Электрогидравлический следящий привод Советский патент 1988 года по МПК F15B9/03 

б г.

О5

со со

СП

Изобретение может быть использовано в станках и промьшшенных роботах. Цель изобретения - повьшение точности и надежности привода. Датчики 21 и 26 т-ры и давления жвдкости во вращающихся частях гидромотора через нелинейные блоки 22 и 27 соединены с входами блока умножения (ВУ) 23. Выход БУ 2 соединен с входами БУ 24 и 28. Второй вход БУ 24 соединен с выходом первого дифференцирующего звена 19, а выход через апериодическое звено 25 - с положительным входом второго сумматора 17. Второй вход БУ 28 соединен с датчиком 12 скорости, а выход - с отрицательным входом первого сумматора 14, к другому отрицательному входу через релейный элемент 29 подключен датчик 12. Привод инвариантен к nepeMeHHONry моменту инерции и моменту вязкого трения, что повышает его точность и устойчивость в широком диапазоне их изменения. 1 ил. с ф

к

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в следящих системах станков и промышленных роботов.

Цель изобретения - повьшение точности и надежности.

На чертеже изображена схема электрогидравлического следящего привода.

Электрогидравлический следящий привод содержит задающее устройство (не показано), измеритель 1 рассогласования, первый блок 2 умножения, последовательно соединенные усилитель 3 и привод 4 регулирующего органа (не; показан) насоса 5, связанного гидролиниями 6 и 7 с гидромотором 8 с редуктором. Вал 9 гидромотора 8 соединен с объектом 10 регулирования, датчиком 11 положения, датчиком 12 ско- рости и датчиком момента (не показан) ,

Привод содержит также последовательно соединенные датчик 13 перепада

давлений в гидролиниях 6 и 7, первьш 25 в гидролиниях 6 и 7;

сумматор 14, интегратор 15, первый блок 16 деления, а также второй сумматор 17, Датчик 13 соединен с первым (положительным) входом сумматора 14. Датчик момента соединен с вторым (от- 30 рицательным) входом первого сумматора 14, датчик 12 скорости - с входом делителя первого блока 16, а датчик 1 Г положения - с отрицательным входом измерителя 1 рассогласования.

Привод включает также апериодическое звено 18 второго порядка и два последовательно соединенных дифференцирующих звена 19 и 20 с замедлением.

35

датчика момента; (/ - гласования (ошибка пр

Электрогидравличес привод работает следу

Сигнал сГ через уси пает на привод 4 регу насоса 5, который, со бочей жидкости в гидр воздействует на гидро ющий положение объект ния, уменьшая рассогл входным сигналом й(вИ чика 11 положения. Дл рицательного влияния

При этом выход измерителя 1 рассогла- д мента-инерции объекта 10 регулировасования через апериодическое звено 18 соединен с одним из входов второго сумматора 17, а через ди()ференцирую- щие звенья 19 и 20 и один из входов первого блока 2 умножения - с другим входом второго сумматора 17, выход которого соединен с усилителем 3. Выход блока 16 деления соединен с вторым входом первого блока 2 умножения, Кроме того, привод содержит последовательно соединенные датчик 21 температуры, первый нелинейный блок 22, второй блок 23 умножения, третий блок 24 умножения и апериодическое звено 25, выход которого подключен к третьему входу второго сумматора 17,, а также последовательно соединенные датчик 26 давления и второй нелинейный блок 27, выход которого соединен

45

50

55

ния и момента вязкого трения на качественные показатели работы всего привода служит корректирующее устройство, включающее апериодическое звено 18 второго порядка, первое и второе дифференцирующие звенья 19 и 20 с замедлением и апериодическое звено 25. Причем коэффициенты усиления последовательного соединения дифференцирующих звеньев 19 и 20 изменяются в зависимости от изменения момента инерции объекта 10 регулирования, а апериодического звена 25 - в зависимости от изменения .коэффициента вязкого трения.

Передаточная функция злектрогид- равлического следящего привода в разомкнутом состоянии может быть представлена в виде

с вторым входом второго блока 23 умножения, а четвертый блок 28 умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам датчика 12 скорости и второго блока 23 умножения, а выход - к третьему - (отрицательному) входу первого сумматора 14, четвертый (отрицательный) вход которого через релейный элемент 29 подключен к выходу датчика 12 скорости, а второй вход третьего 24 блока умножения соединен с выходом первого дифференцируклдего звена 19 с за- медлением. Звенья 18, 19, 20 и 25 образуют корректирунщее устройство привода.

