Самонастраивающийся электропривод манипулятора



Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора
Самонастраивающийся электропривод манипулятора

 


Владельцы патента RU 2562400:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация вредных переменных моментных воздействий на электропривод при движении манипулятора. Для этого в электропривод манипулятора дополнительно введены последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения. 2 ил.

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами манипуляторов.

Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене исполнительного органа робота, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, реализующий функцию sin, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу второго датчика положения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь, реализующий функцию cos, подключен к выходу третьего датчика положения, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика ускорения, а выход - с шестым входом третьего сумматора. (Патент РФ №2424894. Бюл. №21, 2011).

Недостатком этого устройства является то, что в электроприводе рассматриваемого манипулятора не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате это устройство не будет точно компенсировать все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и шестого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок уможения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости (Патент РФ №2063867. Бюл. №20, 1996). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению и принято за прототип.

Однако его недостатком является то, что оно предназначено для электропривода манипулятора, основание которого не имеет линейной степени подвижности. В результате оно не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы рассматриваемого электропривода рассматриваемого манипулятора. Поэтому возникает задача построения такой самонастраивающейся коррекции, которая обеспечила бы высокую динамическую точность работы именно рассматриваемого электропривода с учетом всех моментных воздействий на этот электропривод.

Задачей заявляемого технического решения является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора одновременно по всем его степеням подвижности.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода третьей степени подвижности манипулятора, который обеспечивает получение необходимого моментного воздействия, точно компенсирующего вредные переменные моментные воздействия на этот электропривод при движении манипулятора.

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, дополнительно введены последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогами и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию «Новизна».

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет добиться повышения динамической точности управления рассматриваемым электроприводом манипулятора в условиях существенного и быстрого изменения параметров нагрузки, обусловленного взаимовлиянием между всеми его степенями подвижности.

На фиг. 1. представлена блок-схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода манипулятора. На фиг. 2 представлена его кинематическая схема.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком 6 скорости непосредственно и через редуктор 7 - с шестерней 8, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик 9 положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок 10 и третий сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, входу релейного блока 10 и второму входу первого сумматора 1, а выход - ко второму входу второго сумматора 3, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора 1, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 9 положения и с первым входом пятого сумматора 14, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора 1, шестой сумматор 15, ко второму входу которого подключен второй задатчик 16 сигнала, второй блок 17 умножения, седьмой сумматор 18, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 13, и третий блок 19 умножения, второй вход которого через первый квадратор 20 подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора 11, а также датчик 22 массы, выход которого подключен ко вторым входам первого 2 и второго 17 блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик 23 скорости, четвертый блок 24 умножения, второй квадратор 25 и пятый блок 26 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 18, а выход - к четвертому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 27 положения, первый синусный функциональный преобразователь 28, шестой блок 29 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и восьмой сумматор 30, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, а выход - к пятому входу третьего сумматора 11, второй вход четвертого блока 24 умножения через второй косинусный функциональный преобразователь 31 подключен к выходу второго датчика 27 положения, первый датчик 32 ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные девятый сумматор 33, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого 20 и второго 25 квадраторов, седьмой блок 34 умножения и десятый сумматор 35, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой 36 и девятый 37 блоки умножения подключены к выходам второго датчика 21 скорости и седьмого сумматора 18, а выход - к седьмому входу третьего сумматора 11, последовательно соединенные второй усилитель 38, вход которого подключен к выходу второго датчика 27 положения, третий синусный функциональный преобразователь 39, десятый блок 40 умножения, второй вход которого через третий квадратор 41 подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, одиннадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 43 ускорения, одиннадцатый блок 44 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, и двенадцатый сумматор 45, второй вход которого через двенадцатый блок 46 умножения подключен к выходу третьего датчика 47 ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока 37 умножения, последовательно соединенные третий задатчик 48 сигнала, тринадцатый сумматор 49, второй вход которого подключен к выходу датчика 22 массы, и тринадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, а выход - ко второму входу восьмого блока 36 умножения, причем второй вход двенадцатого блока 46 умножения через четырнадцатый блок 51 умножения соединен с выходом четвертого блока 24 умножения, а второй вход четырнадцатого блока 51 умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 31, второй вход седьмого блока 34 умножения через пятнадцатый блок 52 умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора 49, а второй вход пятнадцатого блока 52 умножения подключен к выходу первого датчика 6 скорости, последовательно соединенные шестнадцатый блок 53 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока 50 умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь 54 - к выходу третьего датчика 55 положения, и семнадцатый блок 56 умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные дифференциатор 58 и восемнадцатый блок 59 умножения, выход которого подключен к пятому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь 60, подключенный входом к выходу третьего датчика 55 положения, девятнадцатый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока 50 умножения, двадцатый блок 62 умножения и двадцать первый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 23 скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора 35, последовательно соединенные двадцать второй блок 64 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора 49, двадцать третий блок 65 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 28, двадцать четвертый блок 66 умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора 35, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока 67 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 54, а второй - к выходу четвертого датчика 57 ускорения, входу дифференциатора 58 и вторым входам семнадцатого 56 и двадцатого 62 блоков умножения.

