ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК F15B9/03 

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

Целью изобретения является повышение точности и улучшение динамических характеристик.

На фиг. 1 изображена схема электрогидравлического следящего привода (ЭГСП); на фиг.2 - градуировочные зависимости датчика положения и привода.

Привод содержит последовательно соединенные задающий блок 1, сумматор 2, электронный усилитель 3, электрогидравлический усилитель 4, гидродвигатель 5, связанный с объектом 6 управления и датчик 7 положения. Канал 10 цепи обратной связи включает интегрирующее звено 11, канал 8 выполнен в виде единичной обратной связи и в канал 9 включен корректирующий блок 12, выполненный с передаточной функцией, противоположной зависимости погрешности датчика 7 от измеряемой величины перемещения.

Усилитель 4 соединен с полостями гидродвигателя 5, источником питания и сливом (не показано).

Суммарная погрешность позиционирования ЭГСП определяется собственной погрешностью датчика 7 положения и статической погрешностью самого ЭГСП. Собственная погрешность датчика 7 положения определяется несоответствием градуировочной характеристики датчика 7 градуировочной характеристике задающего блока 1. Характеристика задающего блока 1 представляет собой вполне однозначное соответствие задающего электрического сигнала Х_з (в виде аналогового напряжения или цифрового кода) требуемому значению регулируемой величины (в данном случае - требуемому положению Х подвижного элемента гидродвигателя 5). Эта характеристика задается произвольно и обычно представляет собой линейную функцию с коэффициентом передачи, равным единице Х_з≡Х (зависимость 1 на фиг. 2). Датчик 7 положения регистрирует регулируемую величину Х с некоторой погрешностью ΔХ_э, зависящей от значения регулируемой величины (зависимость 2 на фиг.2), Поэтому градуировочная характеристика датчика 7 положения X (Х) не совпадает с характеристикой задающего блока Х_з(х), причем градуировочная характеристика датчика 7 может быть как линейной, так и нелинейной (зависимости 4 и 3 на фиг.2). Разница между градуировочными характеристиками датчика 7 и задающего блока 1 равна
ΔX (Х) = X (Х) - Х_з(Х) = X (Х) - Х (1) и определяет составляющую погрешности привода, обусловленную погрешностью датчика 7.

Градуировочные характеристики задающего блока 1 и датчика 7 положения вводятся в корректирующий блок 12, который представляет собой вычислительную систему, реализующую передаточную функцию, противоположную зависимость погрешности датчика 7 от значения измеряемого положения, т.е. вычисляющую функцию ΔX (Х).

В частности, если ошибка датчика 7 положения является линейной функцией (зависимость 4 на фиг.2)
ΔX_∂ = tgα^∧Δ_∂X , (2) то градуировочная характеристика датчика 7 положения имеет вид
X_∂ = x + ΔX_∂ = X₃ + ΔX_∂ = tg + tg x (3)
(зависимость 4 на фиг.2).

Следовательно, с учетом формул (2) и (3) точное значение регулируемой величины выражается через показания датчика 7 положения Х_∂ и его градуировочную характеристик ΔX_∂ следующим образом
X = X_∂ - Δ X_∂ = X_∂ - tgα^∧Δ_∂x = X_∂ - . (4)
Таким образом, в данном случае для автоматической компенсации погрешности датчика 7 положения корректирующий блок 12 представляет собой пропорциональный усилитель с коэффициентом усиления
K_у = . (5)
В случае нелинейной градуировочной характеристики датчика 7 положения (зависимости 2 и 3 фиг.2) корректирующий блок 12 может иметь другие более сложные структуры.

Корректирующий блок 12 может быть реализован на элементах аналоговой или цифровой вычислительной техники.

Интегрирующее звено 11 в цепи отрицательной обратной связи (см.фиг.2) обеспечивает астатизм первого порядка. При любом виде передаточной функции привода, охваченного каналами 8 и 9 обратных связей [W(S)], передаточная функция разомкнутого контура ЭГСП, охваченного каналом 10 обратной связи с интегрирующим звеном 11, содержит интегрирующее звено 12, т.е. имеет вид
W′(S) = W(S) · .

Наличие одного интегрирующего звена в цепи разомкнутого контура ЭГСП обеспечивает ему астатизм первого порядка, т.е. гарантированное отсутствие статической погрешности.

Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом.

Перед вводом ЭГСП в эксплуатацию производится точная градуировка датчика 7 положения и задающего блока 1, строятся зависимости Х_з(Х), ΔX (Х) и X (Х) [см.фиг.2] по которым формируется структура корректирующего блока 12. В рассмотренном примере конкретного выполнения устройства корректирующий блок 12 представляет собой пропорциональный усилитель с коэффициентом усиления из формулы (5).

Задающее воздействие, сформированное в задающем блоке 1, проходя через сумматор 2, усиливается в электронном усилителе 3 и подается на вход электрогидравлического усилителя 4, вызывая смещение его регулирующего органа (например, управляющего золотника). При этом гидродвигатель 5 перемещает объект 6 управления. Это перемещение измеряется датчиком 7 положения. Сигнал с последнего положения поступает на входы сумматора 2: на первый вход - непосредственно, на второй и третий входы - соответственно через корректирующий блок 12 и интегрирующее звено 11. Корректирующий блок 12 реализует функциональную зависимость погрешности датчика 7 положения от величины измеряемого положения. Суммирование этой погрешности с непосредственными показаниями датчика 7 положения, передаваемыми в сумматор 2 по каналу 8, обеспечивает автоматическую компенсацию собственной погрешности датчика 7 положения в процессе работы ЭГСП. Подача в сумматор 2 положительного сигнала датчика 7 положения, прошедшего через интегрирующее звено 11, полностью устраняет статическую погрешность ЭГСП за счет превращения его в астатическую систему первого порядка.

При этом на выходе сумматора 2 формируется сигнал рассогласования - разность между задающим воздействием и положением объекта 6 управления. По мере отработки ЭГСП задающего воздействия сигнал рассогласования уменьшается. При нулевом сигнале рассогласования управляющий золотник электрогидравлического усилителя 4 возвращается в нейтральное положение, а объект 6 управления останавливается в заданном положении.

Использование: в конструкциях промышленных роботов и манипуляторов. Сущность изобретения: последовательно соединены задающий блок, сумматор, электронный усилитель, электрогидравлический усилитель, подключенный к исполнительному гидромеханизму, его датчик положения и цепь отрицательной обратной связи. Цепь содержит корректирующий блок для компенсации погрешности, вход которого соединен с датчиком положения, выход - с сумматором. Цепь выполнена трехканальной и снабжена интегрирующим звеном, включенным в один из каналов цепи обратной связи, другой канал которой выполнен в виде единичной обратной связи. Корректирующий блок включен в третий канал и выполнен с передаточной функцией, противоположной зависимости погрешности датчика от измеряемой величины перемещения. 2 ил.

ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД, содержащий последовательно соединенные задающий блок, сумматор, электронный усилитель, электрогидравлический усилитель, подключенный к исполнительному гидромеханизму, и датчик положения последнего, а также цепь отрицательной обратной связи, включающую корректирующий блок для компенсации погрешности, вход которого соединен с датчиком положения, а выход - с сумматором, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и улучшения динамических характеристик, цепь обратной связи по положению выполнена трехканальной и снабжена интегрирующим звеном, включенным в один из каналов цепи обратной связи, другой канал которой выполнен в виде единичной обратной связи, а корректирующий блок включен в третий канал и выполнен с передаточной функцией, противоположной зависимости погрешности датчика от измеряемой величины перемещения.