Электрогидравлический следящий привод Советский патент 1989 года по МПК F15B9/03 

сл

00

эо

Ж)

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в следящих системах промьшшенных роботов и манипуляторов.

Цель изобретения - повьшение точности и устойчивости.

На чертеже изображена структурная схема электрогидравлического следящего привода.

Привод содержит последовательно соединенные измеритель 1 рассогласования, апериодическое звено 2 второго порядка и первый сумматор 3, связанный с последовательно соединенны- ми усилителем 4, приводом 5 регулирующего органа (не изображен) насоса 6, соединенного гидролиниями 7 и 8 с гидромотором 9 с редуктором (не изображен), вал JO которого соеди- нен с объектом 11 регулирования и датчиками 12 и 13 положения и скорости соответственно и датчикам момента (на чертеже не пок;-,:-ан), последовательно соединенные датчик 14 перепада давления в гидролиниях 7 и 8, второй сумматор 15, интегратор 16 первый блок 17 деления и первый блок 18 умножения, выход которого подключен к второму положительному входу первого сумматора 3, а также последовательно соединенные датчик 19 температуры, первый нелинейный блок 20, второй блок 21 умножения и третий блок 22 умножения, выход которого подключен к третьему положительному входу первого сумматора 3, причем выход датчика 12 положения подключен к второму отрицательному входу измерителя 1 рассогласования, первый по- ложительный вход которого подключен к выходу задатчика команд (на чертеже не показан), выход датчика 13 скорости соединен с входом делителя первого блока 17 деления, через чет- вертый блок 23 умножения - с вторым отрицательным входом второго сумматора 15, а через релейный момент 24 с нулевой нейтральной точкой - с третьим отрицательным входом второго сумматора 15, четвертый отрицательный вход которого подключен к выходу датчика момента, второй вход второго блока 21 умножения через второй нелинейный блок 25 подключен к выходу датчика 26 давления, а второй вход четвертого блока 23 умножения соединен с выходом второго блока 21 умножения. Крпме того, он содержит по

Q

5 0 5 0 о 5 Q

5

следовательно соединенные Tpeiiin сумматор 27, второй положительные вход которого подключен к выходу источника 28 постоянного напряжения, а его первый положительный вход - к выходу второго блока 21 умножения и второй блок 29 деления, выход которого соединен с вторым входом первого блока 18 умножения, а также последовательно соединенные диференцирую- щее звено 30 с замедлением, вход которого подключен к выходу измерителя 1 рассогласования, третий блок 31 деления и пятый блок 32 умножения, выход которого подключен к четвертому положительному входу первого сумматора 3, причем второй вход делимого второго блока 29 деления через дифференцирующее звено,33 с замедлением второго порядка соединен с выходом измерителя 1 рассогласования, а его первый вход делителя - с выходом третьего сумматора 27, второй вход третьего блока 22 умножения подключен к вькоду третьего блока 3J деления, выход первого сумматора 3 через шестой блок 34 умножения подключен к входу усилителя 4, второй вход пятого блока 32 умножения соединен с выходом первого блока 17 деления, второй вход шестого блока 34 умножения - с выходом третьего сумматора 27, а второй вход делителя третьего блока 31 деления - с выходом третьего сумматора 27.

Кроме того, на чертеже имеются следующие обозначения: oL, и - соотЬл

ветственно сигналы положения вала 10 от задатчика команд и от датчика 12 положения, - сигнал датчика 13 скорости; М - момент на валу 10, р - сигнал датчика 14 перепада давления в гидролиниях 8 и 7; Рд, - сигнал датчика момента, - величина рассогласования (ошибка привода).

Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом.

Сигнал . после коррекции через усилитель 4 поступает на привод 5 регулирующего органа насоса 6, который, создавая поток рабочей жидкости в гидролиниях 8 и 7, воздействует на гидромотор 9, изменяющий положение объекта 11 регулирования, уменьшая рассогласование между входным

сигналом oif. и сигналом . датчика 11 п

1 положение. Для устранения отрицательного влияния переменного момента

51

инерции объекта 11 регулирования и момента вязкого трения на качественные показатели работы всего привода в служлт схема коррекции, включающая в себя апериодическое звено 2 второго порядка дифференцирующее звено 33 с замедлением второго порядка и дифференцирующее звено 30 с замедлением. Причем коэффициенты, усиления дифференцирующих звеньев 30 и 33 изменяются в зависимости от изменения момента инерции объекта 11 ре гулирован 1я и коэффициента вязкого трения.

Передаточная функция электрогидравлического следящего привода в разомкнутом по положению состоянии может быть представлена в виде

: У(Р) W.(P)W,(P)W,JP)W,(P

(.1) где W(p)p - передаточная функция

привода{

- соответственно передаточные функции усилителя

W(P)

4 и регулирующего органа насоса 6j

- передаточная функция схе- Mill коррекции;

Wjj - передаточная функция

гидропередачи,

состоящей из насоса 6 и гидромотора 9. Момент, развиваемый гидромотором 9 с учетом моментов сухого и вязкого трения, описывается соотношением

М

гм

WjP M/ip + , + М,,, + T,w.