На рисунках приведены следующие обозначения: qвх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем; qi - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора ( i = 1,   4 ¯ ) ; mi, mг - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза ( i = 1,   2 ¯ ) ; 1 2 * - расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q3=0; 12 - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата; q ˙ 1 , q ˙ 2 - скорости изменения соответствующих обобщенных координат манипулятора; α ˙ 3 - скорость вращения ротора электродвигателя третьей степени подвижности манипулятора; q ¨ i ( i = 1,  4 ¯ ) - ускорения в соответствующих степенях подвижности манипулятора.

Самонастраивающийся электропривод работает следующим образом.

На вход подается воздействие qвх, обеспечивающее требуемый закон управления третьей обобщенной координатой q3 манипулятора (фиг. 2). На выходе сумматора 14 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в элементах 1-3, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 5 с редуктором 7, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия Мв на привод.

Второе звено манипулятора перемещается с помощью электропривода посредством передачи шестерня-рейка. Рейка установлена вдоль второго звена, а шестерня - на выходном валу редуктора 7 электропривода и имеет радиус r.

В процессе движения манипулятора, на его второе звено со стороны привода действует сила

где g - ускорение свободного падения.

Эта сила на выходном валу редуктора 7 создает момент, равный

С учетом соотношения (1), а также уравнения электрической U = L d i d t + i R + K ω α ˙ 3 и механической i K M = ( J + H * ) α ¨ 3 + M C T P + K B α ˙ 3 + M B H * цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый привод, управляющий координатой q3, можно описать следующим дифференциальным уравнением

где ,

R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя; J - момент инерции якоря электродвигателя 5 и вращающихся частей редуктора, приведенных к его валу; KM - коэффициент крутящего момента; Kω - коэффициент противоЭДС электродвигателя; KB - коэффициент вязкого трения; iP - передаточное отношение редуктора 7; МСТР - момент сухого трения; Ky - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря электродвигателя.

Из уравнения (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q3, являются существенно переменными, зависящими от величин mГ, q1, q2, q3, q ˙ 1 , q ˙ 2 , q ˙ 3 , q ¨ 1 , q ¨ 2 , q ¨ 4 , q 4 . В результате в процессе работы рассматриваемо электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Поэтому для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он всегда описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Датчики 55, 27 и 9 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (фиг. 2) и измеряют обобщенные координаты q1, q2 и q3, соответственно. Датчики 23, 21 и 6 также установлены в первой, второй и третьей степенях подвижности манипулятора (см. фиг. 2) и измеряют скорости q ˙ 1 , q ˙ 2 и α ˙ 3 , соответственно, а датчики 47, 43, 32 и 57 - в его первой, второй, третьей и четвертой степенях подвижности и измеряют ускорения q ¨ 1 , q ¨ 2 , q ¨ 3 , q ¨ 4 , соответственно.

Первый отрицательный (со стороны датчика 9) и второй положительный входы сумматора 14 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на его выходе формируется сигнал ε=qвх-q3. Первый положительный вход сумматора 1 (со стороны сумматора 14) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления Kω/Ky. В результате на выходе сумматора 1 формируется сигнал ε K ω K у α ˙ 3 . Первые и вторые положительные входы сумматоров 13 и 15 имеют единичные коэффициенты усиления. На выходах первого 12 и второго 16 задатчиков, соответственно, формируются сигналы 1 2 * = c o n s t , 12=const. В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал 1 2 * + q 3 на выходе сумматора 15 - сигнал 1 2 * + q 3 + 1 2 .

