Электрогидравлическая следящая система

 

Изобретение относится к области гидроавтоматики и м.б.использовано в приводах промышленных роботов и манипуляторов. Изобретение позволяет повысить точность и расширить функциональные возможности системы . На рабочем органе 3 закреплены корпуса распределителей (Р) 8, 9, подключенных к гидроцилиндрам 1, 2. Подвижные подпружиненные элементы 15, 16 Р 8, 9 соединены с валом 11 гидромотора 10 управления с помощью микрометрических винтов 12, 13 и двуплечего рычага 14. Вал 11 соединен с датчиком 5 угла поворота и закреплен на рабочем органе 3 с возможностью поворота. С полостями гидромотора 10 сообщены выходы эл. гидравлического усилителя 4, а его вход сообщен со сравнивающим преобразователем 7. Преобразователь 7 м.б. выполнен в виде двух сумматоров , релейного усилителя и параллельно включенных пропорционального дифференцирующего и интегрирующего усилителей. В результате работы релейного усилителя возникает скользящий режим работы, обеспечивающий высокую статическую точность контура, при этом параметры переходного процесса не зависят от параметров объекта . 1 з.п. ф-лы, 5 ил. а S (рк.:7

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3975341/25-06 (22) 02.10.85 (46) 15.06.87. Бюл. № 22 (71) Донецкий филиал Института «Гипроуглеавтоматизация» (72) Ю. М. Барац, А. А. Белоцерковский, М. В. Гутман, Ю. П. Жуков, А. А. Еременко, Е. А. Геллер, П. И. Котенко, Л. М. Салтанова и А. В. Бардашев (53) 621.225.2-523 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1280206, кл. F 15 В 9/03, 1985. (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СЛЕДЯЩАЯ СИСТЕМА (57) Изобретение относится к области гидроавтоматики и м.б. использовано в приводах промышленных роботов и манипуляторов.

Изобретение позволяет повысить точность и расширить функциональные возможности системы. На рабочем органе 3 закреплены корпуса распределителей (Р) 8, 9, подклю„„SU„„1317189 А1 (sg 4 F 15 В 9/03, В 25 J 11 00 ченных к гидроцилиндрам 1,.2. Подвижные подпружиненные элементы 15, 16 P 8, 9 соединены с валом 11 гидромотора 10 управления с помощью микрометрических винтов 12, 13 и двуплечего рычага 14. Вал 11 соединен с датчиком 5 угла поворота и закреплен на рабочем органе 3 с возможностью поворота. С полостями гидромотора

10 сообщены выходы эл. гидравлического усилителя 4, а его вход сообщен со сравнивающим преобразователем 7. Преобразователь 7 м.б. выполнен в виде двух сумматоров, релейного усилителя и параллельно включенных пропорционального дифференцирующего и интегрирующего усилителей.

В результате работы релейного усилителя возникает скользящий режим работы, обеспечивающий высокую статическую точность контура, при этом параметры переходного процесса не зависят от параметров объекта. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1317189

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в приводах промышленных роботов и манипуляторов.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электрогидравлическая следящая система; на фиг. 2 — структурная схема сравнивающего преобразователя; на фиг. 3 — статическая характеристика электрогидравлического усилителя; на фиг. 4 — график скорости поворота вала гидромотора; на фиг. 5 — статическая характеристика разомкнутого контура привода гидромотора.

Электрогидравлическая следящая система содержит два встречно включенных исполнительных гидроцилиндра 1 и 2, соединенных с поворотным рабочим органом 3, электрогидравлический усилитель 4, датчик 5 угла поворота, задатчик 6 и сравнивающий преобразователь 7, подключенный выходом к входу усилителя 4 и входами — задатчику 6 и датчику 5. Система снабжена распределителями 8 и 9, корпуса (не 1loK233Hbl) которых закреплены на рабочем органе 3, и гидромотором 10 управления, вал 11 которого соединен с датчиком 5, закреплен с возможностью проворота на рабочем органе

3 и соединен с помощью дополнительно установленных микрометрических винтов 12 .и 13 и двуплечего рычага 14 с подвижными подпружиненными элементами 15 и 16 распределителей 8 и 9, подключенных к гидроцилиндрам 1 и 2, а усилитель 4 соединен выходами с полостями (не показаны) гидромотора 10. Вал 11 установлен на подшипнике 17 качения и подшипнике 18 скольжения. Усилитель 4 имеет прямой и инверсный выходы 19 и 20.

Сравнивающий преобразователь 7 выполнен в виде релейного усилителя 21, а также образующих ПИД вЂ” регулятор 22, первого и второго сумматоров 23 и 24 и параллельно включенных пропорционального дифференцируюгцего и интегрирующего усилителей 25 — 27, причем входы сумматора 23 подключены к задатчику 6 и датчику 5, а выход — к входам усилителей 25 — 27, выходы которых соединены с входами сумматора 24, а выход последнего, через усилитель 21 — с входом усилителя 4. Усилители 25 — 27 имеют коэффициенты передачи

К., Кв, Ки, Усилитель 27 снабжен стабилитроиами 28 и 29, обеспечивающими ограничение выходного сигнала Е„усилителя 27 по амплитуде. Уровень ограничения + Vo определяется из соотношения

Vo= (К„ЛХ / Wo) +К.AX+K>Wo, (i ) где ЛХ вЂ” заданное перерегулирование сигнала датчика 5;

Wo — максимальная скорость изменения сигнала датчика 5.

