Электропривод координаты манипулятора Советский патент 1987 года по МПК H02P5/06 

11

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводам роботов и манипуляторов, и может найти применение для механизмов, момент инерции которых зависит от его положения в пространстве.

Цель изобретения - повышение надежности работы, быстродействия и точности позиционирования электропривода координаты манипулятора.

На фиг.1 изображена структурная схема электропривода; на фиг.2 - зависимость коэффициента демпфирования от соотношения постоянных регулятора скорости с нелинейным элементом в цепи обратной связи для различных значений параметра механической части привода; на фиг.З - характеристика нелинейного элемента; на фиг.4 - характеристшса блока определения момента инерции; на фиг.З - электрическая схема функционального преобразователя реализующего характеристику блока определения момейта инерции.

Электропривод (фиг.1) содержит последовательно соединенные регулятор 1 положенияS самонастраивающийся регулятор 2 скорости с последовательно включенными конденсатором 3 и резистором 4 в цепи обратной связи и регулятор 5 тока, выход которого подключен к цепи управления преобразователя 6s подключенного к якорной обмотке двигателя 7. К входам регуляторов 5 и 2 подключены датчики 8, 9 со .ответственно тока н скорости. Вал двигателя 7 соединен через упругий элемент 10 с механизмом 11, а вал механизма 11 связан с датчиком 12 положения, представляющего собой пе- ременньй многообмоточный потенциометр. Сигнал с датчика 12 положения поступает -на вход регулятора 1 положения и на вход блока 13 определения

момента инерции механизма, представ

ляющего собой функциональньй преобразователь реализующий зависимость, представленную на фиг.4, Блок 13 оп ределения момента инерции своим выходом соединен с входом нелинейного элемента 14, шунтирующего конденса- тор в обратной связи регулятора 2 скорости.

Электропривод работает следующим образом.

Механическая часть привода характеризуется параметром

2

.+ Illo

где la - момент инерции двигателя, I, - момент инерции механизма. Характеристическое уравнения для приведенной системы имеет вид:

у liilllL

5 Г,2

11

(Т,+ Т)ТмТ, 4 р + +

Т о

J-, U,j,

Д, Ti+ Т,Т

+ n--fo ™ ТЛ,Т,)Р +

.L 2 i 12

V Ll Т.Т ДТ,, )l Ч 51„ Т, J

2 Р +

ТмТ

+ (Т, +у р) + 1 0.

0

ЗО 35

0

Как видно из этого уравнения, корни его, а следовательно, и коэффициент демпфирования определяются значением параметров

1C. (у

IM)/IC

1«л частоты

Iii-l«

свободных колебаний и

соотношения масс упругой электромеханической системы. В электроприводе координаты манипулятора в связи с переменным характером 1дд эти параметры также переменны, что вызывает изменение демпфирования в системе. Зависимость максимального коэффициента демпфирования Oi от параметра механической части V имеет нелинейный вид

(фиг.2). Причем эта нелинейность мо- . I

жет быть различного рода ,цля конкретной структуры привода.

Для поддержания на максимальном уровне коэффициента демпфирования при изменении в процессе работы момента инерции (при изменении V и R) необходимо изменять параметры регулятора скорости.

I

даточной функции

Регулятор скорости имеет вид пере.. I M-TV

R.+ Кн-9

R

ос

т,

К, RI+ RM

RH,-C,

где Т jT,, постоянные времени; R|- сопротивление в цепи обратной связи регулятора.

Значения постоянных времени Т и Tj зависят от сопротивления не линей- ного элемента Рц, от соо тношения Т./Т, в свою очередь будет зависеть демпфирование в системе. Таким обра3OMj нелинейный элемент 14 для каждого значения у должен установить такое значение R, при котором будет максимальное демпфирование. Оценено влияние , на демпфирование элек- тропривода .и выяснено, что в области малых значений ; 2,5 целесообразно принимать , в диапазоне от 1 до 4. Причем повышение больше 4 практически не изменяет коэффициент fO демпфирования, а отношение , 1 равносильно применению в системе подчиненного регулирования П-регулятора скорости. -Экспериментальные зависиния позволяет поддерживать наибольшую точность позиционирования, С рос том коэффициента Д уменьшается время затухания и амплитуда колебаний и, соответственно, увеличивается надежность и быстродействие электрохфи- вода.