Первый (со стороны блока 17) и второй положительные входы сумматора 18, соответственно, имеют коэффициенты усиления r/iP, rm2/iP. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал r [ m 2 ( 1 2 * + q 3 ) + m Г ( 1 2 * + q 3 + 1 2 ) ] / i P , на выходе блока 19 - сигнал r [ m 2 ( 1 2 * + q 3 ) + m Г ( 1 2 * + q 3 + 1 2 ) ] q ˙ 2 2 / i P , а на выходе блока 26 - сигнал r [ m 2 ( 1 2 * + q 3 ) + m Г ( 1 2 * + q 3 + 1 2 ) ] cos 2 ( q 2 ) q ˙ 1 2 / i P .

Первый (со стороны блока 29) и второй положительные входы сумматора 30, соответственно, имеют коэффициенты усиления rg/iP и m2rg/iP. В результате на выходе сумматора 30 формируется сигнал rg(m2+mr)sin(q2)/iP.

Выходной сигнал релейного блока 10 имеет вид

где |MT| - величина момента сухого трения при движении.

Первый и второй положительные входы сумматора 33 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал q ˙ 2 2 + q ˙ 1 2 cos 2 q 2 .

На выходе задатчика 48 формируется сигнал m2. Первый и второй положительные входы сумматора 49 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал m2+mГ, на выходе блока 34 - сигнал ( m 2 + m Г ) ( q ˙ 2 2 + q ˙ 1 2 cos 2 q 2 ) α ˙ 3 , на выходе блока 36 - сигнал ( m 2 + m Г ) q ˙ 2 cos q 2 , на выходе блока 56 - сигнал ( m 3 + m Г ) q ¨ 4 cos q 1 cos q 2 , на выходе блока 59 - сигнал ( m 3 + m Г ) q 4 cos q 1 cos q 2 , на выходе блока 63 - сигнал ( m 3 + m Г ) q ¨ 4 q ˙ 1 sin q 1 cos q 2 , а на выходе блока 66 - сигнал ( m 2 + m Г ) q ¨ 4 q ˙ 2 cos q 1 sin q 2 .

Коэффициент усиления усилителя 38 равен 2 в результате на выходе блока 40 формируется сигнал q ˙ 1 2 sin 2 q 2 . Первый отрицательный (со стороны блока 40) вход сумматора 42 имеет единичный коэффициент усиления, а второй положительный - коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 44 формируется сигнал ( 2 q ¨ 2 q ˙ 1 2 sin 2 q 2 ) q ˙ 2 .

На выходе блока 46 формируется сигнал q ˙ 1 q ¨ 1 cos 2 q 2 . Первый (со стороны блока 44) и второй положительные входы сумматора 45 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, соответственно. В результате на выходе сумматора 45 формируется сигнал ( 2 q ¨ 2 q ˙ 1 2 sin 2 q 2 ) q ˙ 2 + 2 q ˙ 1 q ¨ 1 cos 2 q 2 , а на выходе блока 37 - сигнал r m 2 ( 1 2 * + q 3 ) + m r ( 1 2 * + q 3 + 1 2 ) [ ( 2 q ¨ 2 q ˙ 1 2 sin 2 q 2 ) q ˙ 2 + 2 q ˙ 1 q ¨ 1 cos 2 q 2 ] / i P .

Первый (со стороны блока 34) отрицательный вход сумматора 35 имеет коэффициент усиления, равный l/iP, второй положительный (со стороны блока 36) - коэффициент усиления, равный g, третий отрицательный (со стороны блока 37) - коэффициент усиления, равный iP/r, четвертый положительный (со стороны блока 56) - коэффициент усиления, равный R/L, пятый положительный (со стороны блока 59), а также шестой и седьмой отрицательные (со стороны блоков 63, 66) - единичные коэффициенты. В результате на выходе сумматора 35 формируется сигнал M ˙ B H * i P / r + ( R / L ) ( m 2 + m Г ) q ¨ 4 cos q 1 cos q 2 = = ( m 2 + m Г ) [ g q ˙ 2 cos q 2 q ˙ 3 ( q ˙ 2 2 + q ˙ 1 2 cos 2 q 2 ) + q 4 cos q 1 cos q 2 q ¨ 4 ( q ˙ 1 sin q 1 cos q 2 + q ˙ 2 cos q 1 sin q 2 ) + ( R / L ) q ¨ 4 cos q 1 cos q 2 ] [ m 2 ( 1 2 * + q 3 ) + m Г ( 1 2 * + q 3 + 1 2 ) ] [ ( 2 q ¨ 2 q ˙ 1 2 sin 2 q 2 ) q ˙ 2 + 2 q ˙ 1 q ¨ 1 cos 2 q 2 ] .

