ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2004 года по МПК H02P6/00 H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в системах управления положением механизмов, для которых более точное управление реализуется за счет включения второго, как правило, более быстрого и точного канала. Это могут быть манипуляторы, токарные станки для обработки нецилиндрических деталей и другие механизмы, для которых характерны циклические воздействия.

Известно устройство для управления режущим инструментом, предназначенное для компенсации некруглостей на деталях при токарной обработке (On-Line Roundness Error Compensation Via P-Integrator Learning Control. / C.J. Li, S. Y. Li // Trans. ASM. J. Erg. Ind. - 1992. - 114, N4, - с.476-480 - англ. Р. Ж. N 2, 1994 г.), состоящее из измерительного блока, регистрирующего смещение резца в направлении глубины резания, обучающего контроллера и сервопривода резца, смещающего инструмент в направлении глубины резания под управлением контроллера в функции угла поворота детали.

Известное устройство имеет недостатки. Оно содержит одноканальный сервопривод, не обладающий сочетанием высокого быстродействия и большого диапазона перемещения, необходимым для реализации циклических движений при обработке на токарных станках различных нецилиндрических деталей. Вследствие применения такого привода связанная с его характеристиками скорость вращения детали невысока, что приводит к снижению производительности и низкому качеству обрабатываемой поверхности. Указанные недостатки не позволяют применять известное устройство при обработке нецилиндрических деталей на токарных станках.

Известно также устройство для систем управления прецизионными перемещениями (А. с. N 1473060, СССР. Двухканальный электропривод. / А.А. Никольский, В. Л. Кацевич, Н.А. Краев, Е.Я. Лопатин. БИ N 14, 1989 г. (прототип), содержащее исполнительный орган, электродвигатель, сочлененный с подвижной платформой и подключенный к выходу преобразователя, последовательно соединенные блок задания перемещения исполнительного органа, первый сумматор, интегратор, усилитель и пьезодвигатель, сочлененный одним концом с исполнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, датчик деформации пьезодвигателя, выход которого включен на второй вход первого сумматора, датчик перемещения подвижной платформы, выход которого включен на третий вход первого сумматора. Кроме того, двухканальный электропривод содержит блок задания перемещения подвижной платформы, второй сумматор, фильтр низкой частоты, третий сумматор. Вход фильтра низкой частоты соединен с выходом второго сумматора, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а второй вход подключен к выходу датчика деформации, выход фильтра низкой частоты соединен с преобразователем через третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу блока задания перемещения подвижной платформы, а третий вход соединен с выходом датчика перемещения подвижной платформы.

Упомянутое устройство обладает тем недостатком, что при отработке циклических воздействий работает с ошибкой, вызванной наличием инерционностей в элементах двухканального электропривода.

Техническая задача состоит в существенном снижении ошибки двухканального электропривода при отработке циклических воздействий путем выявления циклической составляющей ошибок предыдущих циклов и компенсации ее на последующих циклах.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство, содержащее исполнительный орган, расположенный на подвижной платформе, первый электропривод перемещения подвижной платформы, датчик перемещения подвижной платформы, первый блок задания перемещения подвижной платформы, последовательно соединенный с первым сумматором, второй вход которого соединен с датчиком перемещения подвижной платформы, а выход соединен со входом первого электропривода перемещения подвижной платформы, второй электропривод перемещения исполнительного органа относительно платформы, датчик перемещения исполнительного органа относительно платформы, второй блок задания перемещения исполнительного органа, последовательно соединенный со вторым сумматором, второй вход которого соединен с датчиком перемещения подвижной платформы, третий вход которого соединен с датчиком перемещения исполнительного органа относительно платформы, третий сумматор, фильтр, согласно изобретению, дополнительно снабжено блоком динамической модели второго электропривода перемещения исполнительного органа относительно платформы, четвертым сумматором, первым и вторым блоками задержки, пропорциональным блоком, причем блок динамической модели второго электропривода входом соединен с выходом первого сумматора, выходом соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого блока задания перемещения подвижной платформы, третий вход четвертого сумматора соединен с выходом второго блока задания перемещения исполнительного органа, четвертый вход четвертого сумматора соединен с датчиком перемещения исполнительного органа относительно платформы, а выход четвертого сумматора соединен со входом пропорционального блока, последовательного соединенного через третий сумматор с первым блоком задержки, фильтр выходом соединен со вторым входом третьего сумматора, вход фильтра соединен с выходом второго блока задержки, вход второго блока задержки соединен с выходом первого блока задержки и одновременно с четвертым входом второго сумматора.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого двухканального электропривода.

