Самонастраивающаяся следящая система с бесконтактным двигателем постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК G05B13/02 

11

Изобрете ие относится к автоматическому управлению и может быть использовано при созданий систем управления приводами роботов.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение надежности системз.1.

На чертеже прецставлена функциональная схема самонастраивающейся следящей системы с бесконтактным двигателем постоянного тока.

Система содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, диф- ференпирующее звено 2, умножитель 3, второй сумматор 4, первый усилитель 5 и бесконтактный двигатель 6 постоянного тока с редуктором, выходной вал которого механически связан с объектом 7 управления, датчиком 8 положения, выход которого соединен с датчиком 9 скорости, выход которого подключен к пepвo fy входу делителя 10, второй вход которого подключен к выходу интегратора 11, апериодическое звено 12, последовательно

соединенные второй усилитель 13, третий сумматор 14 и третий усилитель 15.

На чертеже введены следующие обозначения: (X 5), pt ot - соответственно сигналы задающего углового положения и углового положения вала редуктора; об - скорость вращения вала редуктора; и, и - соответственно уси лнваемь1Й управляющий сигнал и входное управляющее напряжение двигателя S - ошибка системы.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ошибки с выхода первого , сумматора 1 после коррекции в блоках 2,3 и 12, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во врапательное движение. Электропривод при работе с различными грузами обладает переменным моментом инерции I, который может меняться в шицо ких пределах. Это снижает качественные пок-азатели электропривода и приводит к ({еустойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантност.и динамических свойств электропривода к изменениям момента инерции нагрузки.

Бесконтактньп электродвигатель постоянного тока описывается передаточной функцией-.

12

л«(Р)

(1)

где скорость вращения вала двигателя;

К - коэффициент двигателя;

I - момент инерции вращающихся частей привода, приведенный к валу двигателя;

г - активное сопротивление обмотки;число фаз статора.

m 15

20

Для реализации поставленной задачи в прямую цепь системы необходимо ввести такое последовательное корректирующее звено, которое позволило бы по;тучить передаточную функцию прямой цепи, разомкнутой по положению системы вида

w(p) jLit) к Р S(t) K-i,

(2)

где К - коэффициент усиления

О

пер

вого усилителя; р - передаточное отношение редуктора ; Т - const.

Из выражения (2) видно, что параметры передаточной функции W(p) являются постоянными, не зависящими от переменных параметров момента инерции нагрузки.

Так как величина I в выражении (1) является переменной, то для получения выражения (2) необходимо подстраивать параметр I в последовательном корректирующем устройстве под соответствующее текущее значе- ние.

В известном устройстве дпя формирования последовательной коррекции использовался сигнап тока, про- текйю1цего в якорной цепи двигателя. Этот сигнал пропорционален моменту, развиваемому двигателем. Однако при, использовании в качестве исполнительного элемента бесконтактного двигателя постоянного тока это сделать не удается ввиду особенностей этого двигателя. В результате необходима разработка коррекции новой структуры для обеспечения инвари- антност привода к изменяющемуся I при использовании в нем бесконтактного двигателя постоянного тока (ВДПТ).

312592

Поскольку для Б/ЛГГ справодпиво равенство

а ( J К

(3)

то из пыражения (3) следует, что

I ) - Ko(t)ip) dt/()

(4)

В выражении (3) М - вращающий момонт двигателя. В данном случае полагает- ся, что

I dt

В общем случае

dftta.

м I -- . м,,

гдеМйц- внещний нагрузочный момент; соор момент сухого и вязкого

трения. Следует отметить, что для данного

типа двигателя Мсопр - )„ Равно нулю для статически разгру-ж.енных приводов. В результате выражение (3) имеет место для большого числа приводов и поэтому его, использование является достаточно правомерным.

При условии, что козф4«циент усиления второго усилителя 13 равен

Kip, а коэффициент усиления третьего

m усилителя 15 - -т- , на его выходе

Р будем иметь сигнал, равный

т- (U(t) - K«(t)ip). ripР

Проинтег рировав этот сигнал в интеграторе 11 и поделив полученный сигнал на сигнал скорости (У (t) в делителе 10, на выходе зтого блока будем иметь точное значение I соглано выражению (4).

Полагая, что передаточная функция инерционного дифференцирующего звена 2 имеет вид

W,(P) ;; Р/(Тр - 1), на выходе умножителя 3 будем иметь

4

1г п

.. -т Р 11авныи

Т„ + 1

Поскольку передаточная функция апериодшческого звена 12 имеет вид Wj(p) /(Tf, + ), то передаточная функция прямо11 цепи эяектроприт;ода между выходом перпого сумматора 1 и входом первого усилителя 5 определяется выражением

- ii

S(t) ,

(5)

Передаточная функция (5) является лередаточной функцией последовательного корректирующего звена рассматриваемой системы.

С учетом передаточной функции двигателя (1)и передаточной функции последовательного корректирующего эвена (5) передаточная функция прямой цепи, разомкнутой по полож нию системы, примет вид (2).

Из приведенш 1х рассуждений видно, что переменньп параметр I подстраивается под требуемое (текущее) значение. JTO позволяет обеспечить достижение точной инвариантности следящей системы к изменяющемуся параметру момента инерции нагрузки. В результате обеспечивается высокое качество работы всего природного м::ха- низма во всем диапазоне изменения его момента инерции.

Формула изобретения

Самонастраивающаяся следящая система с бесконтактным двигателем постоянного тока, содержащая последовательно соединенные первый сумматор, дифференцирующее звено, умножитель, второй сумматор, первый усилитель и бесконтактный двигатель постоянного тока с редуктором, выходной вал которого механически связан с объектом управления, с датчиком положения, выход которого соединен с отрицательным входом первое го сумматора, и с датчиком скорости, выход которого подключен к первому входу делителя, второй вход которого подключен к выходу интегратора, а выход - к второму входу умножителя, второй вход второго сумматора через апериодическое звено подключен к выходу первого c t-iMaTopa, о т- личающаяся тем, что, с

целью paciiiHf. e.HHH област г применения и повьппения надежности, в нее введены последовательно соединенные второй усилитель, третий сумматор и третий усилитель, выход которого

подключен к входу интегратора, второй вход третьего сумматора соединен с выходом первого усилителя, а вход второго усилителя - с выходом датчика скорс ст и.

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в системах управления электроприводами роботов с переменными параметрами момента инерции, приведенного к валу электродвигателя. Цель изобретения - расширение области применения и по- вьшение надежности системы. Поставленная цель достигается тем, что в систему введен дополнительный контур коррекции, состоящий из последовательно соединенного второго усилителя, третьего сумматора и третьего усилителя. Причем второй выход третьего сумматора подключен к выходу первого усилителя. Использование такого контура позволяет корректировать коэффициент усиления прямой цепи в зависимости от изменения момента инерции. 1 ил. $ (Л

Редактор В.Данко

Составитель П.Кудрявцев Техред Л.Олейник

Заказ 5119/44Тираж 836Подписное

ВШШПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-33, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор Л.Патай