Электрогидравлический следящий привод

 

Изобретение может быть использовано в следящих системах промышленных роботов и манипуляторов. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости электрогидравлического следящего привода. Один положительный вход третьего сумматора (С) 27 подключен к источнику 28 постоянного напряжения, другой - к выходу второго блока (Б) 21 умножения. Выход второго Б 29 деления соединен с вторым входом Б 18. Дифференцирующее звено 33 с замедлением подключено входом к выходу измерителя рассогласования, выходом - к входу Б 31, последовательно соединенному с пятым Б 32, выход которого подключен к положительному входу С 3. Вход делимого Б 29 через звено 30 соединен с выходом измерителя 1. Второй вход Б 22 подключен к выходу Б 31. Выход С 3 связан с входом усилителя 4 через Б 34, второй вход Б 32 соединен с выходом Б 17, второй вход Б 34 - с выходом С 27. Входы делителя Б 29, 31 соединены с выходом С 27. Такая схема обеспечивает инвариантность к переменным моменту инерции и моменту вязкого трения с учетом утечек рабочей жидкости. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51)4 15 B 9 Q3

В: Е О )"l!r Я

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4326136/25-29 (22) 09.11 .87 (46) 23.12.89. Бюл. У 47 (71 ) Дальневосточный политехнический институт им. В.В.Куйбышева и Николаевский кораблестроительный институт им. С.О ° 1(акарова (72) В.Ф.Фипаретов, А.С.Суляев и Ю,П. Кондратенко (53) 62-521(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1399521, кл. F 15 В 9/03, 1986. (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯИ64

ПРИВОД (57) Изобретение м.б. использовано в следящих системах промышленных робо" тов и манипуляторов. Цель изобретения — повышение точности и устойчивости электрогидравлического следящего привода. Один положительный вход третьего сумматора (С) 27 подключен

2 к источнику 28 постоянного напряжения, другой — к выходу второго блока (Б)

21 умножения. Выход второго Б 29 деления соединен с вторым входом Б 18.

Дифференцирующее звено 33 с замедлением подключено входом к выходу из-, мерителя рассогласования, выходом— к входу Б 31, последовательно соеди ненному с пятым Б 32, выход к-рого подключен к положительному входу С 3.

Вход делимого Б 29 через звено 30 соединен с выходом измерителя 1. Второй вход Б 22 подключен к выходу Б 31.

Выход С 3 связан с входом усилителя

4 через Б 34, второй вход Б 32 соединен с выходом Б 17, второй вход Б 34с выходом С 27. Входы делителя Б 29, 31 соединены с выходом С 27. Такая схема обеспечивает инвариантность к переменным моменту инерции и моменту вязкого трения с учетом утечек рабочей жидкости. 1 ип.

1530823

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в следящих системах промьппленных роботов и манипуляторов.

Цель изобретения — повышение точности и устойчивости.

На чертеже изображена структурная схема электрогидравлического следящего привода.

Привод содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласования, апериодическое звено 2 второго порядка и первый сумматор 3, связанный с последовательно соединенными усилителем 4, приводом 5 регулирующего органа (не изображен) насоса 6, соединенного гидролиниями 7 и

8 с гидромотором 9 с редуктором (не изображен), вал 10 которого соединен с объектом 11 регулирования и датчиками 12 и 13 положения и скорости соответственно и датчикэм момента (на чертеже не пок:;:-.!íI, последовательно соединенные датчик 14 перепада давления в гидролиниях 7 и

8, второй сумматор 15, интегратор 16, первый блок 17 деления и первый блок

18 умножения, выход которого подключен к второму положительному входу первого сумматора 3, а также последовательно соединенные датчик 19 температуры, первый нелинейный блок 20, второй блок 21 умножения и третий блок 22 умножения, выход которого подключен к третьему положительному входу первого сумматора 3, причем выход датчика 12 положения подключен к второму отрицатепьному входу измерителя рассогласования, первый положительный вход которого подключен к выходу эадатчика команд (на чертеже не показан), выход,цатчика 13 скорости соединен с входом делителя первого блока 17 деления, через четвертый блок 23 умножения — с вторым отрицательным входом второго сумматора 15, а через релейный момент 24 с нулевой нейтральной точкой — с третьим отрицательным входом второго сумматора 15, четвертый отрицательный вход которого подкчючен к выходу датчика момента, второй вход второго блока 2! умножения через второй нелинейный блок 25 подключен к выходу датчика 26 давления, а второй вход четвертого блока 23 умножения соединен с выходом второго блока 2! умножения. Кроме того, он содержит по5