Первый (со стороны блока 10) и пятый (со стороны сумматора 30) положительные, третий (со стороны блока 19) и четвертый (со стороны блока 26) отрицательные входы сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, второй положительный (со стороны датчика 6) - коэффициент усиления, равный ( K M K ω R + K B ) , шестой положительный (со стороны датчика 32) - коэффициент усиления, равный L K B i P R , а седьмой положительный (со стороны сумматора 35) - коэффициент усиления, равный Lr/(Rip). В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал

.

Первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) имеет коэффициент усиления r 2 ( i P 2 J H ) , его второй положительный вход (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления R/(KMKy), а третий положительный - коэффициент усиления ( J + m 2 r 2 / i P 2 ) / J H . В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку | M T | s i g n α ˙ 3 при движении электропривода достаточно точно соответствует MCTP, то, подставив полученное значение U* (3) в соотношение (2), получим уравнение, которое имеет постоянные желаемые параметры L J H α 3 + R J H α ¨ 3 + K M K ω α ˙ 3 = К у К М ε . То есть электропривод, управляющий координатой q3, будет иметь постоянные желаемые динамические свойства и качественные показатели.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора, включающий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с шестерней, приводящей в движение рейку, закрепленную неподвижно на втором телескопическом звене манипулятора, и первый датчик положения, измеряющий положение этого второго звена относительно его горизонтальной оси вращения, последовательно соединенные релейный блок и третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, входу релейного блока и второму входу первого сумматора, а выход - ко второму входу второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом первого сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого датчика положения и с первым входом пятого сумматора, подключенного вторым входом к входу устройства, а выходом - к первому входу первого сумматора, шестой сумматор, ко второму входу которого подключен второй задатчик сигнала, второй блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, и третий блок умножения, второй вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого и второго блоков умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, четвертый блок умножения, второй квадратор и пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, а выход - к пятому входу третьего сумматора, второй вход четвертого блока умножения через второй косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, первый датчик ускорения, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам первого и второго квадраторов, седьмой блок умножения и десятый сумматор, второй и третий входы которого, соответственно, через восьмой и девятый блоки умножения подключены к выходам второго датчика скорости и седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого подключен к выходу второго датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, десятый блок умножения, второй вход которого через третий квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, и двенадцатый сумматор, второй вход которого через двенадцатый блок умножения подключен к выходу третьего датчика ускорения, а его выход - ко второму входу девятого блока умножения, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу восьмого блока умножения, причем второй вход двенадцатого блока умножения через четырнадцатый блок умножения соединен с выходом четвертого блока умножения, а второй вход четырнадцатого блока умножения подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, второй вход седьмого блока умножения через пятнадцатый блок умножения соединен с выходом тринадцатого сумматора, а второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу первого датчика скорости, отличающийся тем, что, в него дополнительно введены последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходу тринадцатого блока умножения и через четвертый косинусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и семнадцатый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу десятого сумматора, последовательно соединенные дифференциатор и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестнадцатого блока умножения, а выход - к пятому входу десятого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу третьего датчика положения, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, двадцатый блок умножения и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к шестому входу десятого сумматора, последовательно соединенные двадцать второй блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а второй - к выходу тринадцатого сумматора, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу десятого сумматора, а второй вход - к выходу двадцать пятого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, а второй - к выходу четвертого датчика ускорения, входу дифференциатора и вторым входам семнадцатого и двадцатого блоков умножения.



 

Похожие патенты:

Устройство пеленгации источников лазерного излучения относится к области оптико-электронного приборостроения, а более конкретно к устройствам обнаружения и пеленгации источников лазерного излучения для систем защиты подвижных объектов военной техники.

Изобретение относится к области цифровой вычислительной техники и может быть использовано в автоматических и автоматизированных системах управления объектами с терминальным управлением.

Изобретение относится к автоматическому управлению. Технический результат - расширение функциональных возможностей и обеспечение работоспособности системы регулирования объекта с рециклом при смене режимов технологического процесса.

Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано при создании систем управления. Техническим результатом является повышение скорости работы электропривода без превышения заданной динамической ошибки при текущей амплитуде входного гармонического сигнала и с учетом индуктивности его якорной цепи.