Предлагаемое устройство содержит исполнительный орган 1, расположенный на подвижной платформе 2, первый электропривод 3 перемещения подвижной платформы 2, датчик 4 перемещения подвижной платформы 2, первый блок 5 задания перемещения подвижной платформы 2, последовательно соединенный с первым сумматором 6, второй вход которого соединен с датчиком 4 перемещения подвижной платформы 2, а выход соединен со входом первого электропривода 3 перемещения подвижной платформы 2, второй электропривод 7 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2, датчик 8 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2, второй блок 9 задания перемещения исполнительного органа 1, последовательно соединенный со вторым сумматором 10, второй вход которого соединен с датчиком 4 перемещения подвижной платформы 2, третий вход которого соединен с датчиком 8 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2, третий сумматор 11, фильтр 12. Кроме того, оно снабжено блоком 13 динамической модели второго электропривода 7 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2, четвертым сумматором 14, первым 15 и вторым 16 блоками задержки, пропорциональным блоком 17, причем блок 13 динамической модели второго электропривода 7 входом соединен с выходом первого сумматора 6, выходом соединен с первым входом четвертого сумматора 14, второй вход четвертого сумматора 14 соединен с выходом первого блока 5 задания перемещения подвижной платформы 2, третий вход четвертого сумматора 14 соединен с выходом второго блока 9 задания перемещения исполнительного органа 1, четвертый вход четвертого сумматора 14 соединен с датчиком 8 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2, а выход четвертого сумматора 14 соединен со входом пропорционального блока 17, последовательно соединенного через третий сумматор 11 с первым блоком 15 задержки, фильтр 12 выходом соединен со вторым входом третьего сумматора 11, вход фильтра 12 соединен с выходом второго блока 16 задержки, вход второго блока 16 задержки соединен с выходом первого блока 15 задержки и одновременно с четвертым входом второго сумматора 10.

Блок 13 динамической модели второго электропривода 7 при этом может быть выполнен в виде аналоговой модели второго электропривода 7 на основе операционных усилителей (например, микросхем серии К544УД). Пропорциональный блок 17 также может быть выполнен на основе операционного усилителя. Блоки 15, 16 задержки могут быть выполнены на основе микросхем FLASH-памяти (например, 29C020-12-FLASH-256к Х 8) в сочетании с микросхемами серий К555, К572ПА1, 1108ПВ1.

Устройство работает следующим образом.

Задающий сигнал по положению исполнительного органа 1, соответствующий сумме задающих воздействий по перемещению подвижной платформы 2 и перемещению исполнительного органа 1 относительно платформы 2, с выхода второго блока 9 задания перемещения исполнительного органа 1 поступает на первый вход второго сумматора 10, где сравнивается с суммой сигналов датчика 8 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2 и датчика 4 перемещения подвижной платформы 2, пропорциональной действительному положению исполнительного органа 1. Сигнал ошибки по положению исполнительного органа 1 с выхода второго сумматора 10 поступает на вход второго электропривода 7, который перемещает исполнительный орган 1 относительно платформы 2 так, что, ошибка на выходе второго сумматора 10 стремится к нулю.

Сигнал задания, соответствующий требуемому перемещению подвижной платформы 2, поступает с выхода первого блока 5 задания перемещения подвижной платформы 2 на первый вход первого сумматора 6 и далее на вход первого электропривода 3 перемещения подвижной платформы 2. Последний перемещает подвижную платформу 2 до тех пор, пока сигнал с выхода датчика 4 перемещения подвижной платформы 2 не сравняется на первом сумматоре 6 с сигналом задания на выходе первого блока 5 задания перемещения подвижной платформы 2. При этом сигналы, поступающие на первый и второй входы второго сумматора 10, образуют сигнал задания, пропорциональный только требуемому перемещению исполнительного органа 1 относительно платформы 2. Таким образом, полное перемещение исполнительного органа 1 осуществляется посредством "грубого" перемещения платформы 2 с помощью относительно медленного первого электропривода 3 и "точного" перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2 с помощью более быстродействующего второго электропривода 7.

На выходе четвертого сумматора 14 при этом формируется сигнал ошибки по перемещению исполнительного органа 1 относительно платформы 2. Он определяется как разность выходного сигнала со второго блока 9 задания перемещения исполнительного органа 1 и выходных сигналов первого блока 5 задания перемещения подвижной платформы 2 и датчика 8 перемещения исполнительного органа 1 относительно платформы 2.

