Самонастраивающаяся система управления

 

Изобретение касается управления исполнительными электрическими двигателями промьшшенных роботов. Цель изобретения - повьшение .точности и быстродействия системы при пониженном энергопотреблении. Система содержит блок задающего сигнала 1, первый сумматор 2, регулятор 3, блок 4 деления, усилитель мощности 5, электрический двигатель 6, датчики скорости 7 и тока 8, необратимый редуктор 9 и устройство идентификации переменного суммарного момента . инерции двигателя, состоящее из второго 10, третьего 13, четвертого 14 сумматоров, первого и второго интеграторов 15 и 17, блока II деления, логического устройства 12 и задетчика 18 момента инерции двигателя. В процессе работы блок самонастройки по сигналам, поступающим с датчи-. ков скорости 7 и тока 8 вырабатывает сигнал, пропорциональный суммарному моменту инерции двигателя 6, в функции которого осуществляется коррекция коэффициента передачи регулятора 3. 1 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1277065 A 1 (5D 4 С 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2l) 3896593/24-24 (22) 13.05.85 (46) 15.12.86. Бюл. Ф 46 (71) Владимирский политехнический институт (72) И.Н.Егоров, А.А.Назаров, А,А.Кобзев и Н.А.Новикова (53) 62-50 (088. 8) (56) Электротехническая промышленность. Сер. Электропривод. 1977, У 8 (61), с. 23-25.

Авторское свидетельство. СССР

М 851339, кл. G 05 В 13/00, 1981. (прототип). (54) САМОНАСТРАИВЫ01ЦАЯСЯ СИСТЕМА

УПРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение касается управления ислолнительными электрическими двигателями промышленных роботов. Цель изобретения — повышение точности и быстродействия системы при пониженном энергопотреблении. Система содержит блок задающего сигнала 1, первый сумматор 2, регулятор 3, блок

4 деления, усилитель мощности 5, электрический двигатель 6, датчики скорости 7 и тока 8, необратимый редуктор 9 и устройство идентификации переменного суммарного момента инерции двигателя, состоящее из второго 10, третьего 13, четвертого 14 сумматоров, первого и второго интеграторов 15 и 17, блока ll деления, логического устройства 12 и задатчика 18 момента инерции двигателя.

В процессе работы блок самонастройки по сигналам, поступающим с датчи-. ков скорости 7 и тока 8 вырабатывает сигнал, пропорциональный суммарному моменту инерции двигателя 6, в функции которого осуществляется " коррекция коэффициента передачи регулятора 3. 1 ил.! 277065

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для управления электроприводами промышленных роботов, у которых в процессе работы 5 контурный коэффициент усиления изменяется вследствие изменения приведенного момента инерции нагрузки, динамического передаточного отношения редуктора или регулирования потока возбуждения двигателя.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия работы самонастраивающейся системы (СНС) управления электрическим двигателем при пониженном энергопотреблении системы.

На чертеже приняты следующие обозначения: блок задающего сигнала 1, первый сумматор 2, регулятор 3, блок

4 умножения, усилитель 5 мощности, электрический двигатель 6, датчик

7 скорости, датчик 8 тока, необратимый редуктор 9, второй сумматор 10, блок 11 деления, логическое устрой25 ство 12, третий 13, четвертый 14 сумматоры первый интегратор 15, пятый сумматор 16, второй интегратор 17, задатчик 18 момента инерции двига30 теля.

Система работает следующим образом.

Блок 1 вырабатывает задающий сиг.нал, который в сумматоре 2 сравнивается с сигналом отрицательной об- З5 ратной связи по скорости, формирующимся с помощью датчика 7 скорости.

В сумматоре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через регулятор 3, блок 4 умножения, и усилитель 5 мощности передается на электрический двигатель 6, развивающий скорость вращения, соответствующую задающему сигналу. Регулятор 3 настраивается таким образом, что при номинальном приведенном суммарном моменте инерции двигателя, номинальном потоке возбуждения и тяговом режиме работы необратимого редуктора динамические свойства системы .(быстродействие и динамические ошибки по управлению и возмущению) удовлетворяют техническим требованиям и считаются оптимальными.