На чертеже введены следующие обозначения: о/ g и о(- соответственно сигналы положения вала 9 с задающего устройства и с датчика 11 положения, UI сигнал скорости с датчика 12 скорости; М - момент на валу 9; р# - сигнал с датчика 13 перепада давления

в гидролиниях 6 и 7;

РМсигнал с

датчика момента; (/ - величина рассогласования (ошибка привода),

Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом.

Сигнал сГ через усилитель 3 поступает на привод 4 регулирующего органа насоса 5, который, создавая поток рабочей жидкости в гидролиниях 6 и 7, воздействует на гидромотор 8, изменяющий положение объекта 10 регулирования, уменьшая рассогласование J между входным сигналом й(вИ сигналом (/датчика 11 положения. Для устранения отрицательного влияния переменного мо5

0

5

ния и момента вязкого трения на качественные показатели работы всего привода служит корректирующее устройство, включающее апериодическое звено 18 второго порядка, первое и второе дифференцирующие звенья 19 и 20 с замедлением и апериодическое звено 25. Причем коэффициенты усиления последовательного соединения дифференцирующих звеньев 19 и 20 изменяются в зависимости от изменения момента инерции объекта 10 регулирования, а апериодического звена 25 - в зависимости от изменения .коэффициента вязкого трения.

Передаточная функция злектрогид- равлического следящего привода в разомкнутом состоянии может быть представлена в виде

{1} W(P) W(P)W,,(P)Wp(P)W,,(P),

(1) где W(P) - передаточная функция при- вода;

),Wp(P)- соответственно передаточные функции усилителя 3 и регулирующего органа насоса WH(P) - передаточная функция корректирующего устройства , W(P) - передаточная функция гидропередачи, состоящей из насоса 5 и гидромотора 8, Вьфажение для определения момента, развиваемого гидромотором 8 с учетом моментов сухого и вязкого трения, принимает вид: HfH 0,01W Р Jipdj + M/ip + Kau;+

+ М

СТр

(2)

где Kj - коэффициент вязкого трения; стр момент сухого трения;

J - момент инерции вращающихся

частей гидромотора 8 и объ- екта 10, приведенный к валу гидромотора 8.

С учетом выражения (2) передаточная функция (Р) принимает вид (при формировании цг(Р) сгр пола- гается равным нулю)

W (Р-) A(Ll - - -К нгм - (t) -(looJYp. ooKiV

к № K.W

(3)

где у - угол поворота регулирующего

органа насоса 5, ip - передаточное отношение редуктора;

к -%-, bJr-nW

40

W,Wa - характерные объемы насоса 5

и гидромотора 8; Кр, коэффициенты пропорциональ- 45

ности;

скорость вращения насоса 5; V - объем рабочей жидкости в гидролинии 6 или 7 нагнетания и полости нагнетания на- о coca 5;

J - общий момент инерции вращающихся частей гидромотора 8 и объекта 10 регулированияj Р - символ дифференцирования. gg Параметры передаточной функции j(P) являются переменными, если еременными являются J и К g. В реультате значительно изменяются и ди-

1015 20

5

30

35

40

45

наг-шческие свойства электрогидравлического следящего привода при изменении J и Kg в широких пределах. В отдельных случаях возможна даже потеря устойчивости его работы.

Для сохранения неизменными динамических свойств электрогидраллического следящего привода необходимо стабилизировать все параметры передаточной , функции W(P), Для этого cлyжиt корректирующее устройство с передаточной функцией lOOKlYp,.

w-(P) . K wL K7wi:lJ

(т,Р + 1)(ТгР + 1) где Т и Т - некоторые неизменные

постоянные времени, которые можно выбирать, исходя из требований к динамическим свойствам привода.

Параметры передаточной функции W(P) необходимо подстраивать с учетом текущего значения момента инерции J и коэффициента К.

Передаточная функ,ция W(P) с учетом вьфажений (1), (3) и (4) принимает вид

W(P) w,(P)W,(P).

(5)

Из выражения (5) видно, чтоу все параметры передаточной функции W(P) остаются постоянными, а значит постоянными сохраняются динамические свойства и качественные показатели всего электрогндравлического следящего привода в целом, т.е. точность и устойчивость привода не зависят о т изменений J и Kg.

