Электрогидравлический следящий привод
Изобретение касается гидроавтоматики и может быть использовано в системах управления испытательных стендов. Целью изобретения является повышение надежности, точности, долговечности и плавности и расширение диапазона скоростей. Блоками 22, 23 нелинейной коррекции осуществляется компенсация кинематической погрешности, обусловленной колебаниями гидроцилиндров 7, 8 вокруг своих опор 13, 14. Наличие дополнительных внутренних контуров регулирования усилия на штоках 5, 6 гидроцилиндров 7, 8 выравнивает характеристики каналов управления. Суммарное усилие двух гидроцилиндров 7, 8 на выходном коленчатом валу направлено по касательной к окружности вращения центров шарниров на концах штоков 5, 6 и формируется путем сравнения в сумматоре 19 сигнала задатчика и датчиков 10, 11 углового положения и угловой скорости, а также сравнения в блоках 26, 27 сравнения сигналов с выходов блоков 24, 25 умножения с сигналами датчиков 17, 18 перепада давления на гидроцилиндрах 7, 8. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
:ь : „p)g.ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АBTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4447936/40-29 (22) 27.06.88 (46) 15.04.90. Бюл. 1 14 (72) В.С.Трофимов, И.И.Смирнов и Л.С.Тарасов (53) 62-521 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 495656, кл. G 05 0 19/00, 1976 .
„„SU„„! 557370 A 1 (51)5 Г 15 В 9/03, G 05 <: 19/00
2 (54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЦИЙ
П РИВОЛ (57) Изобретение касается гидроавтоматики и может быть использовано в системах управления испытательных стендов. Целью изобретения является повышение надежности, точности, долговечности и плавности и расширение диапа1557370
10 зона скоростей, Блоками 22, 23 нелинейной коррекции осуществляется компенсация кинематической погрешности, обусловленной колебаниями гидроцилиндров 7, 8 вокруг своих опор 13, 14. Наличие дополнительных внутренних контуров регулирования усилия на штоках 5, 6 гидроцилиндров 7, 8 выравнивает характеристики каналов управления. Суммарное усилие двух гидроцилиндров 7, 8 на выходном коленчатом
Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в системах управления испытательных стендов, Цель изобретения - повышение наде>кности, точности, долговечности и плавности и расширения диапазона скоростей. 25
На фиг. 1 изображена принципиальная схема; на фиг. ? - кинематическая схема электрогидравлического следящего привода.
Привод содержит задатчик (не изображен), выходной коленчатый вал 1 с нагрузкой 2, установленный в подшипниковых опорах 3, 4 и шарнирно соединенный со штоками 5, 6 гидроцилиндров 7, 8.
На валу 1 установлены синусно-косинусный потенциометр 9, датчик 10 угловой скорости и датчик 11 углового .положения, закрепленные на общем основании 12. Гидроцилиндры 7 и 8 так40 же закреплены на основании 12 с помощью опорных шарниров 13 и 14, расположенных на ортогональных осях в плоскости вращения вала 1. Непосредственно на гидроцилиндрах 7 и 8 уста45 новлены электрогидравлические усилители 15 и 16 и датчики 17 и 18 перепада давления в рабочих полостях (не обозначены) гидроцилиндров 7, 8 соответственно, сигналы которых пропорциональны усилиям, развиваемым
50 на штоках 5, б.
Входы сумматора 19 связаны соответственно с задатчиком, датчиком
11 углового положения и датчиком 10 угловой скорости поворота выходного коленчатого вала 1.
