Устройство для управления приводом робота Советский патент 1990 года по МПК G05B11/00 

Изобретение относится к области систем автоматического управления приводом, может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов и является усовершенствованием устройства по основному авт. св. № 1405023.

Цель изобретения - повышение трч- ности.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 -- кинематическая схема исполнительного органа робота, управляемого с помощью предлагаемого устройства.

Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор 1, дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, аперио- дическое звено 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 ускорения, объект 13 управления, первый блок 14 деления, вычислительный блок 15.

Вычислительный блок 15 содержит третий сумматор 16, интегратор 17, второй блок 18 деления, первый релей- ный элемент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 21 умножения, четвертый сумматор 22, второй усилитель 23, пятый сумматор 24, третий блок 25 деления, первый выпрямитель 26, первый нелинейный элемент «27, первый элемент 29 выборки-хранения, второй нелинейный элемент 24, четвертый релейный элемент 30, третий релейный элемент 31, второй элемент 32 выборки-хранения, четвертый блок 33 умножения, второй выпрямитель 34, мо- ментный вход 35, вход 36 скорости и вход 37 ускорения вычислительного блока 15, первый, второй и третий 38-40 выходы вычислительного блока 15.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал ошибки после коррекции поступает на электродвигатель 8 с редуктором. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет влияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах Это снижает качественные показатели . электропривода и приводит к потере устойчивости его работы. Для динамической и статической коррекции свойст замкнутого контура вычислительный блок вырабатывает соответствующие сигналы, смысл введения которых вытекает из следующих соображений.

Рассмотрим устройство для управления приводом робота относительно вертикальной оси его исполнительного органа (фиг. 2). Этот привод управляет обобщенной координатой g , Следует отметить, что рассмотренная схема является типичной дая отечественных и зарубежных промышленных роботов, работакн 4их в цилиндрической системе координат. Данная конструкция исполнительного органа позволяет также осуществлять вертикальное прямолиней515

ное перемещение груза (обобщенная координата gq) и его горизонтальное прямолинейное перемещение (обобщенная координата g).

Следует отметить, что моментные характеристики привода, управляющего координатой g, соответственно зависят от изменения координат gs и gj. В связи в этим для качественного управления координатой g, необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения координат g3 и g3 на динамические свойства привода поворота,

В ряде работ отмечается возможность представления движущего момента электродвигателя в следующем виде

МА6 KMi 1Й9 + Ms/ip +

|M

CTpl

SI

ignofq,

(1)

1554

где Mft - полый момент, развиваемый

электродвигателем 8; К„ - моментный коэффициент, o,ciq,& q соответственно угол, скорость и ускорение вращения, вала двигателя; момент инерции ротора электродвигателя 8 и вра- щающихся частей механической передачи;

передаточное отношение редуктора;

коэффициент вязкого трения/

М сто - момент сухого трення (Kfr и Метр приведены к валу двигателя);

ток электродвигателя 8. Корректирующее устройство преобразует сигнал о во входной сигнал электродвигателя 8:

I 1г К СТР

Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано в электроприводах промышленных манипуляторов. Целью изобретения является повышение точности устройства. Устройство для управления приводом робота содержит первый сумматор 1, дифференциатор 2, первый блок 3 умножения, второй сумматор 4, апериодическое звено 5, второй блок 6 умножения, первый усилитель 7, электродвигатель 8 с редуктором, датчик 9 положения, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 ускорения, объект 13 управления, первый блок 14 деления, вычислительный блок 15, который содержит третий сумматор 16, интегратор 17, второй блок 18 деления, первый релейный элемент 19, источник 20 опорного напряжения, третий блок 21 умножения, четвертый сумматор 22, второй усилитель 23, пятый сумматор 24, третий блок 25 деления, первый выпрямитель 26, первый нелинейный блок 27, первый элемент 28 выборки-хранения, второй нелинейный элемент 29, четвертый 30 и третий 31 релейные элементы, второй элемент 32 выборки-хранения, четвертый блок 33 умножения, второй выпрямитель 34, моментный вход 35, вход 36 скорости и вход 37 ускорения вычислительного блока 15, первый 38, второй 39 и третий 40 выходы вычислительного блока 15. Изобретение позволяет повысить точность работы электроприводов роботов при скоростях, близких к нулю. Это обеспечивается за счет исключения операции деления на малую величину и за счет сохранения знаков делимого и делителя. 2 ил.