Коррекция W(P) осуществляется с помощью апериодического звена 18 второго порядка с передаточной функцией

Р) ()(

двух дифференцирукнцих звеньев 19 и 20 с замедлением, причем Wfj(P) и W 70 (Р) имеют вид

К Р

w,9 (Р) ()

WioCP)

ТТ;зР + Т)

„ „ 100V где К,К, ,

а также апериодического звена передаточной функцией вида

W,5(P)

Кг

- ( + 1)

Для настройки параметров W(P) по текущему значению Л и К g используются первый блок 2 умножения, на второй вход которого подается сигнал, пропорциональный величине текущего момента инерции привода J, а также третий блок 24 умножения, на первый рход которого подается сигнал, пропорцио- нальньш величине К . В результате формируемое корректирующее устройство имеет передаточную функцию, точно соответствующую выражению (4).

Сигнал, пропорционапьньй J, формируется следующим образом.

Согласно вьфажению (2) величина J определяется из соотношения

: J , i2i011fiPljiy/i ; K 6il V - M c Tp)dt . ipu;

(6) Сигнал датчика момента имеет вид

ipW,Второй (отрицательный) вход первого сумматора 14 имеет коэффициент усиления 1, его третий (отрицатель- ньй) вход - коэффициент усиления lOOip/Wrt, а четвертый (отрицательный) вход - коэффициент усиления 100/Wo.. На второй вход четвертого блока 28 умножения поступает сигнал:, равный Kg, а релейный элемент 29 с нулевой нейтральной точкой описывается выражением Mp psignw, тогда на выходе первого сумматора 14 формируется сиг- ;нал

) 122

icW.

1 оо„

pw . W u)- --M psignw Передаточная функция интегратора

15 имеет в ид

W „ ()

Wj

lOOipP а на его выходе формируется сигнал

|2a.21WiE Z e/if I ilKj««-M cTE.signio)dt

Поделив этот сигнал в блоке 16 деления на сигнал u), на его выходе име- ют сигнал J по выражению (6), который и поступает на второй вход первого блока 2 умножения.

Вязкость жидкости может быть определена с помощью выражения

р .е Р -РоЬМ -Ч (7) где Р и Т - соответственно текущие

значения давления жидкости и ее температуры;

Рр и т - соответственно номинальные значения давления жидкости и ее температуры-, |х - вязкость жидкости при

РО и TOV Кр и К - постоянные коэффициенты,

характеризующие изменение вязкости соответственно от изменения давления и темцературы.

Вид, аналогичный выражению (7), имеет и коэффициент вязкого трения TrO pCP-Pob TlT-T,)

К„ Кое

(8)

где Kg - коэффициент вязкого трения

при Р и Т„.

Если предположить, что датчики 21 и 26 температуры и давления установлены в рабочей зоне и измеряют соотл

ветственно температуру Т и давление Р жидкости, в которой происходит вращение подвижных частей гидромотора 8, а первый и второй нелинейные блоки 22 и 27 реализуют соответственно функциональные зависимости вида

О

0

5

g

g

к;е

Кр(Р-Ро)

-k.

т-т,)

И /i;e

то на выходе второго блока 23 умножения формируется сигнал, пропорциональный величине К,, (выражение (8)).

О

Реализовать нелинейные блоки 22 и 27 можно, например, с помощью устройств, осуществляющих кусочно-линейную аппроксимацию нелинейностей.

В результате в предлагаемом приводе обеспечивается инвариантность к переменному моменту инерции привода и моменту вязкого трения, что направлено на повышение точности и устойчивости привода в широком диапазоне изменения указанных величин.

Формула изобретения

Электрогидравлический следящий привод по авт. св. № 1195076, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности, он снабжен датчиками температуры и давления жидкости во вращающихся частях гйдромотора, двумя нелинейными блоками, релейньЕМ элементом, апериодическим звеном, а также вторым, третьим и четвертым блоками умножения, при этом датчики температуры и давления через нелинейные блоки соединены с входами второго блока умножения, выход которого соединен с входами

71399521®

третьего и четвертого бдоков умноже-вход четвертого блока умножения соения, второй вход третьего блока умно-динен с датчиком скорости, а выход жения соединен с выходом первого диф-с отрицательным входом первого суммаференцируняцего звена, а выход черезтора, к другому отрицательному входу

апериодическое звено - с положитель-которого через релейный элемент подным входом второго сумматора, второйключен датчик скорости.