Система регулирования положения

 

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами и может быть использовано в робототехнике , приборостроении и станкостроении. Целью изобретения является повышение точности системы. Система содержит блок задания 1 перемещения, первый блок 2 давления , регулятор положения 3, первый ключ 4, второй блок 5 сравнения, регулятор 6 скорости , третий блок 7 давления, регулятор 8 тока, усилитель 9 мощности, электродвигатель 10, датчик 11 тока, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, вычислительный блок 14, задатчик 15 остаточной скорости, четвертый блок 16 сравнения, второй ключ 17, нагрузку 18. Система позволяет автоматически выделять в заданном перемещений зону точного позиционирования и отрабатывать перемещение в два этапа. На первом этапе движения организуется перемещение Ё промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограмме, на втором этапе точного позиционирования - в заданное положение на определенной пониженной скорости при треугольной тахограмме. 3 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (505 6 05 В 11/01

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4861355/24 (22) 28.05.90 (46) 15.02.93. Бюл. N. 6 (71) Саратовский политехнический институт (72) Т.И. Орлянская (56) Авторское свидетельство СССР

М 528542, кл. G 05 В 7/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N. 798695, кл. G 05 В 11/01, 1989.

Авторское свидетельство СССР

N. 798708, кл. G 05 В 13/04, 1978. (54) СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОЛО.ЖЕНИЯ (57) Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами и может быть использовано в робототехнике, приборостроении и станкостроении.

Целью изобретения является повышейие точности системы. Система содержит блок. Ц. 1 79541 á А1 задания 1 перемещения. первый блок 2 давления, регулятор положения 3, первый ключ

4, w.opoA блок 5 сравнения, perks Top 6 ско рости, третий блок 7 давления, регулятор 8 тока, усилитель 9 мощности, электродвигатель 10, датчик 11 тока, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, вычислительный блок

14, задатчик 15 остаточной скорости, четвертый блок 16 сравнения, второй ключ 17, нагрузку 18; Система позволяет автоматически выделять в заданном перемещении зону точного позиционирования и отрабатывать перемещение в два этапа, На первом этапе движения организуется аеремещение в промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограмме, на втором этапе точного позиционирования — в заданное положение на определенной пониженной скорости при треугольной. тахограмме. 3 ил.

1795416

25 ном перемещенипи еонутонного позициони- оо

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами и может быть использовано в робототехнике, приборостроении и станкостроении.

Известны устройства управления, в .которых повышение точности позиционирования достигается исключением несоответствия законов изменения пути и скорости при ограничении производной пути по времени на протекание процесса при 10 отработке перемещения. Исключение этого влияния обеспечивается размыканием контура положения системы при отработке перемещения, а определение момента времени начала торможения выполняется схемой отработки информации о скорости, пусковом и статическом моментах привода, а также об установившемся пути отработки исполнительного органа.

Недостатком указанных устройств яв- 20 ляется их низкая точность позиционирования, обусловленная тем, что они не позволяют при расчете момента времени начала торможения учитывать изменения инерционных масс, связанных с валом электродвигателя, и статического момента сопротивления исполнительного органа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство 30 для адаптивного управления позиционным электроприводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок срав- 35 нения, регулятор скорости, третий блок сравнения, регулятор тока, усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с валами нагрузки и датчика скорости, выходом подключенного 40 к вычитающему входу второго блока сравнения и ко входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электродвигателя, а выходом с вычита1ощим входом третьего блока сравне- 45 ния и с первым входом вычислительного блока, вторым входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом к суммирующему входу четвертого блока сравнения, соединенного вычитающим вхо- 50 дом с выходом первого блока сравнения, а выходом — с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко второМу суммирующему входу второго блока сравнения, 55

Недостатком известного устройства является его низкая точность позиционирования, обусловленная тем, что оно не позволяет автоматически выделять в заданрования и отрабатывать движение в ней с определенной пониженной скоростью.

Цель изобретения — повышение точности системы.

Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок сравнения, регулятор скорости, третий блок сравнения, регулятор тока ; усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с. валами нагрузки и датчика скорости, выходом подключенного K вычитающему входу которого блока сравнения и ко входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электродвигателя, а выходом с вычитающим входом третьего блока сравнения и с первым входом вычислительного блока, вторым входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом — к суммирующему входу четвертого блока сравнения, соединенного вычитающим входом с выходом первого блока сравнения, а выходом с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко второму суммирующему входу второго блока сравнения, установлен задатчик остановочной скорости, подключенный выходом к информационному входу второго ключа и к третьему входу вычислительного блока, четвертым входом соединенного с выходом блока задания перемещения, пятым входом — с выходом датчика скорости, вторым выходом — с вычитающим входом первого блока сравнения и выходом четвертого блока сравнения соединенного с управляющим входом первого ключам

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой системы регулирования положения; на фиг.2 — трапецеидальный график изменения скорости; на фиг.3 — треугольный график изменения скорости.