Соотношение коэффициентов усиления усилителей 25 и 26 составляет

2T ((+K ), (2) где Т вЂ” постоянная времени усилителя 4.

Усилитель 4 выполняется с внутренней отри5 цательной обратной связью по перепаду давлений на выходах 19 и 20. Гистерезис

Ро усилителя 4 должен соответствовать соотношению

МАХ/APi — ЛР /(Po, (3)

10 где ЛР и ЛР— разности перепадов давлений на выходах 19 и 20.

Распределители 8 и 9 соединены с напорной и сливной линиями 30 и 31.

Электрогидравлическая следящая система работает следующим образом.

С задатчика 6 на вход преобразователя

7 подается задающий сигнал «g», по которому сформируется ьходной сигнал «q»> усилителя 4.

20 Усилитель 4 вырабатывает гидравлический сигнал перепада давлений ЛР, подаваемый в полости гидромотора !О. Вал 11 с рычагом 14 поворачивается, например, по часовой стрелке (д, <р и ЛР положительны) . В результате вращения поворотного вала 11 с двухплечим рычагом 14 микрометрический винт 12 утапливает элемент 15 распределителя 8 и напорная линия 30 оказывается соединенной с гидроцилиндром 1. В то же время микрометрический винт 13 отходит от элемента 16 распределителя 9, освобождая его. Будучи подпружинен, элемент 16 распределителя 9 выходит из его корпуса и распределитель соединяет сливную линию 31 с гидроцилиндром 2.

Гидроцилиндры 1 и 2 начинают поворачивать рабочий орган 3 по часовой стрелке так, что он отслеживает положение двухплечего рычага 14.

По мере движения поворотного вала

11 выходной сигнал «х» датчика 5 угла нарастает и вычитается из выходного сигна4р ла (уставки) «g» задатчика 6, сводя к нулю рассогласование Е. Когда величина Ястанет близкой к нулю, сигналы «<р» и Л«Р» также уменьшаются, и поворотный вал 11 прекращает движение. При этом валом 11 будет отработана уставка g. Как только вал

11 останавливается, дальнейшее движение приводит к тому, что элемент 15 распределителя 8 выходит из его корпуса, так как микрометрический винт 12 отстает, а элемент 16 распределителя 9 «набегает» на микрометрический винт 13 и утапливается.

5Р Напорная линия 30 отключается от гидроцилиндра 1, а сливная линия 31 — от гидроцилиндра 2 и электрогидравлическая следягцая система занимает новое устойчивое положение, отследив задающий сигнал «g».

При уменьшении величины g знаки сигналов «< » и Л«Р» изменяются на противоположные и все описанное выше повторяется с той разнице, что движение происходит

17189 (4) dx — = К

13

3 в обратном направлении, против часовой стрелки.

Настройкой длины винтов 12 и 13 можно регулировать начальное перекрытие распределителей 8 и 9, сводя его практически к нулю.

AP=P3

dI

ТС1 + 1 = Kiq, Ivl (срмах

Работа преобразователя 7, формирующего алгоритм преобразования сигнала Я рассогласования в управляющей сигнал ср усилителя 4, происходит следующим образом.

Входные сигналы уставки g и обратной связи х подаются на входы первого сумматора 23. Сумматор 23 выделяет сигнал

«Е» рассогласования следящего сервопривода. Сигнал «Е» проходит по трем параллельным каналам: пропорциональному, содержащему усилитель 25 с коэффициентом передачи К и выдающему выходной сигнал

«Ь», дифференциальному, содержащему диф ференцирующий усилитель 26 с постоянной дифференцирования Кв и выдающему выходной сигнал «6а» и интегральному, содержащему интегрирующий усилитель 27 с постоянной интегрирования Ки и выдающему выходной сигнал кои».

Выходные сигналы «Е.», « л», «F» поступают на входы второго сумматора 24 и подвергаются нелинейному преобразованию посредством релейного усилителя 21, который формирует непосредственно управляющий сигнал « р» для усилителя 4.

В результате работы релейного усилителя 21 возникает скользящий режим работы при этом параметры переходного процесса (перерегулирования, время переходного процесса при ступенчатом возмущении) не зависят от параметров объекта, а определяются параметрами Кп, Ки, К„блока управления. Скользящий режим обеспечивает высокую статическую точность контура гидромотора 10.