При отработке циклических воздействий сигнал ошибки с выхода четвертого сумматора 14 через пропорциональный блок 17 и первый вход третьего сумматора 11 поступает на вход первого блока 15 задержки, время задержки которого Т1 выбирается меньшим известного периода цикличности Тц на время Т2 задержки второго блока 16 задержки. Сигнал с выхода первого блока 15 задержки через время задержки Т2 во втором блоке 16 задержки после фильтрации высоких частот в фильтре 12 поступает на второй вход третьего сумматора 11. Кроме того, выходной сигнал первого блока 15 задержки суммируется во втором сумматоре 10 с выходным сигналом второго блока 9 задания перемещения исполнительного органа 1. В результате такого суммирования управляющее воздействие на второй электропривод 7 на текущем цикле корректируется с учетом ошибок предыдущих циклов. Таким образом, благодаря дополнительному корректирующему воздействию на второй электропривод 7 циклическая составляющая ошибки на выходе четвертого сумматора 14 будет уменьшаться от цикла к циклу до своего минимального значения.

"Грубое" перемещение платформы 2 вследствие инерционности последней и несовершенства механической связи с первым электроприводом 3 является причиной нестационарных возмущений, отрабатываемых быстродействующим вторым электроприводом 7. Но эта отработка отрицательно влияет через четвертый вход четвертого сумматора 14 на процесс уменьшения циклической составляющей ошибки. Во избежание этого влияния сигнал с выхода первого сумматора 6 через блок 13 динамической модели второго электропривода 7 поступает на первый вход четвертого сумматора 14 с обратным знаком по отношению к знаку сигнала на четвертом входе четвертого сумматора 14.

Изобретение относится к электротехнике и автоматике и может быть использовано в системах управления положением механизмов, для которых более точное управление реализуется за счет включения второго, как правило, более быстрого и точного канала, а именно в манипуляторах, токарных стенках для обработки нецилиндрических деталей и других механизмах, для которых характерны циклические воздействия. Технический результат состоит в существенном снижении ошибки двухканального электропривода при отработке циклических воздействий путем выявления циклической составляющей ошибок предыдущих циклов и компенсации ее на последующих циклах. В двухканальном электроприводе к управляющему воздействию на точный канал в текущем цикле добавляется корректирующий сигнал. Этот сигнал формируется с помощью двух блоков задержки, фильтра и сумматора, выполняющих функцию накопления информации об ошибках на предыдущих циклах. В результате этого дополнительного воздействия циклическая составляющая ошибки уменьшается от цикла к циклу до своего минимального значения. В двухканальном электроприводе предусмотрена компенсация отрицательного влияния нестационарных ошибок грубого канала на процесс формирования корректирующего сигнала. 1 ил.

Двухканальный электропривод, содержащий исполнительный орган, расположенный на подвижной платформе, первый электропривод перемещения подвижной платформы, датчик перемещения подвижной платформы, первый блок задания перемещения подвижной платформы, последовательно соединенный с первым сумматором, второй вход которого соединен с датчиком перемещения подвижной платформы, а выход соединен со входом первого электропривода перемещения подвижной платформы, второй электропривод перемещения исполнительного органа относительно платформы, датчик перемещения исполнительного органа относительно платформы, второй блок задания перемещения исполнительного органа, последовательно соединенный со вторым сумматором, второй вход которого соединен с датчиком перемещения подвижной платформы, третий вход которого соединен с датчиком перемещения исполнительного органа относительно платформы, третий сумматор, фильтр, отличающийся тем, что он снабжен блоком динамической модели второго электропривода перемещения исполнительного органа относительно платформы, четвертым сумматором, первым и вторым блоками задержки, пропорциональным блоком, причем блок динамической модели второго электропривода входом соединен с выходом первого сумматора, выходом соединен с первым входом четвертого сумматора, второй вход четвертого сумматора соединен с выходом первого блока задания перемещения подвижной платформы, третий вход четвертого сумматора соединен с выходом второго блока задания перемещения исполнительного органа, четвертый вход четвертого сумматора соединен с датчиком перемещения исполнительного органа относительно платформы, а выход четвертого сумматора соединен со входом пропорционального блока, последовательно соединенного через третий сумматор с первым блоком задержки, фильтр выходом соединен со вторым входом третьего сумматора, вход фильтра соединен с выходом второго блока задержки, вход второго блока задержки соединен с выходом первого блока задержки и одновременно с четвертым входом второго сумматора.