Устроиство содержит последовательно соединенный блок 1 задания перемещения, первый блок 2 сравнения, регулятор 3 положения, первый ключ 4, второй блок 5 сравнения, регулятор 6 скорости, третий блок 7 сравнения, регулятор 8 тока, усилитель 9 мощности электродвигатель 10, электрический выход которого соединен с датчиком

11 тока, à вал кинематически связан с датчиком 12 скорости, который через датчик 13 ускорений соединен с вычислительным блоком 14, который в свою очередь соединен с задатчиком 15 остановочной скорости, а через четвертый блок 16 сравнения соединен вторым ключом 17, кроме того вал элект1795416 родвигателя кинематически связан с валом нагрузки 18.

Система автоматически выделяет в заданном перемещении зону точного позиционирования и обеспечивает отработку движения в два этапа. На первом этапе осуществляется перемещение в промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограмме (фиг.2). На втором — этапе точного позиционирования — в заданное положение с определенной пониженной скоростью при треугольной тахограмме (фиг.3).

Момент торможения на первом этапе движения определяется равенством рассогласования по положению перемещению S+.

on ределяемому выражением

8т = Т1 + S2. где S>1 — путь торможения до полной оста. новки электродвигателя на первом этапе движения;

S2 — перемещение в зоне точного позиционирования.

Путь торможения S 1 до полной остановки электродвигателя определяется выражением

Si1 = Sp Ki

Мп Мс

Мп+Mс (2) где Sp — путь разгона да.максимальной допустимой установившейся скорости;

К вЂ” уточняющий коэффициент;

Мп, Мс — соответственно полный и статический моменты электродвигателя.

Путь разгона Sp определяется согласно выражению

Sp = аУ/2 е, (3) где а), г- скорость и ускорение электродвигателя.

Перемещение в зоне точного позиционирования Яг определяется выражением

" 1 Еср + 1ср +2 К12 ср A@max.доп К11 ср1ср

S2 = ©ост . где аЪст — средняя остановочная скорость.

Значение средней остановочной скоро-. сти сиос рассчитывается до настройки системы исходя иэ максимальной допустимой погрешности позиционирования Лбах.доп. с учетом отклонения параметров системы согласно выражению

Жостгде

К11ЛМпах а С + Л tmax/1с (2 ax &p) +(2 max 1ср +Л1Идин.еах Мдин,ср )

К1г—

К11 (ЛЮтахЛОср ) (Л tmax/tcð ) еср — среднее значение ускорения тор10 можения;

tcp — среднее время срабатывания аппаратуры системы; асср — - средний приведенный к валу двигателя момент инерции;

Мдин.cp — среднее значение динамического момента на валу электродвигателя;

Ь Мпах, Л Imax Ь Мдин.ma отклонения параметров электродвигателя от средних значений.

20 В период настройки системы на выходе задатчика 15 остановачной скорости, который может быть источником напряжения, выставляютсигнал, пропорциональный расчетному значению аЪст.

25 Зависимости (1), (2), (3) и (4) реализуются вычислительным блоком 14, который может быть микропроцессором -или малой управляющей вычислительной машиной, подачей на его входы сигналов, пропорциональных .

Мп полному и Мс статическому моментам электродвигателя 10 с выхода датчика 11 тока в различное время отработки перемещения на первом этапе движения, а скорости, а ускорения, поступающих соответственна с выходов датчиков 12 скорости, 13 ускорений и сигнала, пропорцианальнога средней оста- новочной скорости аост с выхода задатчика 15 остановочной скорости.

Кроме того, вычислительный блок 14 on40 ределяет перемещение S нагрузки 18 при разгоне в соответствии с выражением (3), а при достижении установившейся скорости согласно выражению S = Sp + ш l, где т— время движения с установившейся скоро45 стью.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии сигнал рассогласования по положению равен нулю. Сигналы на входах регулятора 6 скорости, вычислительного блока 14 и четвертого блока 16 сравнения, который может быть суммирующим компаратором, отсутствуют, На управляющих входах первого 4 и второго 17 ключей логический сигнал "0". Благодаря

55 чему первый ключ 4 находится в замкнутом, а второй ключ 17 в разомкнутом состоянии, При подаче сигнала на отработку перемещения на выходе первого блока 2 сравнения, который может быть дискретно1795416

30

45

50 аналоговым преобразователем, возникает сигнал рассогласования по положению.