50 55 следовательно соединенные тра i пй с.у. матор 27, второй положительный вход которого подключен к выходу источника 28 постоянного напряжения, а

его первый положительный вход — к выходу второго блока 21 умножения и второй блок 29 деления, выход которого соединен с вторым входом первого блока 18 умножения, а также последовательно соединенные диференцирующее звено 30 с замедлением, вход которого подключен к выходу измерителя 1 рассогласования, третий блок 31 деления и пятый блок 32 умножения, выход которого подключен к четвертому положительному входу первого сумматора 3, причем второй вход делимого второго блока 29 деления через днфференцирующее звено, 33 с замедлением второго порядка соединен с выходом измерителя 1 рассогласования, а его первый вход делителя — с выходом третьего сумматора 27, второй вход третьего блока 22 умножения подключен к выходу третьего блока 31 деления, выход первого сумматора 3 чгрез шестой блок 34 умножения подключен к входу усилителя 4, второй вход пятого блока 32 умножения соединен с выходом первого блока 17 деления, второй вход шестого блока

34 умножения — с выходом третьего сумматора 27, а второй вход делителя третьего блока 31 деления — с выходом третьего сумматора 27.

Кроме того, на чертеже имеются следующие обозначения: (и соотвк ветственно сигналы положения вала 10 от задатчика команд и от датчика 12 положения, о — сигнал датчика 13 скорости, М вЂ” момент на валу 10, P сигнал датчика 14 перепада давления в гидролиниях 8 и 7; Р„, — c.èãíàë датчика момента; с — величина рассогласования (ошибка привода).

Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом, Сигнал после коррекции через усилитель 4 поступает на привод 5 регулирующего органа насоса 6, который, создавая поток рабочей жидкости в гидролиниях 8 и 7> воздействует на гидромотор 9, изменяющий положение объекта 1! регулирования, уменьшая рассогласование с, между входным сигналом и сигналом, датчика ох

12 положения. Дпя устранения отрицательного влияния переменного момента

1530823 инерции объекта 11 регулирования и момента вязкого трения На качественные показатели работы всего привода в цел служ:rr схема коррекции, включающая в себя апериодическое звено 2 второго порядка дифференцирующее звено 33 с замедлением второго порядка и дифференцирующее звено 30 с замедлением. Причем коэффициенты, усиления дифференцирующих эненьев 30 и 33 изменяются в зависимости от изменения момента инерции объекта ll регулирования и коэффициента вязкого трения. 15

Передаточная функция электрогидравлического следящего привода н разомкнутом по положению состоянии может быть представлена в виде (2) где К>

Мсср

С учетом выражения (2) и коэффи25 циента утечек рабочей жидкости Lp 0 передаточная функция W„ Р) примет вид ((при формировании И„р (Р) М . полагается равным нулю

Я (W2 K ) (3) IV

35 тора 9 и объекта 11 регулирования, Р— символ дифференцирования.

Параметры передаточной функции

W„ (Ð) являются переменными если нги

40 переменными являются Т и К . В ре эультате значительно изменяются и динамические свойства электрогидранлического следящего привода лри изменении I и К в широких пределах. В

45 отдельных случаях возможна даже потеря устойчивости его работы.

