Пневматический привод Советский патент 1991 года по МПК F15B9/00 

Фиг. I

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и летательных аппаратов.

Целью изобретения является повышение точности и устойчивости.

На фиг.1 изображена схема пневматического привода; на фиг.2 - схема блока формирования; на фиг.З и 4 - графики отработки синусоидальных входных сигналов в Известном и предлагаемом приводах соответственно; на фиг.5 и 6 - логарифмические амплитудно-частотные характеристики известного и предлагаемого приводов соответственно.

Пневматический привод содержит за- датчик 1 входного сигнала, датчик 2 выходного сигнала привода, выходы которых подсоединены к сравнивающему элементу 3, имеющему выход, который соединен с каналом из последовательно соединенных блока 4 двойного реального дифференцирования, блока 5 определения модуля и первого блока 6 формирования, а также через последовательно соединенные первый 7 и второй 8 блоки типа апериодическое звено, подключен к входам первого 6, второго 9, третьего 10, четвертого 11 и пятого 12 блоков формирования и соединен с входом первого сумматора 13.

Первые входы блоков 9-12 параллельно соединены с первым входом блока 6 фор- мирования. Выходы блоков 9 и 10 формирования подсоединены к вычитателю 14, а выходы блоков 11 и 12 формирования подсоединены к вычитателю 15. Выход вы- читателя 14 подключен к входу первого усилителя 16, а выход вычитателя 15 - к входу второго усилителя 17. Выходы усилителей 16 и 17, а также выход блока 6 формирования подключены к второму сумматору 18, выход которого подключен к входу третьего усилителя 19. Выход последнего соединен с вторым входом сумматора 13, выход которого подключен к усилителю-преобразовате- лю 20 сигнала управления, Выход усилителя-преобразователя 20 подключен к пневматическому распределительному устройству 21, причем второй вход пневматического распределительного устройства 21 соединен с выходом источника 22 рабочей среды, а выход пневматического распределительного устройства 21 подключен к входу пневмодвигателя 23.

Каждый блок формирования содержит входные усилители 24 и 25, выходы которых подключены к входам вычитателя 26 и сумматора 27. Выход вычитателя 26 подсоединен к входу блока 28 определения модуля, а выход сумматора 27 подсоединен к входу

блока 29 определения модуля, Выходы блоков 28 и 29 определения модуля подключены к входам вычитателя 30. Выход вычитателя 30 является выходом блока формирования. Блоки и элементы системы управления привода могут быть выполнены как аналоговыми, так и дискретными.

Пневматический привод работает следующим образом.

Входной сигнал Хзад Xi задатчика 1 элементом 3 сравнивается с сигналом Хтек Х2 датчика 2, и далее полученная разность в виде сигнала

ХзадМ - ХтекМ Xi - Х2 X3(t)

поступает на входы блоков 4 и 7. На выходе блока 4 формируется сигнал

20

х х3 s)2 , )2,

(TS + 1)2

5

0

1

где Хз Хз , ,

(TS+1)2

Т - постоянная времени блока 4; S - оператор Лапласа. На выходе блока 5 имеется сигнал

Х5 1Хд1 . на выходе блока 7 - сигнал

Х7- Хз

7 Т S + 1 а на выходе блока 8 - сигнал

Х8

X Хз

Х3 ,

TS + 1 (TS -M) где Т - постоянная времени блоков 7 и 8, 5 равная постоянной времени блока 4.

На выходе блока 6 формируется сигнал

0

Х6 |Хз --Ц|Х41|- |Хз +-Ц|Х41 ли I I/жi

«1

UJ1

|-К+ I/MI I

1

Усиление сигнала Xs на величину г происходит при прохождении его через

сог

усилитель 24, где частотный параметр од выбирается немного меньше частоты пневмомеханического резонанса, т.е. . где бОпм -частота пневмомеханического резонанса. Блоки 6, 9 - 12 конструктивно идентичны и отличаются только настройкой усилителей 24 и 25 на входе в эти блоки. На выходе блока 9 формируется сигнал

Хд- |о&2Хз -Х51 + Xsl . где йЈ - частотный параметр, несколько больший частоты пневмомеханического резонанса, т.е. ал Ј0пм . На выходе блока 10 формируется сигнал

Хю luJ32X3 -X5l - + X5I . где частотный параметр саз йЈ. На выходе блока 11 формируется сигнал

Xii IXs-ft 2 1Х5+ ом2 . где частотный параметр ом выбирается несколько меньшим частоты высокочастотного резонанса, т.е. аи о%.р. , где ufe.p. - частота высокочастотного резонанса привода.

На выходе блока 12 формируется сигнал

Х12 I X5 0)5 2 Х3 I - I Х5 + 0)5 2 Х3 I,

где частотный параметр йЈ соответствует частоте высокочастотного резонанса, т.е.

Ш5 Нв.р.

На выходе вычитателя 14 сигнал разности равен

Х14 Х9 - ХЮ,

а на выходе вычитателя 15 сигнал разности равен

Х15 Х11-Х12.