W

КОр

(р)

где Кцэ - коэффициент противоЗДС

электродвигателя 8/ RO - активное сопротивление якорной обмотки электродвигателя 8 .

Из выражения (2) видно, что параметры корректирующего устройства (h и Н1 ) необходимо непрерывно подстраивать под их текущие значения Н Н (gj, mr), h1 h (g3, g,, mr) H1 H(g3)/ip-, h h(gb, g3)/i«p.

С учетом ряда соображений (согласно известному изобретению) выражение (1) можно свести к виду

м

dfd + н X,)

dt

+ /Мстр /signii

+

Третий вход третьего сумматора 16 имеет коэффициент усиления KM tp, a его первый (отрицательный) вход - коэффициент усиления Kbip. Выходной сигнал первого релейного элемента 19 подаваемый на второй (отрицательный) вход третьего сумматора 16, формируется по закону

(2)

Чих о

iip -ip|MCTp| при О

3 0 (Мстр const),

35На выходе третьего сумматора 16

формируется сигнал, равный

if(MAe - KBiP - 1мстр| signo

40

I.

dfci + н )Ыд)

clt

На выходе интегратора 17 имеем 45 сигнал ip(I + Hl)ci (lip + H)i, а на выходе второго блока 18 деления сигнал lip + Н.

Выходной сигнал первого нелинейного элемента имеет вид

50

(.ыи07

с

- ul

при

д

of u

5( - Л

где

Д - задаваемая малая постоянная

положительная величина. Первый выпрямитель 26 и первый нелинейный элемент 27 предназначены для обеспечения качественной работы второго блока деления. Эта цель достигается, если на его входы подаются сигналы постоянных знаков. Причем на вход делителя не должен подаваться сигнал меньше величины Л . Последнее условие обеспечивается первым нелинейным элементом 27, с выхода которого всегда поступает сигнал Д,

Выходной сигнал второго нелинейного элемента 29 имеет вид

29

при

IЫ I , U

|А1

где К 0 - постоянная величина.

При уменьшении величины ot ниже некоторого допустимого значения С второй нелинейный элемент 29 переводит первый элемент 28 выборки-хранения в режим запоминания.При этом на выходе этого элемента -сохраняется то значение lip + Н, которое было измерено в момент отключения второго нелинейного элемента 29. При увеличении I оЈ | в некоторый момент (который определяется значением ft ) вновь срабатывает второй нелинейный элемент 29. первый элемент 28 выборки-хранения переводится в режим слежения, и схема опять воспроизводит

текущее

опять значение Ii n

+ Н.

В течение времени отключения гхе- мы измерения lip + Н (скорость дви- жения Л| меньше U ) может произойти изменение его истинного (текущего) значения на некоторую величину. Это может привести к снижению качества работы привода. Однако предпола- гается, что величина 6 является достаточно малой, т.е. рабочие скорости находятся далеко за указанным пределом, а уменьшение |ы до величины ft возможно только перед остановкой и реверсом привода. Р случае резкого изменения lip + Н в режиме остановки электропривода предлагаемая коррекция по истечении некоторого малого .промежутка времени настроится на но- вое значение lip + Н, т.е. работоспособность и качественные показатели работы привода будут полностью восстановлены.