Для сохранения неизменными динамических свойств электрогидравличе— ского следящего привода необходимо стабилизировать все параметры передаточной функции W(P). Для этого служит схема коррекции с передаточной функцией где

У„-R д з. P W

W„

Е

IVP

t.1

Ъ +Y д „( Е (ILsK + VK )Р

| (4) (У + L3K5 ) w (p) (т, Р + 1)(т,Р +1 ) (Р) W„(P)W, (P)W„,„(P)W„(P), где W(P)р — передаточная функция привода, Wy (P), W (Р ) — соответственно передаточные функции усилителя

3 — угол поворота регулирующего органа насоса 6 — передаточное отношение редуктора гидромотора 9; характерные объемы насоса 5 и гидромотора 9; коэффициенты пропорциональности; скорость вращения насоса 6; объем рабочей жидкости в гидролинии 7 (или 8) нагнетания и н полости нагнетания насоса 6; общий момент инерции вращающихся частей гидромоб

4 и регулирующего opr.ана

HQCO C B 6, (P) - передаточная функция схек мы коррекции, W<< - передаточная функция 11 гидропередачи, состоящей из насоса 6 и гидромотора

9. Момент, развиваемый гидромотором

9 с учетом моментов сухого и вязкого трения, описывается соотношением

М,. = W P = М/1 + К i p t + M«, + Т, — коэффициент вязкого трения, — момент. сухого трения, — момент инерции вращающихся частей гидромотора 9 и объекта 11, приведенный к валу 10 гидромотора.

1530823 где Т, и Т вЂ” некоторые неизменные постоянные времени, которые можно выбирать, исходя иэ требований к динамическим свойствам привода.

Параметры передаточной функции W(p) к необходимо подстраивать с учетом те"E ку<<1его значения момента инерции Т и коэффициента К . Передаточная функ6 ция W(P) с учетом выражений (1), (2) и (4) примет вид

v(p) = w,(p)w„(p)w (Р)м„„„(Р) = (5)

Из выражения (5) видно, что все пара— метрь> передаточной функции W(P) остаются постоянными, а значит постоянными сохраняются динамические свойства и качественные показатели всего электрогидравлического следящего привода в целом, т.е. точность и устойчивость привода не зависят от измеения I и Kâ

Коррекция W(p) осуществляется с помощью апериодического звена 2 второго порядка с передаточной функцией

1/W (Т Р + 1)(Т Р + 1)

f z дифференцирующего звена 30 с замедле- 35 нием и дифференцирующего звена 33 с замедлением второго порядка соответственно с передаточными функциями вид

40 р

3<> w (g P + j )(>I>P + $ )

При этом коэффициенты усиления сое— диненных со звеном 2 и блоком 18 первого и второго входов первого сумматора 3 единичнь<е, коэффициент усипе— ния третьего входа соединенного с блоком 22, равен /1с, а четвертого входа соединенного с блоком 32, равен

Для настройки параметров »к(Р) на текущее значение I используются первый и пятый блоки 18, 32 умноже— ния. Для настройки параметров »„(1 „ на текущее значение К> используются второй и третий блоки 29. .1 д. пения, а также третий и ше от<:. Гло ки 22, 34 умножения.

Если на выходе первого блока 17 деления формируется сигнал, пропорциональный I на выходе второго блока 21 умножения — сигнал, пропорциональный Кк, а на.выходе источника

28 постоянного напряжения — сигнал, пропорциональный W то с учетом того, что первый вход третьего сумматора 27 имеет коэффициент усиления а его второй вход единичный, передаточная функция И/,(P)имеет вид (4). (червь<й вход сумматора 27 соединен с блоком 21, а второй — с источником 28).

Сигнал, пропорциональный формируется следующим образом.

Согласно выражению (2) величина

I определяется из соотношения

S

Сигнал датчика момента имеет вид

М

PM

У iP

Четвертый отрицательный вход второго сумматора 15 имеет коэффициент усипения 1, его второй отрипаге;Tb ный вход — коэффициент усиления

/Ъ», а третий (отрицательный) кс эффициент усиления 1/Wq. 1ia второй вход четвертого блока 23 ум жения поступает сигнал, р:.в> ый К,, а релейный элемент 24 с нулев<>й н< йтральной точкой описывается вь<ра«ением

