Система регулирования положения Советский патент 1993 года по МПК G05B11/01 

фиг.1

VJ

О СЯ

сЈ

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами и может быть использовано в робототехнике, приборостроении и станкостроении.

Известны устройства управления, в которых повышение точности позиционирования достигается исключением несоответствия законов изменения пути и скорости при ограничении производной пути по времени на протекание процесса при отработке перемещения. Исключение этого влияния обеспечивается размыканием контура положения системы при отработке перемещения, а определение момента времени начала торможения выполняется схемой отработки информации о скорости, пусковом и статическом моментах привода, а также об установившемся пути отработки исполнительного органа.

Недостатком указанных устройств является их низкая точность позиционирования, обусловленная тем, что они не позволяют при расчете момента времени начала торможения учитывать изменения инерционных масс, связанных с валом электродвигателя, и статического момента сопротивления исполнительного органа.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для адаптивного управления позиционным электроприводом, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок сравнения, регулятор скорости, третий блок сравнения, регулятор тока, усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с валами нагрузки и датчика скорости, выходом подключенного к вычитающему входу второго блока сравнения и ко входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электродвигателя, а выходом с вычитающим входом третьего блока сравнения и с первым входом вычислительного блока, вторым входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом к суммирующему входу четвертого блока сравнения, соединенного вычитающим входом с выходом первого блока сравнения, а выходом - с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко второму суммирующему входу второго блока сравнения.

Недостатком известного устройства является его низкая точность позиционирования, обусловленная тем, что оно не позволяет автоматически выделять в заданном перемещении зону точного позиционирования и отрабатывать движение в ней с определенной пониженной скоростью.

Цель изобретения - повышение точности системы.

5 Эта цель достигается тем, что в устройство, содержащее последовательно соединенные блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок сравнения, регулятор

скорости, третий блок сравнения, регулятор тбка , усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с валами нагрузки и датчика скорости/выходом подключенного к вычитающему входу

5 которого блока сравнения и ко входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электро двигателя, а выходом с вычитающим входом третьего блока сравнения и с первым вхо0 дом вычислительного блока, вторым входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом - к суммирующему входу четвертого блока сравнения, соединенного вычитающим входом с выхо5 дом первого блока сравнения, а выходом с управляющим входом второго ключа, выход которого подключен ко второму суммирующему входу второго блока сравнения, установлен задатчик остановочной скорости,

0 подключенный выходом к информационному входу второго ключа и к третьему входу вычислительного блока, четвертым входом соединенного с выходом блока задания перемещения, пятым входом - с выходом дат5 чика скорости, вторым выходом - с вычитающим входом первого блока сравне- -; ния и выходом четвертого блока сравнения соединенного с управляющим входом первого ключа.

0 На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой системы регулирования положения; на фиг.2 - трапецеидальный график изменения скорости; на фиг.З - тре- : угольный график изменения скорости.

5

Устройство содержит последовательно

соединенный блок 1 задания перемещения, первый блок 2 сравнения, регулятор 3 положения, первый ключ 4, второй блок 5 срав- 0 нения, регулятор 6 скорости, третий блок 7 сравнения, регулятор 8 тока, усилитель 9 мощности электродвигатель 10, электрический выход которого соединен с датчиком . 11 тока, а вал кинематически связан с дат- 5 чиком 12 скорости, который через датчик 13 ускорений соединен с вычислительным блоком 14, который в свою очередь соединен с задатчиком 15 остановочной скорости, а через четвертый блок 16 сравнения соединен со вторым ключом 17, кроме того вал электродвигателя кинематически связан с валом нагрузки 18.,

Система автоматически выделяете заданном перемещении зону точного позиционирования и обеспечивает отработку движения в два этапа. На первом этапе осуществляется перемещение в промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограм- ме (фиг.2). На втором - этапе точного пози- цибнирования - в заданное положение с определенной пониженной скоростью при треугольной тахограмме (фиг.З).

Момент торможения на первом этапе движения определяется равенством рассог- ласования по положению перемещению ST, определяемому выражением

5т 5т1 t S2.

где $т1,- путь торможения до полной остановки электродвигателя на первом этапе движения;

$2 - перемещение в зоне точного позиционирования. .25

Путь торможения 5т1 до полной остановки электродвигателя определяется выражением.

с,-с Мп-Me v

ОТ - Ор Г-. N,

Мп + Мс

где Sp - путь разгона до максимальной допустимой установившейся скорости;

К - уточняющий коэффициент;35 Мп, Мс - соответственно полный и статический моменты электродвигателя.