Предположим, что момент нагрузки 55 на выходном валу постоянен, а коэффи-! циент передачи двигателя уменьшился вследствие увеличения момента инерции нагрузки. Будем считать, что соотношение величин и знаков сигнала задания и момента нагрузки таковы, что в необратимом редукторе осуществляется тяговый режим. В этом случае во время переходного процесса, например, по управлению (сигнал задания увеличивается) выходной сигнал датчика 8 тока, проходя через блоки 10, 1l 14 и 15, вызывает изменение сигнала на выходе интегратора 15, который вычитается в сумматоре 16 из сигнала датчика 7 скорости. Разностный сигнал с выхода сумматора 16 поступает на второй вход сумматора 14, где складывается с сигналом, поступающим с блока 11 деления. В результате сигнал на выходе сумматора 14 уменьшается. Вследствие этого увели-, чивается выходной сигнал блока 11 деления, пропорциональный частному от деления выходного сигнала сумматора

10 на выходной сигнал сумматора 14.

Так будет происхоцить до тех пор, пока сигнал на выходе четвертого сумматора 14 не станет равным ускорению выходного вала редуктора, а сигнал на выходе блока ll деления — моменту инерции нагрузки. Далее этот сигнал через логическое устройство 12 поступает на вход третьего сумматора 13, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный моменту инерции двигателя с выхода за- датчика 18 момента инерции. На выходе сумматора 13 формируется сигнал, пропорциональный суммарному моменту инерции, приведенному к валу двигателя, этот сигнал в блоке 4 умножается на сигнал, поступающий с выхода регулятора 3. В результате получаем эффект увеличения общего коэффициента передачи регулятора 3 и блока 4 на величину, пропорциональную уменьшению коэффициента передачи двигателя, и стабилизации контурного коэффициента передачи всей системы в целом.

Аналогично процесс происходит, если задающий сигнал уменьшается.

При изменении момента нагрузки, например, при его увеличении, скорость двигателя уменьшается, а ток возрастает. Поскольку величина сигна-. ла на выходе интегратора 17 соответствует прежнему (меньшему) значению момента нагрузки, то на первый вход блока 11 деления поступает сигнал, 1277065

t0 уже несоответствующий динамическому току, воздействующему на двигатель. Выходной сигнал интегратора

l5 увеличивается (так как ток двигателя возрастает), в то время как сиг- S нал датчика 7 скорости уменьшается.

Под действием появившегося на выходе сумматора 16 отрицательного сигнала рассогласования выходной сигнал интегратора 17 (его знак отрицателен) увеличивается до тех пор, пока не придет в соответствие с увеличивающимся моментом нагрузки.

При одновременном изменении момента нагрузки и момента инерции нагруз->5 ки (этому случаю соответствует также режим регулирования потока возбуждения двигателя при постоянном моменте) работа системы происходит аналогично указанному. При этом согласованная 20 работа и правильное взаимодействие контура оценки суммарного момента инерции двигателя, образованного блоками 10-13, 14-16 и 18, и конту ра оценки тока нагрузки, включающе- 25

ro блоки 10, 11, 14-17, обеспечивается соответствующим выбором их контурных коэффициентов усиления.

В статическом равновесном состоянии, характеризующимся тем, что ско- 30 рость о и ускорение at. вала двигателя равны нулю, а момент, разви° ваемый двигателем М, меньше момента нагрузки М„, необратимый редуктор заклинивается. Это объясняется тем, что под воздействием моментов, прикладываемых к выходным валам необратимых редукторов (моментов нагрузки), в самотормозящихся передачах этих редукторов создаются только моменты .. 40 трения в зацеплении, которые по сво— ей физической сущности не могут быть движущими. В результате вал электрического двигателя в статических состояниях равновесия остается непо.- 45 движным при любых моментах нагрузки, действующих на выходной вал необратимого редуктора. Это обстоятельство позволяет отключать электродвигатель самонастраивающейся системы 50 от источника энергии в статических . равновесных состояниях.

Теперь рассмотрим случай, когда вследствие смены режима движения изменяется динамическое передаточное SS отношение редуктора.