1М, ",ign

Р"-ajar» i )- i,, r",— I 1„, i - Передаточная функция инте с ра <о»:а 1> Ь

»» имеет вид W (Р) — —. —, a на его

<6

-Р. выходе формируется сигнал

1<>ьг -мii, — (»„ fsi>пw .; 1 „ >at

Поделив этот сигнал в блоке 17 деления на сигнал 4), на его выходе получаем сигнал Т (см. выражение (Ь)

Вязкость жидкости может быть определена с помощью выражения

E> (P — Р, 1- к (Т-1, )

=-y,e (! ) где P и Т вЂ” соответственн<. текущие значения г<авления жидкости и ее температуры, ;5ЗОВгЗ

Электрогидравлический следящий привод, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласования, апериодическое звено второго порядка и первый сумматор, связанный выходом с последовательно c

/ У вый нелинейный блок, второй блок умимеет и коэффициент вязкого трения ножения и т ий б трет лок умножения, вык (Р-Р )-л (7 ход которого подключен к положительК -КЕ

II В (s)

15 ному входу первого сумматора при1 чем выход датчика положения подклюо где К вЂ” коэффициент вязкого Трения

6 чен к отрицательному входу измеритепри Ро и ля рассогласования, положительный

Если предположить что датчики 19 те ературы и давлен установле" 2 датчика, выход датчика скорости соен| в рабочей зоне и измеряют соотв - Динен с вхоДом делителЯ пеРвого блоственно температуру T и давление 7 ка деления, через четвертый блок умжидкости, в которой происходит враножения -со вторым отрицательным вхощение подв н частей г ромотора 9 дом втоРого сУмматоРа, а чеРез Релей(а, возможно и редуктора с объектом

25 ный элемент — с третьим о трицатель-!

1 управления), а первый и второй

< ным входом второго сумматора, четнелинейные блоки 20, 25 реализуюг вертый отрицательный вход которого соответственно функвиональные зависоединен с датчиком момента, второй — (T-r ) вход второго блока умножения через

/ @ — Т(1

30 второй нелинейный блок подключен к ф

" е,то íà выходе втор го бло- ьыходУ датчика давлени", а втоРой ка 2 I умножения формируется сигнал,про" вход четвеРтого бл< а УмножениЯ соепорциональный величине К (см.выражение (8) . Реализовать нелинейные блоки жения, а т л и ч а ю шийся тем

1 можно, например, с помощью устрой- 35 что с целью по ышениЯ точности и vcства, осуществляющих кусочно-линейтойчивости, он снабжен третьим ную аппроксимацию нелинейности. сумматором, вторым и третьим блокаТаким образом, в предпагаемом ми деления, дифференцирукщим звеном приводе обеспечивается инвариантность к перемен моменту инерц 40 ном с замедлением втоРого поРЯдка привода и моменту вязкого трения с а также пятым и шестым блоками умучетом утечек рабочей жидкости, что ножения, при этом один положительнаправлено на повышение точности и ный вход третьего сумматора подклюустойчивости привода в широком диачен к источнику постоянного напряжепазоне изменения указанных величин 45 ниЯ а другой — к выходУ втоРого бло ка умножения, выход второго блока деф p H б p e 1 e H H s ения соеi.инеи с в îрь вхcgом пеp— вого блока умножения, дифференцирующее звено с замедлением подключено входом к выходу измерителя рассоглаI сования, а выходом — к входу делимого третьего блока деления, последовательно соединенному с пятым блоком умножения, выход которого Подключен к положительному входу первого сумматора, причем вход делимого вторзго блока деления через дифференцирукщее звено с замедлением второго порядка соединен с выходом измерителя рассогl2

1530823

Составитель С . Po pe с тв е иск ий

РедакторС. Патрушева Техред Л. Сердюкова Корректор О.Ципле

Заказ 7922/36

Подписное .

Тирах 605

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ушгород, ул. Гагарина, 101 ласования, второй вход третьего блока умношения подключен к выходу третьего блока деления, выход первого сумматора связан с входом усилителя че5 реэ шестой блок умнойения, второй вход пятого блока умноаения соединен с выходом первого блока деления, второй вход шестого блока умнокенияс выходом третьего сумматора,а входы делителя втого и третьего блоков деления - с выходом третьего сумматора.