Устройство содержит также два канала управления с последовательно валу направлено по касательной к окружности вращения центров шарниров на концах штоков 5, б и формируется путем сравнения в сумматоре 19 сигнала задатчика и датчиков 10 11 углового положения и угловой скорости, а также сравнения в блоках 26, 27 сравнения сигналов с выходов блоков
24, 25 умножения с сигналами датчиков
17, 18 перепада давления на гидроци.пиндрах 7, 8. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. соединенными аналого-цифровыми преобразователями (РЦП) 20 и 21, соответственно блоками 22 и 23 нелинейной коррекции, блоками 24 и 25 умножения (в качестве которых могут быть вклюцены цифроаналоговые преобразователи), и блоками 26 и 27 сравнения соответственно. Входы РЦП 20 и 21 подключены к соответствующему (синусно-косинусному) выходу синусно-косинусного потенциометра 9, вторые входы блоков
24, 25 подключены к выходу сумматора
19, вторые входы блоков 26 и 27 подключены к выходам датчиков 17 и 18, а выходы — к управляющим входам усилителей 15 и 16 соответственно. При этом датчик 17 РЦП 20, блоки 22, 24 и 26 образуют канал управления гидроцилиндром 7 (канал синуса),датчик
18 РЦП 21, блоки 23, 25 и 27 — соответственно гидроцилиндром 8 .(канал косинуса). Блоки 24, 25 служат для формирования сигналов коррекции и могут быть выполнены, например, на постоянных запоминающих устройствах с нелинейными функциями вида
sin оС вЂ” Я для канала синуса и
- sin c
cos o
1 — icos<
-- — -- — — — для канала косинуса.
1 где д — угол поворота выходного коленчатого вала; Ъ вЂ” отношение радиуса окружности вращения центров шарниров (не обозначены) на концах штоков 5 и 6 гидроцилиндров к расстоянию между осью вращения выходного коленчатого вала 1 и центрами опорных шарниров 13 и 14 гидроцилиндров
7и8.
Сумматор 19 может быть выполнен, например, на операционном усилителе, 5 15573 при этом выходы датчиков 10 и 11 соединены с его инвертирующими входами, а задатчик - с неинвертирующим входом.
Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом.
Па вход сумматора 19 поступает управляющий си гнал задатчика, из которого вычитаются сигналы, пропорциональные углу и скорости выходного вала 1 (эта обратная связь обеспечивает формирование управляющего сигнала, стабилизирует и линеаризует систему, повышая ее точность и плавность отработки входного сигнала).
Суммарная ошибка U на выходе сумматора 19 является управляющим сигналом для каналов управления при. вода. 20
Поступая в блоки 24 и 25 умножения, суммарная ошибка U< перемножается с сигналами, сформированными в блоках
22 и 23 нелинейной коррекции из сигналов, поступаюц<их через соответству- 25 ющий ЛЦП 20 и 21 от потенциометра 9, установленного на коленчатом валу 1, и пропорциональных я п Ы и cos oC .
После перемножения полученные на выходах блоков 24 и 25 сигналы срав- 30 ниваются в блоках 26 и 27 с сигналами, поступающими с датчиков 17 и 18, и сигналами (ошибки рассогласования) с выходов блоков 26 и 27, при этом осуществляется управление усилителями
15, 16, В зависимости от величины и знака ошибки рассогласования усилители 15 и 16 подают рабочую жидкость в соответствующие полости гидроцилиндров
7и8.
Под воздействием усилий от перепада давления в рабочих полостях штоки
5, 6 совершают возвратно-поступательное движение. В результате сложения на коленчатом валу l возникает крутяц<ий момент, под действием которого коленчатый вал совершает поворотное движение. Для обеспечения заданного крутяц<его момента на коленчатом валу законы изменения усилий на штоках исполнительных элементов должны обеспечить суммарное усилие F „, направ ленное по касательной к окружности, описываемой коленом коленчатого вала (как в статике, так и .в динамике), величина которого не должна зависеть от угла поворота коленчатого вала.
