембранного блока при ступенчатом изменении напряжения U „íà электродах; на фиг. 3 — осциллограмма изменения выходного пневматического сигнала Рщ,„и перемещения х мембранного блока при колебательном изменении напряжения U на электродах с постоянной амплитудой, несущей частотой и скважностью; на фиг. 4 — осциллограмма изменения выходного пневматического сигнала Р„,„и перемещения х мембранного блока при колебательном изменении напряжения U на электродах с изменяющейся скважностью.

Электропневматический следящий привод содержит корпус 1 и параллельно установленные первую мембрану 2 с жестким центром 3, неподвижную перегородку 4с размещенным на ней управляющим соплом 5, выполненным из диэлектрического материала и подключенным входом через дроссель 6 к источнику давления (не изображен), вторую и третью мембраны 7 и 8 с жесткими центрами 9 и 10, соединенными между собой штоком 11, и противоположно направленные сопла 12 и 13 для взаимодействия с мембранами 7 и 8. Сопло 13 подключено к источнику давления, а сопло 12 — к атмосфере, сопла 12 и 13 установлены с образованием рабочей камеры 14, соединенной с исполнительным пневмодвигателем 15.

В корпусе 1 размещен емкостный датчик обратной связи, одна обкладка которого выполнена заодно с жестким центром 10 мембраны 8, а другая обкладка 16 установлена параллельно ей в корпусе 1. Система управления усилителя включает сравнивающее устройство 17, которое соединено входами с задатчиком аналогового сигнала (не изображен) и через преобразователь 18 сигнала емкостного датчика в аналоговое напряжение — с емкостным датчиком, а выходом — с одним из входов комп аратора 19, другой вход которого подключен к генератору 20 симметричных треугольных импульсов, а выход через ключевой усилитель 21 и электроды (не изображены) к мембране 2 и перегородке 4.

Между мембраной 2 и перегородкой 4 образована камера 22, между перегородкой 4 и мембраной 7 — управляющая камера

23, между мембраной 7 и соплом 12

55 камера 24, между соплом 13 и мембраной 8 — камера 25, между мембраной 8 и обкладкой 16 — камера 26. Мембраны 7 и 8 образуют со штоком 11 мембранный блок. Пневмодвигатель 15 имеет шток 27 и поршень 28.

Электропневматический привод работает следующим образом.

При поступлении электрического аналогового управляющего сигнала — напряжения U„„ð, на один из входов компаратора 19 от генератора 20 поступает сигнал в виде импульсов напряжения симметричной треугольной формы с постоянной несущей частотой, задаваемой генератором.

Одновременно на другой вход компаратора

19 с выхода сравнивающего устройства 17 поступает непрерывный сигнал в виде напряжения AU, равный разности аналогового управляющего напряжения Urn и непрерывного сигнала — напряжения U обратной связи. Сигнал обратной связи U„ïîñтупает с преобразователя 18, который подключен к обкладкам датчика перемещения.

Так как управляющее напряжение равно нулю, на компаратор 19 поступает только напряжение (-11 ) обратной связи, причем наименьшее по величине, потому что расстояние между обкладками наибольшее, что соответствует наименьшей емкости датчика положения. Для этого случая с компаратора 19 в результате сравнения в нем двух сигналов напряжений, поступающих с генератора 20 и устройства 17, на ключевой усилитель 21 поступает сигнал с наименьшей (нулевой) скважностью импульсов напряжения U, соответствующей постоянному выключению усилителя 21. Поэтому на мембрану 2 и перегородку 4 напряжение также не поступает и мембрана 2 с жестким центром 3 под действием силы упругости и силы реакции, вытекающей из сопла 5 струи воздуха, находится на наибольшем удалении от перегородки 4.

Газодинамическое сопротивление переменного дросселя мембрана 2 — сопло 5 минимально и давление в камере 7 управления является также наименьшим. Подвижной мембранный блок, состоящий из соединенных штоком 11 мембран 7 и 8 под действием перепада давления на нем находится в крайнем верхнем положении. В таком положении мембранного блока сопло

12 открыто, а сопло 13 полностью закрыто. Камера 14 с каналом выходного давления Р, . соединена с камерой 24, подключенной к атмосфере и отсоединена от камеры 25 с давлением питания Р„, . В результате, на выходе камеры 14 имеется наименьшее значение давления, равное атмосферному, что приводит к перемещению штока 27 пневмодвигателя 15 в крайнее нижнее положение под действием, оказываемым на поршень 28 постоянным давлением подпора Р„. При единичном ступен16014!8