(2)

- коэффициент вязкого трения; - момент, сухого трения J - момент инерции вращающихся частей гидромотора 9 и объекта 11, приведенный к валу 10 гидромотора.

С учетом выражения (2) и коэффи- циента утечек рабочей жидкости LjVO передаточная функция V Р примет вид (/прк формировании W(P) M полагается равным нулю

ТР

Изобретение может быть использовано в следящих системах промышленных роботов и манипуляторов. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости электрогидравлического следящего привода. Один положительный вход третьего сумматора (С) 27 подключен к источнику 28 постоянного напряжения, другой - к выходу второго блока (Б) 21 умножения. Выход второго Б 29 деления соединен с вторым входом Б 18. Дифференцирующее звено 33 с замедлением подключено входом к выходу измерителя рассогласования, выходом - к входу Б 31, последовательно соединенному с пятым Б 32, выход которого подключен к положительному входу С 3. Вход делимого Б 29 через звено 30 соединен с выходом измерителя 1. Второй вход Б 22 подключен к выходу Б 31. Выход С 3 связан с входом усилителя 4 через Б 34, второй вход Б 32 соединен с выходом Б 17, второй вход Б 34 - с выходом С 27. Входы делителя Б 29, 31 соединены с выходом С 27. Такая схема обеспечивает инвариантность к переменным моменту инерции и моменту вязкого трения с учетом утечек рабочей жидкости. 1 ил.

и.,(Р)

с (t)

Г (t)

t - угол поворота регулирующего органа насоса 6; ip - передаточное отношение редуктора гидромотора 9j

к -. .

., W,

,, г,

Р|

V

-характерные объемы насоса 5 и гидромотора 9;

-коэффициенты пропорциональности;

-скорость вращения насоса 6,

-объем рабочей жидкости в гидролинии 7 (или 8 иаг- нетания и в полости нагне тания насоса 6;

-общий момент инерции вращающихся частей гидромо(3)

45

нгм (Р)

35тора 9 и объекта 11 регулирования ;

Р - символ дифференцирования. Параметры передаточной функции являются переменными если

.

0 переменными являются Т и Кр. В результате значительно изменяются и динамические свойства электрогидравлического следящего привода при изменении I и К- в широких пределах. В отдельных случаях возможна даже потеря устойчивости его работы.

Дпя сохранения неизменными динамических свойств электрогидравлического следящего привода необходимо 50 стабилизировать все параметры передаточной функции W(p). Для этого служит схема коррекции с передаточной функцией

где Tj и Tj - некоторые неизменные постоянные времени, которые можно выбирать, исходя из требований к динамическим свойствам привода.

Параметры передаточной функции W(p) необходимо подстраивать с учетом те-i Kyiflero значения момента инерции I и коэффициента К,. Передаточная функ- ция W(P) с учетом выражений (1), (2) и (4) примет вид

(Pl WJP)W,(P)W.(P)W(P)

К

)W,(P) (т р + 1)(Т,Р + 1)Р

Из выражения (З) видно, что все параметры передаточной функции V(P) остаются постоянными, а значит постоянными сохраняются динамические свойства и качественные показатели всего электрогидравлического следящего привода в целом, т.е. точность и устойчивость привода не зависят от изменения I и Kj.

Коррекция W(P) осуществляется с помощью апериодического звена 2 второго порядка с передаточной функцией

2

W,P

/УЗ

( + 1(ТуР + 1)

дифференцирующего звена 30 с эамедле нием и дифференцирующего звена 33 с замедлением второго порядка соответственно с передаточными функциями вида

W,,(P)

Р + -1 )(т.,р + 1 )

33

т

O(Tj,P + 1) 45

При этом коэффициенты усиления соединенных со звеном 2 и блоком 18 первого и второго входов первого сумматора 3 единичные, коэффициент усиления третьего входа соединенного с блоком 22, равен V/K , а четвертого входа соединенного с блоком 32, равен L,.

Для настройки параметров на текущее значение I используются первый и пятый блоки 18, 32 умножс- ния. Дпя настройки параметров на текущее значение К. используютv,(r)

ся второй и третий блоки 29. Ленин, а также третий н шесте; Гло ки 22, 34 умножения.

Если на выходе первого блока 17 деления формируется сигнал, пропорциональный I, на выходе второго блока 21 умножения - сигнал, пропорционапьный К

в

на выходе источника сигнал,

28 постоянного напряжения

пропорциональный W,, , то с учетом то

го, что первый вход третьего сумматора 27 имеет коэффициент усиления L.J , а его второй вход единичный, передаточная функция ) имеет вид (4). (Первый вход сумматора 27 соединен с блоком 21 , а второй - с источником 28) .

Сигнал, пропорциональный I , формируется следующим образом.