Путь разгона Sp определяется согласно выражению

V . .А0 SP , . (3)

где а) ,Ј-скорость и ускорение электродвигателя. -

Перемещение в зоне точного позиционирования S2 определяется выражением

S2 лЈст/Ј.

.где ufecr - средняя остановочная скорость.

Значение средней остановочной скоро-: сти соьст рассчитывается до настройки системы исходя из максимальной допустимой погрешности позиционирования ДуЪах.доп. с учетом отклонения параметров системы согласно выражению

йАзст- Јср + tcp +2 К12 Јср Артах.доп 11 «cp-tcp

где

К11 (AQMiax/ftA:p)+(Atm8X/tcp)

(2 ДоДлзх/(Ыср ) +(2 Imax/lcp + АМдин.тах/Мдин.ер )

К12

К11

( AftAnax/u p ) ( Atmax/tcp ) .

510

15

20

25

30

35

А0

45

50

55

Ecp - среднее значение ускорения торможения;

tcp - среднее время срабатывания аппаратуры системы;.

Icp средний приведенный к валу двигателя момент инерции;

Мдин.ср - среднее значение динамического момента на валу электродвигателя;

АсЬах. Almax, А Мдин.та отклонения

параметров электродвигателя от средних значений.

В период настройки системы на выходе задатчика 15 остановочной скорости, который может быть источником напряжения, выставляют сигнал, пропорциональный расчетному значению ОЬст.

Зависимости (1), (2), (3) и (4) реализуются вычислительным блоком 14, который может быть микропроцессором или малой управляющей вычислительной машиной, подачей на.его входы сигналов, пропорциональных Мп полному и Мс статическому моментам электродвигателя 10 с выхода датчика 11 тока в различное время отработки перемещения на первом этапе движения, «скорости, Ј ускорения, поступающих соответственно с выходов датчиков 12 скорости. 13 ускорений и сигнала, пропорционального Средней остановочной скорости соост с выхода задатчика 15 остановочной скорости,

Кроме того.вычислительный блок 14 определяет перемещение S нагрузки 18 при разгоне в соответствии с выражением (3), а при достижении установившейся скорости согласно выражению S Sp + a) t, где t - время движения с установившейся скоростью.

Система работает следующим образом.

В исходном состоянии сигнал рассогласования по положению равен нулю. Сигналы на входах регулятора 6 скорости вычислительного блока 14 и четвертого блока 16 сравнения, который может быть сум- . мирующим компаратором, отсутствуют. На управляющих входах первого 4 и второго 17 ключей логический сигнал О. Благодаря чему первый ключ 4 находится в замкнутом, а второй ключ 17 в разомкнутом состоянии.

При подаче сигнала на отработку перемещения на выходе первого блока 2 сравнения, который может быть дискретно. кп-ь if -p- Либо nponop1и г

л-

аналоговым преобразователем, возникает сигнал рассогласования по положению. Этот сигнал преобразуется в регуляторе 3 положения, который может быть пропорционально-интегральным с передаточной

I/

функцией типа Wp-1

циональным с передаточной функцией Wp Кп, где Кп, Ки - коэффициенты пропорционального и интегрального законов регулирования, Ти - постоянная времени . интегрирования, и через первый ключ 4 поступает на первый суммирующий вход второго блока 5 сравнения, где сравнивается с сигналом, пропорциональным скорости электродвигателя 10. Рассогласование по скорости преобразуется в регуляторе 6 скорости, который также может быть пропорционально-интегральным или пропорциональным, и поступает на сумми рующий вход третьего блока 7 сравнения, где сравнивается с сигналом, пропорциональным току электродвигателя 10. Результат сравнения через регулятор 8 тока, который может быть пропорционально-ин- тегральным, и усилитель 9 мощности воздействует на электродвигатель 10 изменяя положение вала и нагрузки 18.

Вычислительный блок 14 по сигналу С выхода блока 1 задания перемещения, еиг- налам с выхода датчика 11 тока, пропорциональным полному Мр и статическому Мс моментам, сигналам с выходов датчиков 12 и 13, пропорциональных соответственно скорости Ј и ускорению аа также значению уточняющего коэффициента К определяет путь Sp разгона до установившейся скорости и путь Зт1 торможения электродвигателя 10 до полной остановки. На основании сигналов, пропорциональных средней остановочной скорости (Уост и ускорения Е вычисляет перемещение, S2 в зоне точного позиционирования. После этого вычисли- тельный блок .14 выполняет сложение пути Sri торможения до полной остановки элект- родвигателя и перемеа1енил S2 в зоне точного позиционирования и вырабатывает на первом выходе сигнал U -H, пропорциональный этой сумме. По сигналам, пропорциональным скорости а) и пути Sp4 разгона вычислительный блок 14 определяет перемещение S нагрузки 18 и вырабатывает на втором выходе сигнал Ui411, пропорцио . ..