50

55 чатом изменении напряжения Uex на электродах происходит перебрасывание мембраны 2 к соплу 5 и перемещение х мембранного блока в нижнее положение. Тогда сопло 12 закрывается, а сопло 13 открывается. Камера 14 соединяется с камерой

25 и отсоединяется от камеры 24. В результате, на выходе камеры 14 давление Р,,„ также изменяется скачком до своего наибольшего значения (фиг. 2) . При скачкообразном снятии напряжения Us„c электродов происходит скачкообразное перемещение х мембра«ного блока обратно в верх«ее голожение и уменьшение выходного сиг«ала Р „-,, (фиг. 2).

При пост) «ленин плавно изменяющегося «pa ляю.«его аналогового электрического сигнала !!;,р на вход сравнивающего устройства 17.,,сигнал рассогласования

AU на его выходе изменяется в сторону увеличения, так как и сигнал Ь,„, положителен. При сравнении данного сигнала

ALI с импульсным сигналом генератора

20 в компараторе 19 íà его выходе формируется сигнал Ь „прямоугольной формы импуль .. в и происходит изменение скваж«ости: ти;; импульсов напряжения прямо

«ропорционально изменению сигнала Л1! B сторону увеличения. Ключевой усилитель 21

«ачинает работать в импульсном режиме, пе изменяя Ilo форме, а только усиливая посту«ах,ций на его вход данный импульсный сигнал Lla «р. моугольной формы до величины U .. Под действием пондеромоторной кулоновской силы, действующей на электро-ды в си IH«cм переменном электрическом no:le, возникаю«нем между ними, мембрана 2 с

ii естким центром 3 начинает совершать колебательные движения, притягиваясь к перегородке 4 и перекрывая периодически con,lo 5. Частота колебаний мембраны 2 равна неСУГЦЕй Частотс ИМ«УЛЬСOB ВЫСОКОГО НаПРЯжЕlI«H, «О ту гю|цих на нее (фиг. 3). Время перемеще«и> мембраны 2 из одного своего крайнего положения в другое значительно меньше време«H выстоя в каждом из

KpaH: их llu.хожеHHH у co«Jla 5 H верхней сте IHH "oðlIóñà !. Соотношение времени

=.ûe.loÿ;.ëeìápaíû 2 у сопла 5 и у верх«еи;тенки "îðïóñà определяется скважностыо и.. пульсов напряжения, поступающих на электроды. Скважность импульсов

«апряжения прямо пропорциональна сигна;v управ.чения 1.! „р . В соответствии с этим мембран«ый блок, состоящий из жестко связанных штоком 1! мембран 7 и 8 перепещгез ся также в колебательном движе.!lH От . -пора до у«ора, т. е. между соп.:и:и 12 ". i . .Время нахождения мембран.;Ои,:I.aoa в крайних положениях также

Оilpедсляe! :. н скважностыо импулbсов или сигналом гиргвлсния 1,„. Поэтому в течеод.:tot(гс1« периода расход воздуха дросс:.- лиру;-тся и «одается через камеру 14 в «нев..:одв«гатель 15, а в течение другой

45 части периода не подается и сбрасывается в атмосферу через камеру 24. Шток

27 с поршнем 28 начинает свое движение вверх со скоростью, определяемой частотой и скважностью импульсов расхода и давления Рвых .

Являясь интегрирующим звеном, пневмодвигатель 15 в силу своей инерционности осуществляет перемещение штока 27 с поршнем 28 относительно плавно, отрабатывая усредненные значения импульсных величин давления и расхода сжатого воздуха. подаваемого из камеры 14.

С постепенным увеличением несущей частоты генератора 20 время нахождения мембранного блока в своих крайних положениях уменьшается до такой степени, пока мембранный блок только касается сопел 12 и 13. Диаграмма его движения преобразуется из прямоугольной в треугольную форму. При дальнейшем увеличении несущей частоты величина колебательного перемещения мембранного блока становится еще меньше и он перестает касаться сопел 12 и 13. Его движение приобретает дрожащий или осциллирующий характер с малой амплитудой и мембранный блок так же, как и пневмодвигатель 15, приобретает свойства интегрирующего звена. Перейдя таким образом в непрерывный режим, мембранный блок становится дросселем, выполняя функции регулятора расхода сжатого воздуха в пневмодвигатель 15 (фиг. 4) .