Изобретение относится к автоматизированному управлению, в частности к управлению группой (командой, коллективом) интеллектуальных агентов различного назначения, и может быть использовано для построения систем управления сложными организованными мультиагентными объектами (МА-объектами).

Изобретение относится к адаптивным системам управления и может найти применение в химической, нефтехимической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к электронной технике и автоматике и может использоваться в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных физических величин (температуры, давления, производительности, скорости и т.д.) с обратной связью, применяемых в различных отраслях промышленности и в научных исследованиях для управления объектами управления, склонными к колебаниям.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления для скалярных объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах автоматического управления априорно неопределенными нестационарными динамическими объектами периодического действия.

Изобретение относится к системе с двойным шестеренчатым приводом и способу управления, связанному с ней, и, в частности, изобретение относится к упреждающему демпфированию колебаний в системе с двойным шестеренчатым приводом с переменной скоростью.

Изобретение относится к робототехнике. Технический результат - компенсация переменных воздействий на электропривод. Для этого в электропривод дополнительно введены последовательно соединенные третий датчик положения, девятый косинусный функциональный преобразователь, двадцать седьмой, двадцать восьмой и двадцать девятый блоки умножения, причем выход последнего подключен к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные десятый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать седьмого блока умножения и к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, восемнадцатый сумматор, тридцать второй блок умножения, девятнадцатый сумматор и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать восьмого блока умножения и выходу пятого сумматора, а выход - к девятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого косинусного функционального преобразователя, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - к второму входу восемнадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, второй дифференциатор и тридцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока умножения, а выход - к второму входу девятнадцатого сумматора, причем вторые входы двадцать девятого и тридцать второго блоков умножения подключены к выходу четвертого датчика ускорения. 2 ил.

Изобретение относится к системам управления и контроля за функционированием оборудования систем жизнеобеспечения и защиты в заданных режимах специальных объектов и предназначена для системы жизнеобеспечения специальных объектов Министерства обороны Российской Федерации. Техническим результатом является повышение надежности. Система в том числе содержит модуль управления и контроля, служащий для сбора, обработки и передачи информации от датчиков и исполнительных устройств систем жизнеобеспечения, и автоматического управления исполнительными устройствами систем жизнеобеспечения, блок, содержащий источники бесперебойного питания, модуль, служащий для хранения базы данных и программирования режима работы всех блоков системы, пульт управления, блок для обучения персонала, содержащий учебно-модельный тренажер, модуль, управляющий устройством отображения текстовой и информации о состоянии систем жизнеобеспечения, при этом к общей схеме системы подключены через каналы связи вспомогательные подсистемы. 1 ил.

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к способу автоматической настройки, по меньшей мере, одного из нескольких участвующих в процессе уборки рабочих органов самоходной уборочной машины. Способ включает этап, в котором выполняют начальное моделирование процесса уборки с помощью, по меньшей мере, одной трехмерной графической характеристики (KFAi, KFRi) на основе базы данных, характерной для подлежащего выполнению процесса уборки. Далее на основе начального моделирования определяют начальную рабочую точку (APi), по меньшей мере, одного рабочего органа. Затем адаптируют, по меньшей мере, одну трехмерную графическую характеристику (KFA(n), KFR(n)) на основе текущих полученных путем измерений данных, влияющих на процесс уборки, и определяют новую рабочую точку (AP(n)), по меньшей мере, одного рабочего органа в зависимости от адаптации трехмерной графической характеристики (KFA(n), KFR(n)). Далее выполняют итеративное приближение к новой рабочей точке (AP(n+1)). После шага (AS) приближения к новой рабочей точке (АР(n)) выдерживают время достижения квазиустановившегося поведения машины и оставляют полученные значения установочных параметров рабочих органов в зависимости от результата проверки на достоверность трехмерной графической характеристики (KFA(n), KFR(n)) или возвращаются к их значениям, соответствующим предыдущей рабочей точке (АР(n-1)). Способом обеспечивается гибкое реагирование на изменяющиеся граничные условия в ходе процесса уборки. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области систем автоматического управления электромеханическими объектами, в частности объектами с неконтролируемыми возмущениями и неизвестными переменными параметрами. Технический результат, заключающийся в уменьшении времени переходного процесса и увеличении запаса устойчивости конечной системы управления, достигается за счет того, что сигнал, пропорциональный вектору состояния объекта управления, поступает на регулятор состояния, коэффициенты которого перестраиваются методом наименьших квадратов, сводя к минимуму разность между эталонной и измеренной координатами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для выбора оптимального по точности режима работы электрического двигателя. Технический результат - увеличение точности управления за счет применения эффективного математического метода решения обратных задач. Устройство содержит: блок хранения констант; первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый блок произведения; блок возведения в степень (-1); первый, второй, третий, четвертый блок сложения; первый, второй, третий блок модуля; блок деления; блок формирования знака выражения; первый, второй, третий блок инверсии; первый, второй блок интегрирования; блок производной; блок вычитания. 1 ил.