После перемножения Iip + Н (в третьем блоке 21 умножения) на сигнал и. имеем (Tip +H) ,а на выходе чет- вертого сумматора 22 iph a(ij hex. Поскольку гигчдл h .4 иметь рач

541554

ные

8

10

15

20

25

знаки, то сохраняется только его модуль с помощью второго выпрямителя 34. Как и ранее, поделив сигнал |h&l на |& в третьем блоке 25 деления, на его выходе получаем сигнал, равный Ihl. Взятие модулей соответствующих сигналов осуществляется также с целью повышения точности работы третьего блока 25 деления. Третий 31 и четвертый 30 релейные элементы позволяют восстановить знак текущего значения h, которое окончательно формируется на выходе четвертого блока 33 умножения. Подав сигнал h на вход пятого сумматора 24 с коэффициентом усиления, равным , и сложив его с сигналом источника 20 опорного напряжения, равным (КМКШ+ + R0Kb)ip, на выходе пятого сумматора 24 получаем сигнал KHI(a)i5p +Rg(KBip+ h). Пропустив этот сигнал через второй усилитель 23 с коэффициентом усиления 1/(КнКш1|), на его выходе получаем сигнал, равный коэффициенту

усиления последовательного корректирующего звена

К К

кор

оэ

МКЬ h )

К

Н 4 W

$ 0 5 Q

5

выражение (2)1.

Поделив сигнал с выхода первого элемента 28 выборки-хранения, равный lip + Н, на сигнал с выхода пятого сумматора 24, равный KMKttip + 1+ R,j(K6ip + h), на выходе первого (блока 14 деления имеем сигнал (I + ,+ H )/(KHKW + R,(K5 + h1 )).

Работа привода при скоростях движения, больших предельного значения U, протекает так же, как в основном устройстве. Введение новых элементов не изменяет сущности работы всей системы, а только существенно повышает точность ее работы за счет-уст- ранений ошибок, обусловленных погрешностями при выполнении операций деления. Эти погрешности приводят к ухудшению качества управления не только при малых значениях i , так как вызывают часто недопустимое остаточное параметрическое возмущение системы уже и при работе на V й.

Формула изобретения

Устройство дтя правления приводом робота по аят. он. R 1405023,

915

отличающееся, тем, что, с- целью повышения точности, вычислительный блок содержит третий-пятый сумматоры, интегратор, два блока деления, третий и четвертый блоки умножения, три релейных элемента, второй усилитель, источник опорного напряжения, два нелинейных элемента и два элемента выборки-хранения, источник опорного напряжения соединен с первым входом пятого сумматора, выход которого через второй усилитель соединен с первым выходом вычислительного блока, третий выход которого соединен с входом второго усилителя, вход скорости вычислительного блока через первый релейный элемент соединен с вторым входом третьего сумматора, выход которого соединен с входом интегратора и первым входом чет- вертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом третьего блока умножения, выход четвертого блока умножения соединен с информационным входом второго элемента выборки-хранения, выход которого соединен с вторым входом пятого сумматора, моментный вход вычислительного устройства соединен с третьим входом третьего сумматора, первый вход которого соединен с входами первого и

4Ю

второго нелинейных элементов и входами первого и четвертого релейных элементов, вход ускорения вычислительного блока соединен с входЬм третьего блока умножения, выход второго нелинейного элемента соединен с управляющими входами второго и первого элементов выборки-хранения, информационный вход которого соединен с выходом второго блока деления, вход делителя которого объединен с входом делителя третьего блока деления и соединен с выходом первого нелинейного элемента, выход четвертого сумматора через третий релейный элемент соединен с первым входом четвертого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого релейного элемента, выход четвертого сумматора через второй выпрямитель соединен с входом делимого третьего блока деления, выход которого соединен с третьим вхот дом четвертого блока умножения, выход интегратора через первый выпрямитель соединен с входом делимого второго блока деления, а выход первого элемента выборки-хранения соединен с вторым входом третьего блока умножения и с вторым выходом вычислительно- го блока.