10

15

20

25

30 ; 45 35

40

50

нальный этому перемещению. При этом сигнал и н поступает на суммирующий вход четвертого блока 16 сравнения, а сигнал и-и на вычитающий вход первого блока 2 сравнения.

При достижении равенства сигнала U 14 и сигнала Us, пропорционального рассогласованию по положению, поступающего с выхода первого блока 2 сравнения на вычитающий вход четвертого блока 16 сравнения, четвертый блок 16 сравнения формирует на управляющие входы первого 4 и второго 17 ключей логический сигнал в соответствии с условиями 1Мб 1, если (U i4 - U2) 0 и Uie 0, если (U i4 - Ui) 0.

Это приводит к изменению коммутации в системе. По этому сигналу первый ключ 4 перейдет в разомкнутое состояние, второй ключ 17 - в замкнутое, обеспечив этим размыкание контура положения и отключение выхода первого ключа 4 от первого суммирующего входа второго блока 5 сравнения и подключение задатчика 15 остановочной скорости ко второму суммирующему входу второго блока 5 сравнения. Сигнал рассогласования по скорости отрабатывается последовательно соединенными регуляторами 6 скорости, 8 тока, усилителем 9 мощности и электродвигателем 10. При достижении скорости значения электродвигатель отключается и переходит в режим равнозамедленного торможения. Предлагаемая система позволяет автоматически выделять в заданном перемещении зону точного позиционирования и отрабатывать заданное перемещение в два этапа. На первом этапе движения организуется перемещение в промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограм- ме, на втором-этапеточного позиционирования - в заданное положение на определенной пониженной скорости при треугольной тахограмме.

Предлагаемая система может найти применение в приводах роботов, предназначенных для выполнения технологических операций с высокой точностью позиционирования заданных точках траектории движения рабочего органа, и в системах автоматического контроля для перемещения измерительных приборов.

Изобретение относится к области автоматического управления электроприводами и может быть использовано в робототехнике, приборостроении и станкостроении. Целью изобретения является повышение точности системы. Система содержит блок задания 1 перемещения, первый блок 2 давления, регулятор положения 3, первый ключ 4, второй блок 5 сравнения, регулятор 6 скорости, третий блок 7 давления, регулятор 8 тока, усилитель 9 мощности, электродвигатель 10, датчик 11 тока, датчик 12 скорости, датчик 13 ускорения, вычислительный блок 14, задатчик 15 остаточной скорости, четвертый блок 16 сравнения, второй ключ 17, нагрузку 18. Система позволяет автоматически выделять в заданном перемещений зону точного позиционирования и отрабатывать перемещение в два этапа. На первом этапе движения организуется перемещение Ё промежуточное положение с максимальной допустимой скоростью при трапецеидальной тахограмме, на втором этапе точного позиционирования - в заданное положение на определенной пониженной скорости при треугольной тахограмме. 3 ил. (Л С

Формула изобретения Система регулирования положения, содержащая последовательно соединенные

блок задания перемещения, первый блок сравнения, регулятор положения, первый ключ, второй блок сравнения, регулятор скорости, третий блок сравнения, регулятор тока, усилитель мощности и электродвигатель, вал которого кинематически связан с валами нагрузки и датчика скорости, выходом подключенного к вычитающему входу второго блока сравнения и к входу датчика ускорения, датчик тока, соединенный входом с электрическим выходом электродвигателя, а выходом - с вычитающим входом третьего блока сравнения и с первым входом вычислительного блока, вторым входом подключенного к выходу датчика ускорения, а первым выходом - к суммирующему входу четвертого блока сравнения, соединенного вычитающим входом с выходом первого 6J

О

Фиг. 2 СО

0

5

блока сравнения, а выходом - с управляющими входами первого и второго ключей, выход второго ключа подключен к второму суммирующему входу второго блока сравнения, о тли ч а ю щ а я-с я тем, что. с целью повышения точности системы, в ней уста- новлен задатчик остановочной скорости, подключенный выходом к информационному входу второго ключа и к третьем/входу вычислительного блока, четвертым входом соединенного с выходом блока задания перемещения, пятым входом - с выходом датчика «корости, а вторым выходом - с вычитающим входом первого блока сравнения.

остл