Согласно выражению (2) величина I определяется из соотношения

J ( M/ip - Метр - KgipU )dt ipW

(6) Сигнал датчика момента имеет вид

М W,, iP

РМ 40

45

30

Четвертый отрицательный вход второго сумматора 15 имеет коэффициент усиления 1, его второй отрицательный вход - коэффициент уси;1ения ip/W , а третий (отрицательный) - 35 коэффициент усиления 1/V. На пторой вход четвертого блока 23 умчожения поступает сигнал, р п|тый К;,,, а релейный элемент 24 с нулевой нг йтральноЛ точкой описывается выражением JM sign UJ . Тогда на с1ыходе второго сумматора 15 формируется с P -l-4(V|ip)- i K w/Wj- j M,T }MiFn«)|W. Передаточная функция интегратора i6

Ws имеет вид

w,,(P) а на его

Kg2;p - -v(it

выходе формируется сигнал j( /ip - jMcTpfsipnU

f

Поделив этот сигнал в блоке 7 деления на сигнал U , на его рыходе получаем сигнал Т (см. выражение (ь) . Вязкость жидкости может быть определена с помощью выражения

55

Г -.сб

Кр(Р-Р„)-К(Т-Г,)

где

и Т - соответственна текущие

значения давления жидкости и ее температуры,

Рд и Tjj - соответственно номинальные значения давления жидкости и ее температуры; ВЯЗКОСТЬ жидкости при Р, ,

и т,;

Кр и К - постоянные коэффициенты, характеризующие изменение вязкости соответственно от изменения давления и тем- tO пературы.

Вид, аналогичный выражению (7), меет и коэффициент вязкого трения

к (P- « rft V

(8)

где К - коэффициент вязкого tpeния

при РО и Т .

Если предположить, что датчики 19 26 температуры и давления установлены в рабочей зоне и измеряют соотве-т ственно температуру Т и давление жидкости, в которой происходит вращение подвижных частей гидромотора 9 (а, возможно и редуктора с объектом П управления) а первый и второй нелинейные блоки 20, 25 реализуют соответственно функциональные зЭвиГ )

симосхи вида у

V К е , то на вьгходе второго блока 21 умножения формируется сигнал,пропорциональный величине Kg (см.выражение (8). Реализовать нелинейные блоки можно, например, с помощью устрой- ства, осуществляющих кусочно-линейную аппроксимацию нелинейности. Таким образом, в предлагаемом

приводе обеспечивается инвариант- .

ность к переменным моменту инерции

привода и моменту вязкого трения с учетом утечек рабочей жидкости, что направлено на повышение точности и устойчивости привода в широком диапазоне изменения указанных величин.

Формула изобретения

Электрогидравлический следящий привод, содержащий последовательно соединенные измеритель рассогласо- вания, апериодическое звено второго порядка и первый сумматор, связанный выходом с последовательно соединенными усипителем и приводом ре- гулирующего органа насоса, соединенного гидролиииями с гидромотором вал которого связан с объектом регулирования и датчиками положения.

,

tO

15

20

с

зо

5

0

5

Q

скорости и момент/, а также Л З ifx перепада давлеп№т и гццро.тинпчх, соединенный с последовательно включенными вторым сумматором, интегратором, первым блоком деления и первым блоком умножения, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора, источник постоянного напряжения и последовательно соединенные датчик температуры, первый нелинейный блок, второй блок умножения и третий блок умножения, выход которого подключен к положительному входу первого сумматора, причем выход датчика положения подключен к отрицательному входу измерителя рассогласования, положительный вход которого подключен к выходу за- датчика, выход датчика скорости соединен с входом делителя первого блока деления, через четвертый блок умножения -со вторым отрицательным входом второго сумматора, а через релейный элемент - с третьим отрицательным входом второго сумматора, чет- вертый отрицательный вход которого соединен с датчиком момента, второй вход второго блока умножения через второй нелинейньт блок подключен к выходу датчика давлени/t, а второй вход четвертого блокз соединен с выходом второго блока умножения, отличающийся тем, что, с целью порышения точности и устойчивости , он снабжен третьим сумматором, вторым и третьим блока- /ми деления, дифференцирующим звеном с замедлением, дифференцирующим звеном с замедлением второго порядка, а также пятым и шестым блоками умножения, при этом один положительный вход третьего сумматора подключен к источнику постоянного напряжения, а другой - к выходу второго блока умножения, выход второго блока деления соединен с вторым входом первого блока умножения, дифференцирующее звено с замедлением подключено входом к выходу измерителя рассогласования, а выходом - к входу делимого третьего блока деления, последовательно соединеиному с пятым блоком умножения, выход которого Подключен к положительному входу первого сумматора, причем вход делимого второго блока деления через днфферени.ирующее звено с замедлением второго порядка соединен с вь;хояом измг-рителя рассогn153082312

ласования, второй вход третьего бло-с выходом первого блока деления, ка умножения подключен к выходу треть-второй вход шестого блока умножения его блока деления, выход первого сум-с выходом третьбго сумматору,а вхо- матора связан с входом усилителя че-ды делителя втого и третьего блоков рез шестой блок умножения, второйделения - с выходом третьего сумма- вход пятого блока умножения соединентора.