Тогда на выходе усилителя 16 получается сигнал

1

ХиXu,

(сиз 2 - (to.2) а на выходе усилителя 17 - сигнал

Хп -g2- Xis.

(Ш5 - ftM )

На выходе сумматора 18 сигнал суммы равен

ХГ8 Х6 + Xl6 + Х17.

На выходе усилителя 19 получается сигнал

X19 |X18.

)i

1X3

2 +

0

причем умножение в усилителе 19 на К 0,5 является необходимым и вынесено в отдельный усилитель с целью достаточно точного умножения с возможностью подстройки.

На выходе сумматора 13 сигнал суммы равен

Х13-Х19 + ХЗ.

Таким образом, сигнал, поступающий на усилитель-преобразователь 20 привода, имеет вид

(х) (|Хз -4ix3 l|22

шз -аъ

{(|ад2хз

- + -(|шз2хз + 1

I |шз2хз +1хз

)}

99

ft)5 - ЙЧ

х J(|lX3 l-OM2X3 |- |lX3 l-ftM2X3)- - (11 ХЗ I - О 2 ХЗ I - 11 ХЗ I + UJ5 2 ХЗ j|.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Такое преобразование входного сигнала системой управления дает возможность в широком диапазоне варьировать коэффициент усиления усилителя-преобразователя

20привода, позволяя значительно поднять добротность привода и, как следствие, его статическую точность.

Сигнал, поступивший на усилитель-преобразователь 20 и далее через устройство

21в пневмодвигатель 23, вызывает движение последнего и, в конечном счете, сведение к нулю сигнала Хз на выходе элемента 3.

Из фиг.З и 4 видно, что гармонический входной сигнал с постоянной составляющей Хзад (fa + A sin w t отрабатывается обоими приводами без искажений (кривые 1 на фиг.З и 4) при частоте со , меньшей частоты среда cut, для известного привода (фиг.5), и при - для предлагаемого привода (фиг,6). При этом в данном приводе удается достичь большей точности отработки за счет возможности существенного повышения добротности привода (), где Д- статическая ошибка. При увеличении частоты т (Ос для известного привода (фиг.5) и ft)2 «У йМ для предлагаемого привода (фиг.6) известный привод пропускает гармоническую составляющую с большими искажениями (кривая 2 на фиг.З), а предлагаемый привод продолжает отрабатывать (кривая на фиг.4) сигнал рассогласо- вания. При частотах )2 и ал )5 (фиг.5) известный привод входит в расходящиеся колебания (кривая 3 на фиг.З), а предлагаемый привод обрезает гармоническую составляющую (кривая 3 на фиг. 4), по существу размыкая на этих частотах привод.

Формула изобретения 1. Пневматический привод, содержащий задатчик входного сигнала и датчик выходного сигнала привода, подключенные к входам сравнивающего элемента, выход которого через систему управления связан с усилителем-преобразователем сигнала управления в перемещение пневматического распределительного устройства, подключенного к источнику рабочей среды и исполнительному пневмодвигателю, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и устойчивости, система управления выполнена в виде последовательно включенных блока двойного дифференцирования и блока определения модуля, двух последовательно включенных блоков типа апериодическое звено, а также пяти блоков формирования, двух вычитателей, трех усилителей и двух сумматоров, при этом выход сравнивающего элемента подключен к входу блока двойного дифференцирования и к входу первого блока типа апериодическое звено, один вход каждого блока формирования подключен к выходу блока определения модуля, а другой - к выходу второго блока типа апериодическое звено, подключенному к одному входу первого сумматора, выход первого блока формирования соединен с одним входом второго сумматора, другие входы которого через первый и второй усилители соединены с выходами первого и второго вычитателей, а входы последних попарно подключены к выходам второго, третьего и четвертого, пятого соответственно блоков формирования,

причем выход второго сумматора через третий усилитель соединен с другим входом первого сумматора, выход которого соединен с усилителем-преобразователем сигнала управления.

2. Привод по п.1,отличающийся тем, что каждый блок формирования выполнен в виде двух входных усилителей, двух вычитателей, сумматора и двух блоков определения модуля, при этом усилители соединены выходами с входами сумматора и одного вычитателя, а выходы последних через блоки определения модуля соединены с входами другого вычитателя, установленного на выходе блока формирования.

Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и летательных аппаратов. Целью изобретения является повышение точности и устойчивости. Входной сигнал за датчика 1 элементом 3 сравнивается с сигналом датчика 2, и полученная разность поступает на входы блоков 4 и 7 системы управления. В ней формируется комплексный сигнал, дающий возможность широко варьировать коэффициент усиления усилителя-преобразователя 20. Сигнал последнего через устройство 21 приводит в движение пневмодвигатель 23, устраняющий рассогласование в приводе. На участке, где возможны расходящиеся колебания, система управления обрезает гармоническую составляющую входного сигнала, размыкая на этих частотах привод. 1 з.п.ф-лы, 6 ил.

24

25

±27

±М

Фиг. 2

Фиг.З

Фиг.Ь

Јт, ffi

-4/t4

ik

-qUV, {Ј«

AZO