Для существования скользящего режима необходимо, чтобы статическая характеристика разомкнутого контура имела однозначность в начале координат. Это достигается тем, что управление гидромотором

10 осуществляется путем задания перепада давлений ЛР (за счет охвата отрицательной обратной связью по выходному перепаду давлений усилителя 4) . При этом за счет сухого трения, определяющего зону нечувствительности, статическая характеристика разомкнутого контура имеет вид, показанный на фиг. 5, который обеспечивается, если выполняется условие (3), иначе результирующая статическая характеристика останется чисто гистерезисной и скользящий режим не возникнет. Управление гр описывается следующей системой уравнений, (считая, что ср — напряжение на обмотке усилителя 4):

IPcl (PKI< aх где P, Kn К вЂ” постоянные коэффициенты;

Т вЂ” постоянная времени обмотки усилителя 4;

1 — ток обмотки усилителя 4;

t — время;

15 P, — эквивалентное противодавление нагрузки гидромотора 10.

Введем обозначения: б = sign(AP — Pe), (5) ь = К (К,ср — Рс) ° о (6)

Из системы (4) с учетом соотношений

20 (5) и (6) после исключения времени t можно получить уравнение фазовых траекторий следящего сервопривода контура гидро ютора 10 в дифференциальном виде

2ТЕ (1Р йЕ = -,— Е„(7) где с. — скорость изменения рассогласования Я.

Из соотношений (6) видно, что при P )0 гидромотор 10 разгоняется, а при Pe(0—

З0 т рмозится.

Рассматривая движение гидромотора 10 при отработке задающего сигнала (ступенчатой уставки g=const) и постоянном управляющем воздействии q>=const, проинтегрируем уравнение (7) с целью получения

З5 уравнения фазовых траекторий разгона и тор можения следящего сервопривода контура гидромотора 10 в виде — 2Тв+2 à arctgz + С, р6)0, Е=

40 — 2Те+2 à arctg + С, ро(0, (8) q) (t) = q)max з1 п(КпЯ+Кд ), (9) 0 причем К„и Кв удовлетворяют неравенству (2 ) В соотношении (9) не учтена интегральная составляющая Е закона регулирования, которая играет важную роль в повышении помехоустойчивости следящего сервопривода

При действии периодических (сетевых) помех за счет вибрационной линеаризации коэффициент усиления релейного усилителя где Е (а =I)6m из обозначений (5) и (6)

С, С вЂ” постоянные интегрирования, зависящие от начальных условий.

Анализ фазовых портретов в соответст45 ствии с соотношениями (8) показывает, что скользящий режим существует, если

1317188

Формула изобретения

„= КпЯ

= Vo + Ки)Е d(At) о с{.Ф

= Кд — È вЂ” å К.е (10) . (13) 21 для низких частот сильно уменьшается (в 10 — 100 раз). При этом в рассогласовании Е появляется статическая ошибка, устраняемая интегральной составляющей Ь закона регулирования.

Однако наличие интегральной составляющей приводит к возникновению перерегулирования Лх. При условии, что величина постянной времени Т достаточно мала и скорость W гидромотора 10 следящего сервопривода может меняться скачком от (+Wo) до (— Wo) уравнения для сигналов Еп, Ед, с, считая начальным моментом начало набора перерегулирования, имеют вид

При этом необходимо учесть, что до момента At работа полного перерегулирования

ЛХ и реверсирования регулируемая величина

Х изменяется с постоянной максимальной скоростью Wo

Х = g + ЛХ = g + WoAt (11)

Из соотношения (11) видно, что -.= — ЛХ

= — WoAt. (12)

Решение системы (10) совместно с соотношением (12) дает

С учетом соотношений (13) и (12) получим соотношение (1). Таким образом, задавая уровень ограничения услителя 27 Vo, можно регулировать (ограничивать) максимальное перерегулирование ЛХ в допустимых пределах.

Использование предлагаемой электрогидравлической следящей системы позволяет обеспечить высокую точность и быстродействие при расширении областей устойчивости

35 в пространстве параметров системы и повышении ее помехоустойчивости. Все это расширяет функциональные возможности и область применения системы.

1. Электрогидравлическая следящая система, содержащая два исполнительных гидроцилиндра, соединенных с поворотным рабочим органом, электрогидравлический усилитель, датчик угла поворота, задатчик и сравнивающий преобразователь, подключенный выходом к входу электрогидравлического усилителя, а входами — к задатчику и датчику угла поворота, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, система снабжена двумя распределителями, корпуса которых закреплены на рабочем органе, и гидромотором управления, вал которого соединен с датчиком угла поворота, закреплен с возможностью поворота на рабочем органе и соединен с помощью дополнительно установленных микрометрических винтов и двуплечего рычага с подвижными элементами распределителей, подключенных к гидроцилиндрам, при этом электрогидравлический усилитель соединен выходами с полостями гидромотора управления, 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сравнивающий преобразователь выполнен в виде двух сумматоров, релейного усилителя и параллельно включенных пропорционального, дифференцирующего и интегрирующего усилителей, причем входы первого сумматора подключены к задатчику и датчику угла поворота, а выход — к входам параллельно включенных усилителей, выходы которых соединены с входами второго сумматора, а выход последнего через релейный усилитель — с входом электрогидравлического усилителя.

1317189 фиг5

Составитель С. Рождественский

Редактор Ю. Середа Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 2294/31 Тираж 639 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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