Изобретение относится к управлению производственным процессом с использованием экономической целевой функции. Технический результат - оптимизация управления процессом при наличии возмущений. Система и способ для координации усовершенствованного управления технологическим процессом и оптимизации в реальном времени производственного процесса принимают данные процесса и экономические данные, соответствующие производственному процессу, которым будут управлять и который будут оптимизировать. На основании данных процесса, экономических данных и модели нелинейного устойчивого состояния процесса экономическую целевую функцию вычисляют с помощью модели оптимизации в реальном времени. Нелинейная аппроксимация с уменьшенным порядком экономической целевой функции вычисляется после этого с помощью модуля оптимизации в реальном времени и передается в модуль усовершенствованного управления технологическим процессом. Модуль усовершенствованного управления технологическим процессом использует нелинейную аппроксимацию с уменьшенным порядком экономической целевой функции для управления производственным процессом в направлении ограниченного экономического оптимума. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов. Техническим результатом является обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик. Самонастраивающийся электропривод манипулятора управляет обобщенной координатой q2 манипулятора, конструкция которого позволяет осуществлять горизонтальное прямолинейное перемещение (координата q4) и три вращательных движения (координаты q1, q2 и q3), при этом формируют дополнительный сигнал управления, подаваемый на вход электропривода, который обеспечивает получение моментного воздействия, необходимого для обеспечения полной инвариантности его показателей качества к непрерывно изменяющимся параметрам нагрузки. 2 ил.

Изобретение относится к области самонастраивающихся систем управления электроприводами. Способ самонастройки заключается в том, что в течение определенного интервала времени подают случайно сгенерированное управляющее задание на вход электропривода или предварительно построенной его модели. Производится замер тока, напряжения якоря, скорости на валу двигателя и запись данных параметров в персональный компьютер, или ЭВМ, или микропроцессорное устройство. Оптимизируют при помощи программно реализованного модифицированного генетического алгоритма коэффициенты ПИ-регуляторов контуров регулирования системы управления электроприводом. Модифицированный генетический алгоритм осуществляет поиск оптимума в пространстве поиска коэффициентов ПИ-регуляторов для достижения требуемых переходных процессов согласно критериям качества для электропривода, заданных в технологическом процессе. При этом полученные коэффициенты ПИ-регуляторов подставляют в систему управления электроприводом. Технический результат изобретения состоит в повышении точности самонастройки системы управления электроприводом. 4 ил.

Изобретение относится к области управления сложными объектами, которые не удается представить математической моделью в виде систем линейных дифференциальных уравнений, и быстродействующими технологическими процессами и касается нефтехимической, машиностроительной и нефтеперерабатывающей промышленностей. Технический результат - повышение быстродействия и точности управления. Адаптивный интеллектуальный логический регулятор, работающий в условиях нечетко заданной информации, состоит из фаззификатора, блока логического вывода, дефаззификатора, исполнительного органа, объекта управления, датчика обратной связи, ПИД-регулятора, сумматора, блока базы правил подстройки коэффициентов ПИД-регулятора, блока адаптации коэффициентов ПИД-регулятора и блока идентификации технологического процесса. 3 ил.

Изобретение относится к способу управления подводным объектом. Для перемещения подводного объекта по вертикали со стороны судна изменяют длину первой из двух частей механической связи между объектом и судном, поддерживая усилие, равное весу подводного объекта в воде, осуществляют дополнительное перемещение со стороны подводного объекта изменением длины второй части механической связи, ограниченное допустимыми значениями. Формируют вторую составляющую усилия во второй части механической связи на основе разности измеренной скорости вертикального перемещения объекта и заданной скорости судовой лебедки, а также на основе отклонения натяжения каната от значения, соответствующего весу подводного объекта при достижении подводным объектом заданной глубины погружения. Обеспечивается точность стабилизации подводного объекта в условиях морской качки. 6 ил.
Наверх