Самонастраивающийся электропривод робота

 

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано i при создании электроприводов роботов. Целью изобретения является повышение точности самонастраивающегося привода . В электропривод дополнительно введены блок деления, два выпрямителя , блок выборки и запоминания, усилитель , три сумматора, блок умножения и два релейных элемента, обеспечивающие высокую точность управления за счет использования информации о текущем значении всех фазовых координат приводов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1618643 (51)5 В 25 J 13 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4460301/08 (22) 13.07.88 (46) 07.01.91.Бюл. № 1 (71) Дальневосточный политехнический институт им.В.В.Куйбышева (72) В.Ф.Филаретов и П.И.Мимоход (53) 621-229.72 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1142810, кл. В 25 J 13/00. 1984. (54) САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД РОБОТА (57) Изобретение относится к роботоИзобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов роботов.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Самонастраивающийся электропривоц робота содержит первый сумматор 1, инерционное дифференцирующее звено 2, блок 3 умножения, второй сумматор 4, первый усилитель 5 электродвигатель

6, датчик 7 тока, третий сумматор 8, интегратор 9, датчик 10 скорости, ре-. дуктор 11, объект 12 управления и датчик 13 положения, апериодическое звено 14, первый блок 15 деления, четвертый сумматор 16, второй блок 17 деления, пятый сумматор 18, шестой сумматор 19, второй усилитель 20, релейный элемент 21 типа реле с ну-. левой нейтральной точкой, блок 22 выборки и запоминания, первый выпря2 технике и может быть использовано при создании электроприводов роботов.

Целью изобретения является повышение точности самонастраивающегося привода, В электропривод дополнительно введены блок деления, два выпрямителя, блок выборки и запоминания, усилитель, три сумматора, блок умножения и два релейных элемента, обеспечивающие высокую точность управления за счет использования информации о текущем значении всех фазовых координат приводов. 1 ил. воитель 23 второй выпрямитель 24, ) йелейнзн1 элемент 2э с зоной нечэнствительности, задатчик 26 сигнала, блок 27 коррекции.

Электропривод работает следующим образом.

Если на вход первого сумматора 1 подать: сигнал g ôÎ с выхода блока

26, то на выходе первого сумматора появится отли .ный от нуля сигнал который корректируется с помощью элементов 2 — 4 и 14 и усиливается в усилителе 5 мощности. Усиленный сигнал U поступает на вход электродвигателя 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением «Ъ» скоростью и ускорением, зависящими д, от g . Первый, второй и третий отрицательные входы первого суммато: ра 1 соответственно со стороны датчика 13, датчика 10 и сумматора 19 имеют коэффициенты усиления Э,П и Эу.

1618643 лирования и конфигурации исполнительного органа. В результате возникает двуединая задача предварительной

5 стабилизации динамических свойств ь соответственно параметров привода с помощью самонастраивающихся регуляторов, а затем проектирования стационарного оптимального регулятора для стационарной системы с застабилизированным с помощью самонастраивающейся коррекции параметрами.

Рассмотрим работу коррекции, стабилизирующей параметры электропривода.

Как указывалось, изменение момента инерции нагрузки ухудшает точность работы всего устройства. Следовательно, устройство управления должно обеспечивать системе инвариантность к переменным параметрам нагрузки.

Последовательное корректирующее звено вида

\ 1

D (a - Я) + (И) (- Oc ) + (— — Р+ 1) IR

К2 ъм

ТР 1

35 (2) М(— - Р +1), 1.

)-(D,К + Э ф + D>i). где g — сигнал входного воздейст- 4О вия формируется блоком 26 и подается на вход первого сумматора 1, имеющего единичный коэффициент усиления;

g — сигнал обратной связи. Однако для манипуляционных и многих других промышпенных систем условия стационарности (постоянства параметров) не выполняются. В результате синтезированный линейный

1 регулятор с определенными зарайее

D„ = const (i = 1,2,3) уже не обеспечивает традиционной системе оптимальную точность, так как параметры этой системы (s частности момент инерции I приведенный к валу двигателя) могут изменяться для роботов в зависимости от массы объекта манипуЗначения этих коэффициентов

D (i= 1,2 .3) рассчитываются по методу аналитического конструирования оптимальных регуляторов.

При этом, при рассчитанных коэффициентах D; = const для стационар-. ной системы с номинальными параметрами обеспечивается минимизация квадратичного критерия качества, т.е. обеспечивается максимальная точность.

При этом сигнал g определяется н виде:

+ D) (i - i), I где OL+(t),CC+(t) и iq(t) — соответственно желаемые функции изменения во времени положения выходного вала редуктора, скорости вала двигателя и его якорного тока, которые могут быть предварительно . рассчитаны различными способами.