Положение мембран 7 и 8 мембранного блока относительно сопел 12 и 13, через ксторые происходит дросселирование сжатого воздуха, регулируется в этом случае усредненным значением импульсного давления в управляющей камере 23. Это значение давления определяется скважностью электрических импульсов напряжения, поступающего на электроды, и регулируется величиной управляющего непрерывного сигнала U„„ð . В свою очередь, положение мембранного блока определяет величину емкости датчика положения и величину сигнала обратной связи Loc.. Поэтому при изменении величины управляю« его непрерывного сигнала U„„ ïåðeìåùåí«å мембранного блока происходит до теx пор, «ol a также изменяющийся в результате этого перемещения сигнал обратной связи U не скомпенсирует данное изменение управляющего сигнала L„„ð . После этого мембранный блок остановится. Каждому положению мембранного блока соответствует свое значение выходного давления Р, следовательно, вполне определенное промежуточное положение поршня 28 со штоком 27 и невмодв и гател я 15. йшех ув -HIHe;„H не«рерыв кого управляющего си нала р (или

1601418

AU) и постоянной несущей частоте происходит прямопропорциональное увеличение скважности импульсов напряжения на выходе компаратора 19 и, соответственно, на выходе усилителя 21. Это приводит к

: увеличению времени выстоя жесткого центра 3 мембраны 2 на сопле 5. Поэтому усредненная величина импульса сжатого воз духа в камере 23 увеличивается, а мембранный блок перемещается вниз в направ, лении от камеры 23. Наконец, при наи, большей скважности импульсов напряжения : электрический усилитель 21 постоянно включен, а мембрана 2 с жестким центром 3 постоянно перекрывает сопло 5. Давление в междроссельной камере 23 увеличивается ,. до наибольшего своего значения, равного . давлению питания Р„„,. Тогда мембранный блок займет такое положение, при кото ром жесткий центр 10 мембраны 8 пол- : ностью откроет сопло 13, а жесткий центр 9 мембраны 7 полностью закроет сопло 12,, При этом камера 14 соединится с каме: рой 25, одновременно отсоединившись от, камеры 24 с атмосферным давлением. . Давление в камере 14 станет равным своему наибольшему значению — давлению питания Р (фиг. 4), и шток 27 с поршнем 28 пневмодвигателя 15 под действием этого давления Р,>, займут свое крайнее верхнее положение.

Таким образом, любое изменение задающего непрерывного управляющего сигнала приводит к изменению положения мембранного блока и, следовательно, к прямо пропорциональному изменению давления и расхода на выходе усилителя. В результате, реализуется пропорциональное управление распределителем, т. е. соответствие уровня выходного пневматического сигнала уровню задающего аналогового электрического сигнала.

Формула изобретеная

1. Электропневматический следящий привод, содержащий корпус и параллельно установленные в нем первую мембрану с жестким центром, неподвижную перегородку с размещенным на ней управляющим соплом, подключенным входом через дроссель к источнику давления, а выходом к атмосфере, вторую и третью мембраны с жесткими центрами, соединенными между собой штоком, и два противоположно направленных сопла для взаимодействия с второй и третьей мембранами, одно из которых подключено к источнику давления, а другое — к атмосфере, установлен15 ных с образованием рабочей камеры, соединенной с исполнительным пневмодвигателем, а также систему управления с источником импульсов напряжения, связанным с первой мембраной и неподвижной перегородкой, отличающийся.тем, что, с целью повышения устойчивости и расширения фуни. циональных возможностей, он снабжен емкостным датчиком обратной связи, одна обкладка которого выполнена заодно с третьей мембраной, а другая установлена параллельно ей в корпусе.

2. Привод по п. 1, отличающийся тем, что система управления выполнена в виде преобразователя сигнала емкостного датчика в аналоговое напряжение, сравнивающего устройства, задатчика аналогового

30 сигнала, компаратора и ключевого электронного усилителя, а источник импульсов напряжения — в виде генератора симметричных треугольных импульсов, при этом сравнивающее устройство соединено входами с задатчиком аналогового сигнала и через

35 преобразователь сигнала — с емкостным датчиком, а выходом — с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к генератору импульсов, а выход через ключевой усиЛитель — к первой мембране и неподвижной перегородке.

1601418

Фиг. 2

1601418

Составитель С. Рождественский

Редактор С. Патрушева Техред А. Кравчук Корректор О. Кравцова

Заказ 3261 Тираж 533 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 101