Система управления положением объекта

 

Изобретение откосится к системам управления приводом промышленных роботов, может быть использовано при создании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических манипуляторов и является усовершенствованием изобретения по авт. св. № 1409975. Цель изобретения - повышение точности системы. Поставленная цель достигается тем, что в систему дополнительно введены два блока умножения, два компаратора, релейный элемент, сумматор, задатчик, а также элемент И. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 05 D 3 00

ВИ! ijb3i;k.Д

П ; Ге1 :а 1g пу g

Е;г A

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1409975 (21) 4666469/24 (22) 24.03.89 (46) 15.01.91. Бюл. № 2 (71) Институт проблем механики AH СССР (72) Н. Н. Болотник и М. Ю. Рачков (53) 62-80 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1409975, кл. G 05 D 3/00, 1987.

Изобретение относится к системам управления приводом промышленного робота, может быть использовано при создании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических манипуляторов и является дополнительным к основному авт. св. № 1409975.

Целью изобретения является повышение точности системы.

На чертеже изображена функциональная схема предложенной системы управления положением объекта.

Система содержит датчик 1 угла и датчик 2 угловой скорости, установленные на манипуляторе 3 и соединенные соответственно с блоком 4 инвертирования и с релейным элементом 5, вход которого соединен через блок 6 возведения в квадрат с первым входом сумматора 7 и через блок 8 формирования абсолютного значения переменной— с первым входом блока 9 умножения. Выход блока 4 связан через первый вход сумматора 10 с блоком 11 возведения в квадрат, который связан через второй вход сумматора 7 с первым входом компаратора 12. Выход

„„Я0„„162О996 А 2 (54) СИСТЕМА У(1РАВ, t i".. .—:. H ПО. 10ЖЕНИЕМ ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к системам управления приводом промыш, енных роботов, может быть использовано прн:оздании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических Màíèïóëÿòоров и является усовершенстгованием изобретения по авт. св. № 140 975. Цель изобретения — повышение точности системы.

Поставленная цель достигается тем, что в систему дополнительно введе«ы два блока умножения, два компаратора, репейный элемент, сумматор, задатчик, а также элемент И. I ил. блока 4 соединен также через первый вход сумматора 13 с управляющим входом релейного элемента 14, перг>ь|й вь:хо g которого связан с управляющим вх )дом релейного элемента 15, а второй и тр: —,èé выходы соответственно с первым и l -:". орым «хода ми блока 16 умножения. Выход, ока 16 соединен с первым информационнь..",; входом релейного элемента 15, имеющего выход на блок 17 исполнительных органов. Выход блока 9 связан через первый вход сумматора 18 с блоком 19 логарифмирования, выход которого через первый вход сумматора 20 соединен с первым входом блока 21 умножения. Второй и третий входы блока 21 подключены соответственно к первому и второму выходам релейного элемента 5 и через инверторы 22 и 23 соответствеHH0 к первому и второму входу блока 24 умно«.е«ня. Выход блока 21 соединен со втор::. . в .о.—,оМ сумматора 13. Второй вход бла а l .вязан через инвертор 25 с выходом ыока .I,,I задатчик 26 подключен ко вторым входа . блоков 9, 10, 12 и 18, к первому и второмх информационным входам релейных элементов 5 и 14, к

1620996 из условия третьим входам блоков 13, 16 и 24 и к четвертому входу блока 21. Выходы блоков 12 и 15 соединены соответственно с управляющим и одним из информационных входов релейного элемента 27, другой информационный вход к>торого связан с выходом сумматора 28.

Датчики 1 и 2 соединены соответственно с одними из входов компараторов 29 и 30, выходы которых связаны с элементом И 31, выход которого соединен с блоком 17, так же как и выход блока 27. Выходы блоков 10 и 2 связаны соответственно с одними из входов блоков 32 и ЗЗ умножения, выходы которых соединены со входами блока 28. Первый выход задятчика 34 связан с блоком 32, третий выход — со блоком 33, а второй выход— с блоками 29 и 30.

Система автоматического управления положением функционирует следующим образом.

Объектом управления является электромеханическая система, состоящая из звена антропоморфного манипулятора, вращающегося вокруг неподвижной оси, и привод":, осуществляющего управление этой системой.

Блок 17 исполнительных органов включает электродвигатель постоянного тока с незтвисимым возбуждением и редуктор. Управление осуществляется изменением напряжения, подаваемого на обмотку якоря электродвигателя. Движение рассматриваемой системы описывается дифференциальными уравнениями (. + и",Щ == и сс, (1

„ "-, Ri+Д U, p,= гдеi — ток в цепи якоря; U — управляющее папряисение; 1 -- момент инерции звеня манипулятора относительно оси вращения; ,7 — — момент инерции якоря электродвигателя и вра цяющихся частей редуктора; p, — момеппс электрсьмавнитных сил,. приложенных к якорю; n — передаточное число редуктора;

l. u R -- индуктивность и омическое сопротивление обмотки якоря соответственно; и c — постоянные, являющиеся техническим.; параметрами электродвигателя; ср — угол поворота звеня манипулятора.