Эти функции .могут быть заданы как в аналитической, так и в численной (табличной) форме и располагаться на любом носителе информации.

Практическая реализация функций осуществляется блоком 26.

Из выражения для Iw непосредственг но следует

1Э

gag ®1 )(Ж 02О А(+ где Т (< 1, Т = const позволяет. застабилизировать параметры передаточной функции прямой цепи электропривода. С учетом П(Р) она принимает вид

f где R„,L > — соответственно активное и индуктивное сопротивления якорной обмотки двигателя;

К и — конструктивный коэффициент,электродвигателя;

К $. — коэффициент усиления;

Из выражения (2) видно, что параметры передаточной функции И(Р) являются постоянными, не зависящими от переменных параметров момента инерции нагрузки. Так как величина I в выражении (1) является переменной, то необходимо подстраивать, этот параметр под соответствующее текущее значение Х в приводе

В рассматриваемых устройствах полагается, что величина I изменяется только при переходе от одного рабочего цикла к другому. Причем момент6

U»(»t) R I

4(t) K

1618643

К „„ (4) ное воздействие на привод обусловлено только инерционной составляю- . щей (пропорциональной ускорению), а также составляющей сухого и вязкого трения (это имеет место во многих механизмах) .

В указанных случаях для типовых электродвигателей справедливо равен> ство . (Е((„-()(/в(риф-((g)/(Ф) Ы р (3) где Х вЂ” момент сухого трения;

К вЂ” коэффициент вязкого трения.

Из выражения (3) следует

Ф

° ° ° ° (, Л.„ пЫ g ) dt

1И,! . Кв о K/44 Kgh)) Выражение (4) формируется на выходе блока 15 деления:в-предположе ) нии, что передаточная функция интегратора 9 имеет вид W>(P) = 1/р.

Действительно, если элемент 21 описывается выражением f И, (sign ()(. первый и второй входы сумматора 16 соответственно со стороны усилителя

20 и элемента 21 имеют коэффициенты

«К»в» .усиления — -- и 1/K а положительКэй ный и отрицательный входы третьего сумматора 8 имеют единичные коэффи-. циенты усиления, то на выходе сумматора 8 формируется сигнал

° /ИтР! ° К ь

1 sign М- — — 1)(Кэм Кэ)))(Полагая, что передаточная функция иыерционного дифференциального звена 2 имеет вид на выходе блока умножения имеем сигнал, равный

О К Р/(р+ ) ь Кя?

-ЪМ

Поскольку передаточная функция аперырдического звена 14 имеет вид

W (P) 1/(ТР+1), то передаточная функция прямой цепи электропри.вода между выходом первого сумматора Т .и входом усилителя 5 определяется выражением

1С

55 которое точно совпадает с выражением (1) (полагается, что первый и

, второй входы сумматора 4 имеют единичные коэффициенты усиления), Следовательно, переменный параметр

I в последовательном корретирующем устройстве П(Р) изменяется с помощью блока 3 умножения и устройства оценки переменного I, подстраиваясь под требуемое (текущее) значение. Это позволяет обеспечить достижение инвариантности качества работы электропривода к изменяющемуся параметру момента инерции нагрузки.

Для качественной и устойчивой работы блока 15 при измерении I в соответствии с формулой (4) необходимо обеспечить постоянные знаки входных сигналов ° С этой целью во входных каналах блока 15 включены выпрямители 23 и 24 . При этом для сохранения работоспособности блока 15 (с целью недопущения деления на малый сигнал) выпрямитель 23 выполнен так, что при уменьшении его входного сигнала ниже установленного уровня Ь выходной сигнал имеет минимально допустимую величину.

При уменьшении скорости движения

g, ниже некоторого допустимого значения А релейный элемент 25 переводит блок 22 в режим "Запоминание".

На выходе блока 22 сохраняется то значение момента инерции, которое измерено в момент отключения релейного элемента 25. При увеличении скорости движения в некоторый момент (определяется знафением h ) вновь срабатывает релейный элемент 25, блок 22 переводится в режим "Слежение" и опять воспроизводит текущее значение момента инерции. Это обеспечивает устойчивое состояние системы. При отключении элемента 25 (скоростью движения Ос меньше Ь ) может произойти изменение истинного (текущего) значения момента инерции на некоторую величину. Это может привести к снижению качества работы привода. Однако величина Й,является достаточно малой, т.е. рабочие скорости находятся далеко sa указанным пределом, а уменьшение в до величины 6 возможно только перед остановой к реверсом привода. В случае измене1618643 нил момента инерции в режиме остановки электропривода по истечении некоторого малого промежутка времени качественные показатели электропривода будут полностью восстановлены.