„" определяется для необратимых редукторов соотношением

° р з

1 — l 1,Ä1 i, при M> ot c О, где q,«1 — КПД прямого и обратпх ол ного хода редуктора; о — скорость вала двига-, теля;

М вЂ” момент в зацеплении, M= IPDYi +И„, где I " момент инерции нагрузки;

И„ — момент нагрузки; — кинематическое передаточное отношение редуктора; — ускорение вала двигателя.

Чаще всего это происходит при реверсе, торможении или разгоне электродвигателя. Предположим, что в начальный момент времени соотношение величин и знаков сигнала задания и момента нагрузки таковы, что в необратимом редукторе осуществляется тяговый режим движения, т.е. произведение M d. >О. При этом в блоке 12 определяется произведение сигналов

U и U, соответственно поступающих на его первый и второй управляющие входы с выходов датчиков 7 и 8 скорости и тока, пропорциональных скорости вала двигателя <с и моменту в зацеплении M . В блоке 12 при положительном знаке вновь сформированного сигнала устанавливается коэффициент передачи К,, пропорциональный динамическому передаточному отношению необратимого редуктора в тяговом режиме.

При реверсе двигателя его скорость некоторое время сохраняет свой знак, в то время как знак момента в зацеплении изменяется на противоположный.

Соответствующим образом изменяются и знаки сигналов датчиков скорости и тока двигателя. При этом происходит смена режиме движения необратимового редуктора с тягового на режим оттормаживания. Одновременно изменяется и динамическое передаточ,ное отношение редуктора. В этом, случае в блоке 12 изменяется знак сигнала, пропорциональный произведению сигналов, поступающих на первый и второй управляющие входы блока с выходов датчиков скорости и тока (М ci О), поскольку знак сигнала на выходе датчика скорости сохраняет некоторое время свой знак, 1277065 а знак сигнала датчика тока меняется на противоположный. В результате в блоке 12 по сигналу, пропорцио нальному произведению (U " х У, ), знак которого изменился йа противо положный, устанавливается коэффици" ент усиления — К, пропорциональный динамическому передаточному отношению редуктора в режиме оттормажива" 10 ния.

При смене режима оттормаживания в редукторе при работе СНС на тяговый в блоке идентификации момента инерции происходят аналогичные про- 15 цессы, Таким образом, вновь введенное s устройство идентификации переменного . суммарного момента инерции двигателя логическое устройство позволяет 20 учесть нелинейные свойства необрати- . мого редуктора, с помощью которого улучшаются энергетические характеристики всей СНС, а использование блока умножения вместо блока деления— уменьшить число интеграторов и блоков деления, используемых в идентификаторе переменного момента инерции.

Все это позволяет повысить точностьи быстродействие работы как устройст- 30 ва идентификации, так и всей системы в целом.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся система унравпения, содержащая блок умножения, блок деления, первый интегратор, первый и второй сумматоры, последовательно соединенные блок задающего сигнала, третий сумматор и регулятор, второй вход, третьего сум" матора соединен с выходом датчика скорости, вход которого соединен с входом датчика тока и выходом электродвигателя, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, выход датчика тока соединен с входом чет-" г вертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго интегратора, отличающаяся . тем, что, с целью повышения быстродействия и точности при пониженном энергопотреблении„ дополнительно введены необратимый редуктор, пятый сумматор, задатчик момента инерции двигателя и логическое устройство, первый управляющий вход которого соединен с выходом датчика скорости и входом пятого сумматора, выход кОторого соединен с входом второго интегратора, а второй вход — с выходом первого интегратора, вход которого соединен с . входом блока деления и выходом второго сум матора, первый вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а второй вход — с выходом блока деления, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, вход которого соединен с вторым управляющим входом логического устройства, третий вход которого соединен с выходом блока деления, а выход — с входом первого сумматора, второй .вход которого соединен с эадатчиком момента инерции двигателя, а выходс входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом регулятора, а выход — с входом усилителя мощности, выход электродвигателя соединен с входом необратимого редуктора.!

277065

Составитель В.Башкиров.

Редактор Э.Слиган Техред В.Кадар

Корректор Г.Решетник

Заказ 6664/40 Тираж 836

ВН11ИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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