Формула изобретения

Электропривод координаты манипулятора, содержащий электродвигатель, соединенный через упругий элемент с механизмом и подключенный к преобрамости -коэффициента демпфирования ко- 15 зователю, в цепь управления которого

лебаиий А от параметггов регулятора для различных значений соотно- , шения масс позволили выявить зависимость К(|э 0,5R,/(J- 1) для малых значений ,5 (фиг.З).20

При изменении положения механизма 11 изменяется сигнал Х/Х,

включены последовательно соединенные регулятор положения, самонастраиваю- ш;ийся регулятор скорости в виде операционного усилителя с последовательно включенными резистором и конденсатором в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также датчики положения механизма, скорости и тока, под- ключенные к входам соответствующих

датчика

12 положения, поступающий на вход блока 13 определения момента инерции, имеющего характеристику Jj F (Х/Х,)-25 регуляторов, и блок определения мо- на фиг.4, где Uj - напряжение смеще- мента инерции механизма, о т л и - ния, созданное опорным источником напряжения и соответствующее начальной точке характеристики; U2,U,U4.

мость

ч а ющий с я

повышения надежности работы, быстрд- действия и точности позиционирования

напряжения смещения, созданные опор- X электропривода, в него введен нели- ными источниками тока и соответствую- нейньш элемент, реализующий йависи- шие точкам перегиба характеристики; Y1, У2 - операционные усилители.

Сигнал о значении соотношений моментов инерции у с блока-13 опреде- 35 f н, сопротивление нелинейного ления момента инерции поступает на элемента; R - сопротивление в обрат- вход .нелинейного элемента 14, который ной связи регулятора скорости; У согласно характеристики (фиг.З) выби ,э 0,5R,/(y-1),

(IM + Ii)

- соотношение масс упрурает новое значение сойротивления R

- соотношение масс упруj g 0,5R,/(y - 1) или (что тоже са- 40 гой электромеханической системы, где

мое для нового значения 1) новое

значение R

Н9

1д, - момент инерции механизма; In.- момент инерции двигателя, °

Параметры регулятора скорости та-i а блок определения момента инерции ковы, что сигнал управления на входе выполнен в виде функционального пре- управляемого преобразователя 6 при . 45 образователя, реализующего зависимость, представленную на фиг.4, ,при этом вход блока определения момента

неизменном сигнале на входе системы и неизменном значении момент инерции механизма 11 у на вькоде системы обеспечивает оптимально возможное

инерции подключен к выходу датчика положения, а его выход соединен с

демпфирование, т.е. наименьшее время 50 управляющим входом нелинейного эле- перекодного процесса, наилучшее быс- мента, включенного параллельно кон- тродействие и максимальную надеж- ,денсатору в цепи обратной связи регу- ность. Компенсация влияния возмуде- лятора скорости. .

ния позволяет поддерживать наибольшую точность позиционирования, С ростом коэффициента Д уменьшается время затухания и амплитуда колебаний и, соответственно, увеличивается надежность и быстродействие электрохфи- вода.

Формула изобретения

Электропривод координаты манипулятора, содержащий электродвигатель, соединенный через упругий элемент с механизмом и подключенный к преобравключены последовательно соединенные регулятор положения, самонастраиваю- ш;ийся регулятор скорости в виде операционного усилителя с последовательно включенными резистором и конденсатором в цепи обратной связи, и регулятор тока, а также датчики положения механизма, скорости и тока, под- ключенные к входам соответствующих

регуляторов, и блок определения мо- мента инерции механизма, о т л и -

мость

электр нейньш

опривода, в него введ элемент, реализующий

, сопротивление нел та; R - сопротивлени язи регулятора скорос

,э 0,5R,/(y-1),

н, сопротивление нелинейного емента; R - сопротивление в обрат- й связи регулятора скорости; У

(IM + Ii)

- соотношение масс упругой электромеханической системы, гд

1д, - момент инерции механизма; In.- момент инерции двигателя, °

инерции подключен к выходу датчика положения, а его выход соединен с

зав-.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для механизмов, момент инерции которых зависит от его положения в пространстве. Повышение надежности достигается обеспечением требуемого коэффициента демпфирования в электроприводе с упругой связью за счет оптимальной настройки регулятора скорости. Управление электроприводом постоянного тока осуществляется по принципу подчиненного регулирования, при этом параллельно конденсатору 3 в цепи обратной связи пропорционально-интег-, рального регулятора 2 скорости включен нелинейный элемент 14, управляемый в функции положения манипулятора, т.е. изменяющегося момента инерции. Блок 13 определения момента инерции выполнен в виде функционального преобразователя, реализующего зависимость соотношения масс электроприво- :да от положения манипулятора в прост- .ранстве. 5 ил. i W to 00 00 CD to 4 (fyuff.f

tal:ff

фае.З

;Ч .f(O/vf}

«r)

cffuc.5

Редактор А.Долинич

Составитель М.Кряхтунова

Техред В.Кадар Корректор М.Пожо

Заказ 7456/56 Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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