Включение выпрямителей 23 и 24 не изменяет сущность работы системы, так как момент инерции может иметь только положительную величину. 10

Для реализации оптимальной коррекции, исходя из стандартного подхода, необходимо сформировать сигнал вида $ = g, — g ot, т.е. на первый, ) второй и третий входы первого сумма- 15 тора 1, необходимо подать сигнал соответственно с датчиков 13, 10 и

7. Однако это привело,бы к нарушению условия инвариантности привода к переменному I, которое уже обеспечи- 20 валось ранее за счет введения самонастраивающейся коррекции П(Р) (1) °

Следует отметить, что это нарушение было бы обусловлено только подачей сигнала со стороны сумматоры 19 на вход сумматора 1.

Истинное значение i при текущем значении I отличном от номинального, не совпадает со значением i для I я. ноя

Но оптимальная коррекция по методу 30 . AK0P синтезируется в предположении, что величина i соответствует I ®=

= const. С учетом этого синтезируется и D>. Используемая самонастраивающаяся коррекция П(Р) обеспечивает стабилизацию динамических свойств привода при различных значениях I только при соответствующей корректи,ровке величины i. Таким образом, формирование окончательного регулято-40 ра необходимо осуществлять с. учетом указанного факта. Следует отметить, что и величина i должна формироваться для I = ?1 ем,а не иначе. При этом

45 > = (I<>P Q+ 1 ст + Ке Ы с) /Кум

Таким образам, после решения задачи стабилизации параметров передаточной функции прямой цепи электропри". вода необходимо решить еще и новую задачу формирования таких сигналов управления (в частности по текущему значению тока электродвигателя), при котором указанная стабилизация не нарушается, да к тому же обеспечивается и существенное повышение точности работы привода.

Действительно, из выражения (3) следует, что измеряемое датчиком 7 значение равно

ТР 6 + /М сто! s i gn g + К е О(1 й» а ф » ! ЭМ

После вычитания в сумматоре 18

/ Мтр! из i сигнала — — — signh + К Ф, 1 Кэм ф Э формируемого на выходе сумматора 16, на выходе сумматора 18 имеем сигнал

ХР2/К м (коээфициенты усиления входов сумматора 18 единичные). После деления этого сигнала в блоке 17 на сигнал I/К „„ с выхода блока 22 на выходе блока 17 формируется сигнал

Ра(.. Налагается, что коэффициент усиления положительного входа сумматоf ра 19 со стороны блока 17 деления равен Ilaw/К м„а коэффициент усиления положительного входа со стороны сумматора 18 единичный. Тогда на выходе сумматора 16 имеем

Ъ % \

?дом Р + )N pl sign g + КеК

Към

Этот сигнал соответствует искомому (требуемому) значению тока, необходимому для формирования оптимального по точности регулятора (в частности обратной связи по фазовой координате тока) °

Несложно убедиться, что полученный сигнал соответствует назначаемо,му желаемому значению i для I=I. йод

Таким образом, в рассматриваемом1 самонастраивающемся электроприводе удалось не только обеспечить стаби" лиэацию его динамических свойств (а следовательно, и качественных показателей),но и обеспечить высокое качество (точность) управления эа счет использования информации о текущих значениях всех фазовых координат при вода.

Формула изобретения

Самонастраивающийся электропривод робота, содержащий первый блок деления, последовательно соединенные первый сумматор, блок коррекции, первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель и электродвигатель, кинематически связаннйй с датчиком . скорости непосредственно и через реСоставительЕ.Политов

Редактор С.Патрушева Техред П.Сердюкова

Корректор Т.Палий

Заказ 17 Тираж у Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

16 дуктор с датчиком положения, выход которого подключен к второму входу первого сумматора, при этом второй выход блока коррекции соединен с вторым входом второго сумматора, а выход электродвигателя через последовательно подключенные датчик тока и третий сумматор соединен с входом интегратора, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности электропривода, он дополнительно содержит первый и второй выпрямители, первый релейный элемент, последовательно соединенные второй усилитель, четвертый сумматор, пятый сумматор, второй блок деления и шестой сумматор и последовательно подключенные .второй релейный элемент и блок вы борки и запоминания, выход которого соединен с вторым входом первого блока умножения и второго блока деле18б43

10 ния, а второй вход — с выходом первого блока деления, подключенного первым входом к ьыходу первого выпрямителя а вторым входом — к выходу второго выпрямителя вход которого

3 соединен с выходом интегратора, второй вход четвертого сумматора подключен к выходу первого релейного элемента, а выход — к второму входу третьего сумматора и к,второму входу шестого сумматора, соединенного выходом с вторым входом первого сумматора, третий вход которого подключен к выходу задатчика сигнала, а четвертый вход — к входу первого и второго релейных элементов, первого выпрямителя, второго усилителя и выходу датчика скорости, а второй вход

20 пятого сумматора соединен с выходом датчика тока.