Этот сигнал преобразуется в регуляторе 3 положения, который может быть пропорционально-интегральным с передаточной

Ки функциейтипа И/р= Кл+ либо пропорТи P циональным с передаточной функцией 1Ир =

- Кл, где Кп, Ки — коэффициенты пропорционального и интегрального законов регулирования, Ти постоянная времени;.. интегрирования, и через первый ключ 4 поступает на первый суммирующий вход второго блока 5 сравнения, где сравнивается с сигналом, пропорциональным скорости электродвигателя 10. Рассогласование по скорости преобразуется в регуляторе 6 скорости, который также может быть пропорционально-интегральным или пропорциональным, и поступает на суммирующий вход третьего блока 7 сравнения, где сравнивается с сигналом, пропорциональным току электродвигателя 10. Результат сравнения через регулятор 8 тока, который может быть пропорционально-интегральным, и усилитель 9 мощности воздействует на электродвигатель 10 изменяя положение вала и нагрузки 18.

Вычислительный блок 14 по сигналу с выхода блока 1 задания перемещения, сигналам с выхода датчика 11 тока, пропорциональным полному Мп и статическому Мс моментам, сигналам с выходов датчиков 12 и 13, пропорциональных соответственно скорости E и ускорению N а также значению уточняющего коэффициента К определяет путь Sp разгона до установившейся скорости и путь S>< торможения электродвигателя

10 до полной остановки. На основании сигналов, пропорциональных средней остановочной скорости огас> и ускорения 8 вычисляет перемещение Sz в зоне точного позиционирования. После этого вычислительный блок 14 выполняет сложение пути

ST> торможения до полной остановки электродвигателя и перемещения $2 в зоне точного позиционирования и вырабатывает на первом выходе сигнал U <4, пропорциональ-! ный этой сумме. По сигналам, пропорциональным скорости в и пути Яр разгона вычислительный блок 14 определяет перемещение S нагрузки 18 и вырабатывает на втором выходе сигнал U<4, пропорциоФормула изобретения

Система регулирования положения, содержащая последовательно соединенные нальный этому перемещению. При этом сигнал U <4 поступает на суммирующий вход

1 четвертого блока 16 сравнения, а сигнал

U>4 — нэ вычитающий вход первого блока

II

2 сравнения.

При достижении равенства сигнала 0 <4

I и сигнала 02, пропорционального рассогласовэнию по положению. поступающего с выхода первого блока 2 сравнения на вычитающий вход четвертого блока 16 сравнения, четвертый блок 16 сравнения формирует на-управляющие входы первого

4 и второго 17 ключей логический сигнал "1" в соответствии с условиями Uig = 1, если (U н - Ог) > О и Оы = О, если (U <4 - Й) < О.

Это приводит к изменению коммутации в системе. Па этому сигналу первый ключ 4 перейдет в разомкнутое состояние, второй ключ 17 — в замкнутое, обеспечив этим размыкание контура поло>кения и отключение выхода первого ключа 4 от первого суммирующего входа второго блока 5 сравнения и подключение задатчика 15 остэновочной скорости ко второму суммирующему входу второго блока 5 сравнения. Сигнал рассогласования по скорости отрабатывается последовательно соединенными регуляторами 6 скорости, 8 тока, усилителем

9 мощности и электродвигателем 10. При достижении скорости значения (a«> электродвигатель отключается и переходит в режим равнозамедленного торможения.

Предлагаемая система позволяет автоматически выделять в заданном перемещении зону точного позиционирования и отрабатывать заданное перемещение в два этапа. На первом этапе движения организуется перемещение в промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограмме, на втором — этапе точного позиционирования — в заданное положение на определенной пониженной скорости при треугольной тахограмме

Предлагаемая система может найти применение в приводах роботов, предназначенных для выполнения технологических операций с высокой точностью позиционирования в заданных точках траектории движения рабочего органа, и в системах автоматического контроля для перемещения измерительных приборов. блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок сравнения, регулятор ско10

1795416

ОС7 g

Фиг.2 й3 ост. д

Фиг. 3

Составитель T.Îðëÿíñêàÿ

Техред М.Моргентал Корректор СтЛисина

Редактор

Заказ 429 Тираж Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская набкт 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 рости, третий блок сравнения, регулятор тока, усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с валами нагрузки и датчика скорости, выходом подключенного к вычитающему входу вто рого блока сравнения и к входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электродвигателя, а выходам — с вычитающим входом третьего блока сравнения и с первым входом . вычислительного блока, вторйм входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом — к суммирующему входу четвертого блока сравнения. соединенного вычитающим входом с выходом первого блока сравнения, а выходом — с управляющими входами первого и второго ключей, выход второго ключа подключен к второму суммирующему входу второго блока сравне5 ния,отличающаяся тем,что,сцелью повышения точности системы, в ней установлен задатчик остановочной скорости, подключенный выходом к информационному входу второго ключа и к третьему-входу

10 вычислительного блока, четвертым входом соединенного с выходом блока задания ïåремещения, пятым входом — с выходом датчика скорости, а вторым выходом — с вычитающим входом первого блока срав15 нения.