Для большинства электродвигателей, используемых в промышленных роботах, время установления тока в цепи якоря много меньше времени выхода на стационарный режим вращения якоря и много меньше времени транспортной операции, вьполняемой манипулятором. В терминах параметров системы это означает, что при расчетах в уравнении (2) можно пренебречь индуктивностью обмотки якоря и положить /.=-0.

Применяя для данной системы известные методы теории оптимального управления, получим следующее решение (закон изменения нлпряжения на входе электродвигателя) для оптимального по быстродействию переводя объекта манипулирования из произ5

55 вольного начального положения в заданное конечное положение ср с торможением двигателя в конце процесса при ограничении на максимально допустимое напряжение

U Signg при ф О

U U при ф=ggсp(0 (3) — Ь, при =0/ ф О где 17 — максимальное значение управляющего напряжения. Ф=ч ч+

R(I+n 2)И „

X(1п(1+ — - lyl) — — — )ср!) sign(. (4) и @

Для реализации управления вида (3) формируется значение величины ф на выходе блока 13 после преобразования сигналов с датчиков 1 и 2 на блоках 4, 5, 8, 9, 18, 19, 20, 21, 25 и 26 в соответствии с выражением (4) . При положительном, отрицательном или нулевом значении величины ссютветственно задействуется один из трех выходных контактов релейного элемента 14 и в соответствии с выражением (3) релейный элемент 15 подает на блок 17 исполнительных органов управляющие сигналы, сформированные блоками 5, 16, 22, 23, 24 и 26. Процесс позиционирования выходит на конечный участок, . когда отрабатывается заданный угол поворота при гашении скорости поворота с с заданной промежуточной точностью е.

Данное условие соответствует выражению (ч — ч) +р (5)

Условие (5) реализуется на блоках 6, 7, 10 и 12. Компаратор 12 в требуемый момент времени выдает сигнал переключения в блок 27. С семи выходов задатчика 26 снимаются значения постоянных величин соответственно 1; — 1; ср; У

R(1+n J ,д 3

dn в; . Значение в рекомендуется выбирать

2с

Е( J +zг (6) где (7 — максимальное значение управляющего напряжения; — коэффициенты в линейном законе управления

8 I(v ч ) (7) обеспечивающие асимптотическую устойчивость конечного состояния (7), т. е. выражение (6) позволяет учесть ограничение на управляющее напряжение, а закон управления (7) обеспечивает точную обработку заданного положения манипулятора на конечном участке позиционирования.

Сигнал управления (7) формируется с помощью блоков 28, 32, ЗЗ и 34. Переключение с управления (3) на управление (7) осуществляется релейным элементом 27, а сигнал останова блока 17 исполнительных

1620995

Формула изобретения

Составитель,1. Цаллагова

Редактор A. 1олинич Текред Л. Кравчук Корректор И.Минска

Заказ !24б Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугнская наб.. д. -! 3

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарин;., 101 органов формируется элементом 31 при совпадении сигналов с компараторов 29 и 30, которые фиксируют полную отработку (до нулевого значения) заданных угла и угловой скорости манипулятора. С выходов задатчика 34 снимаются значения постоянных величин, т! и О.

Таким образом, наряду с оптимальным быстродействием повышается точность позиционированияя манипулятора.

Система управления положением объекта по авт. св. М 1409975, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности, она содержит дополнительно пятый и шестой блоки умножения, второй и третий компараторы, четвертый релейный элемент, шестой сумматор, второй задатчик, а также элемент Vi, причем первый вход пятого блока умножения подключен к выходу второго сумматора, второй вход — к первому выходу второго задатчика, а выход — к первому входу шестого сумматора, второй выход второго задатчика соединен с первыми входами второго и третьего компараторов, вторые входы которых подключены соответственно к выходу датчика угла объекта и к выходу датчика угловой скорости объекта, а выходы — к соответствующим входам элемента И, связанного выходом с первым входом блока исполнительных органов, третий выход второго задатчика подключен к первому входу шестого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика угловой скорости объекта, а выход — с вторым входом шестого сумматора, выход третьего релейного элемента подключен к первому информа цион ному входу четвертого релейного элемента, второй информационный вход которого связан с выходом шестого сумматора, управляюший вход — с выходом первого компаратора, а выход — с вторым входом блока исполнительных органов.