Как видно из фиг. 2, для этрго необ70
6 ходимо обеспечить усилия Гк, штоках 5, 6
Г = F>sin(eC+p)+F sin(M +p ); (1)
F„cos( Из (1) и (2) получаем Fy «соя 0 +Р = Г „ « для канала синусоя(P +() cos ((k + P) са (3) и F = à — — — — т; для каoK l7 с о я (+ 1+) нала косинуса (4), при этом для реализации выражений (3, 4) осуществляется измерение углов. Так как cos(P +P ) 1, то выражения (3) и (4) принимают вид F(= Г xp cos(cC+ P) и Г „= F „p cos (aL + P ) . Подставляя выражения косинусов углов (ь + ) и (a + P ), получим выражения усилий на штоках 5, 6, которые необходимо сформировать для выполнения выше указанных условий: sin о - Ъ Fx ок cos oC Äà Здесь 9 - отношение радиуса R окружности врац<ения центров шарниров на концах штоков 5, 6 к расстоянию 1 между осью врац<ения выходного коленчатого вала 1 и центрами опорных шарниров 13, 14. Поэтому выражения UEx U sin K — Ек Е cos K У . = Up При разложении в ряд Тейлора (с точностью до 0,53 при изменении угла поворота коленчатого вала 1 от 0 до 360О ) получим выражения для управляющих сигналов на входах усилителей 15, 16 1557370 sing — 1 Ех С 1 — ф sin< cos <-Ъ 5 = U 1 — ф cos0( формирование таких сигналов обеспечивается блоками 22 и 23 в канале синуса —,С блоком 22, в канаsink- Ф t0 1 — Дsin х, совЫ- Ф ле косинуса „ блоком 23. 1 — Ъ cosÌ, Указанная нелинейная коррекция управляющего сигнала осуществляет компенсацию кинематической погрешности, обусловленной колебаниями гидроцилиндра вокруг своей опоры в каждом канале привода, что линеаризует . привод и обеспечивает воэможность 20 1увеличения коэффициентов усиления замкнутых контуров с обратными связями по скорости и углу поворота выходного коленчатого вала привода и, следовательно, повышения точности от- 25 работки заданных сигналов. Обратные„связи по перепаду давления в рабочих полостях (по усилению на штоке гидроцилиндра) в каждом канале привода образуют замкнутые кон- щ туры регулирования, в которых учитываются ошибки величины регулируемого усилия. Наличие дополнительных внутренних контуров регулирования усилия на штоках выравнивает характеристики каналов, обеспечивает согласование изменения усилий на штоках в широком диапазоне частот, что также приводит к повышению точности слежения привода. Так как введение нелинейной коррекции управляющего сигнала:-и обрат-, ных связей по усилию позволяет обеспечить крутящий момент на выходном коленчатом валу постоянным по углу 45 поворота вала при постоянном заданном -сигнале, удается получить высокую плавность движения выходного. коленчатого вала и уменьшить величину скорости, с которой может осуществляться обработка заданного положения, т.е, расширить диапазон регулирования скорости поворота коленчатого вала. Поскольку осуществляемая коррекция позволяет, получить суммарное усилие на выходном коленчатом валу, направленное по касательной к окружности (фиг. 2), то благодаря отсутствию радиальных усилий удается увеличить долговечность подшипников, на которых размещен коленчатый вал и, следовательно, повысить надежность привода в целом. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Электрогидравлический следящий привод, содержащий задатчик и два канала управления, в каждом из которых последовательно соединены блок сравнения, электрогидравлический усилитель и гидроцилиндр, шток которого шарнирно соединен с выходным коленчатым валом, а опорные шарниры гидроцилиндров размещены на ортогональных осях в плоскости вращения коленчатого вала, соединенного с синусно-косинусным потенциометром, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности, точности, долговечности и плавности и расширения диапазона скоростей, он снабжен датчиками углового положения и угловой скорости коленчатого вала и сумматором, а каждый канал управления снабжен датчиком перепада давления на гидроцилиндре и последовательно включенными аналого-цифровым преобразователем, блоком нелинейной коррекции и блоком умножения, при этом каждый аналого-цифровой преобразователь соединен входом с синусно-косинусным по-. тенциометром, а сумматор - с задатчиком х датчиками углового положения и угловой скорости, выход сумматора подключен к входам блоков умножения обоих каналов, а выходы последних к входам блоков сравнения, другие входы которых соединены с датчиками перепада давления. 2, Привод по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что блок нелинейной коррекции одного канала управления выполнен с нелинейной функцией вида sin oc — 4 — ЯэдпМ 1 а другого канала - с нелинейной функцией вида cos g 1 — 9 соэЫ где oL - угол поворота коленчатого вала; 9, — отношение радиуса окружности вращения центров шарниров на концах штоков к расстоянию между осью вращения коленчатого вала и центрами опорных шарниров гидроцилиндров. 1557370 Составитель С. Рождественский Техред M.дидык Корректор Э.Лончакова Редактор A.Долинич Заказ 708 Тираж 528 Подли с ное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР 113035, Иосква, Ж-ÇS, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
