Следящий электропривод с компенсацией люфта Советский патент 1982 года по МПК G05B11/01 

Изобретение относится к области следящего электропривода и преимущестбеино может быть использовано в машиностроении при создании точных механизмов и машин, например прецизионных станков, в том числе с числовым программным управлением, а также промышлейных роботов и манипуляторов. Одной из проблем в данной област я.вляется разработка следящих приводов, обеспечивающих высокую точност позиционирования, качественные переходные процессы при выходе на коо динату и стабильность рабочего органа машины В- координате при наличии люфта в механической передаче между электродвигателем и рабочим органом. Известна следящая система с кбмпеисацией упругих деформаций и люфта в редукторе, которая,содержит из мерительный блок, первый усилитель, редуктор, гидроцйлиндр с поворотной лопастью; исполнительный механизм, измеритель разность углов поворота входного и выходного валов редуктора, второй усилитель и электрогидравлический преобразователь 1. Известен также следящий электропривод с компенсацией люфта, который содержит задатчик, первый делитель частоты, первый фазовый дискриминатор, регулятор, силовой редуктор с люфтом, рабочийорган, датчик положения рабочего органа, датчик положения вала двигателя, первый импульсный формирователь, второй делитель частоты, второй импульсный формирователь, блок коммутации, второй фазовый дискриминатор, формирователь рачки импульсов, фазоимпульсный преобразователь и сумматор частот 2. . Однако данные устройства относительно сложны, у ниху кая област-ь применения (для первого - это следящая система на базе гидропривода, для второго - следящая система на . базе электропривода, с частотным управлением)/устройств, пониженнаяточность позиционирования из-за возможности возникновения ложного нуля еледжцей системы, повьшенная колебательность из-за того, что постоянно действущей, основной обратной связью является обратная свя по положению рабочего органа, охватывающая люфты силового редуктора. Известно устройство для дискретн коррекции следящего электропривода с люфтом, которое содержит последовательно соединенные датчик положения вала двигателя, второй элемент сравнения, первый ключ, усилительпреобразователь, электродвигатель, кинематическую цепь с люфтом, рабочий орган, датчик положения рабочег органа и первый элемент сравнения Г Однако у известного устройства понижена точность позиционирования, повышена колебательность следящего электропривода. Причина недостатков заключается в нерациональном построении функцио нальной схемы следящего электропривода и алгоритма ее работы в зоне люфта: во-первых, суммирование сигналов с выходов обоих элементов сра нения в конце отработки новой координаты ведет к появлению ложного нуля следящей системы, во вторых, постоянно действующей, основной обратной связью яапяется обратная свя по положению рабочего органа, охватывающая люфт кинематической цепи. Целью изобретения является повышение точности позиционирования и стабильности следящего электропривода. /1пя достижения этой цели в следя щий электропривод с компенсацией лю та, содержащей последовательно соед ненные первый элемент-сравнения, пе вый ключ, усилитель, двигатель с да чиком положения вала двигателя, кинематически связанные через редуктор с люфтом с рабочим органом, дат чик положения рабочего органа, а также второй элемент сравнения, вве дены последовательно соединенные первый нуль-орган, первый элемент НЕ, элемент И, элемент ИЛИ, триггер и второй ключ, а также последовательно соединенные второй нуль-орга и второй элемент НЕ, выходом подключенный ко второму входу элемента 9 4 И, второй вход триггера подключен к выходу второго нуль-органа, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения и вторым входом второго ключа, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого нульоргана, вход которого соединен с выходом nepiaoro элемента сравнения, вход которого соединен с датчиком положения рабочего органа, второй вход второго элемента сравнения соединен с выходом датчика положения вала двигателя, выход второго ключа соединен с выходом первого ключа, вход которого подключен к второму выходу триггера. Это позволяет реализовать новый рациональный алгоритм следящего электропривода, основанный на автоматических переключениях сигналов рассогласований с двух элементов сравнения в процессе позиционирования, в зависимости от положения вала двигателя и рабочего органа относительно координаты задания, и обеспечивающий, снижение скорости в зоне люфта и колебательности привода, ликвидацию ложного нуля системы и повышения за счет этого точности позиционирования, стабильность нахождения рабочего органа в координате.при возмущениях со стороны активной нагрузки и отработку новой координаты, находящейся внутри люфта. На чертеже приведена функциональная схема следящего электропривода с компенсацией люфта. Устройство содержит элементы 1 и 2 сравнения, вырабатывающие разности между сигналом задания и сигналами соответствую1чих обратных связей, ключ 3, усилитель, двигатель 5, приводящий в движение через редуктор 6 с люфтом, рабочий орган 7 датчик 8 положения рабочего органа, датчик 9 положения вала двигателя, нуль-органы 10 и 11, формирую1чие дискретные сигналы управления элементы . НЕ 12 и 13, элемент И И, элемент ИЛИ 15 и триггер 16, образующие логическую часть схемы., и ключ 17. Устройство работает следующим образом. .Исходное состояние привода: положение вала двигателя 5 и рабочего органа 7 соответствГует заданной координате. При задании новой координаты на выходах первого элемента .1 сравнения и второго элемента 2 сравнения одновременно появляются сигналы рассогласования определенной и одинаковой полярности, отличн от нуля; первый 10 и второй 11 нуль органы возвращаются в .свои исходные состояния, при этом дискретные сигналы с их выходов, пройдя соответственно элемент НЕ 12 и второй элемент НЕ 13, .одновременно поступают на импульсные входы элемента ИИ, сигнал совпадения с выхода которого через элемент ИЛИ 15 попадает на первый импульсный вход триггера 16, переключая его. Потенциальные сигналы с парафазных выходов триггера воздействуют на управляющие входы , ключей, первый ключ 3 открывается, второй ключ 17 закрывается. Сигнал рассогласования с выхода второго элемента 2 сравнения, пройдя первый ключ 3 и усилитель k, управляет двигателем 5, который приходит во вращение в сторону уменьшения рассогла сования, сначала вызывает люфт в редукторе 6, а затем приводит в движение рабочий орган 7. На этом этапе отработки датчиком обратной связи является датчик 9 положения вала двигателя. При подходе к новой координате двигатель 5 снижает скорость, затем, когда сигнал рассогласования со второго элемента 2 сравнения становится равным нулю, срабатывает второй нуль-орган 11, дискретный сигнал с его выхода посту пает на второй импульсный вход триi- Тера 16 и переключает его в противоположное состояние, первый ключ 3 закрывается, второй ключ 17 открывается, пропуская на усилитель сигна рассогласования с первого элемента 1 сравнения, который еще не равен нулю, так как положение.рабочего органа 7 которое контролируется датчи ком 8 положения рабочего органа, отстает от положения вала двигателя на величину, равную половине люфта. Двигатель ij продолжает вращаться в ту же сторону, otpaбaтывaя рассогласование рабочего органа 7. Когда сигнал с выхода первого элемента 1 сравнения станет равным нулю, срабатывает первый нуль-орган 1, который через элемент ИЛИ 15 а третий раз переключает триггер 1б, а следовательно и ключи, В результате раНочий орган 7 оказывается в координате, а привод реверсируется и также выходит на координату по датчику 9 положения вала двигателя, оказываясь в середине люфта, происходит четвертое переключение триггера 1б, и вся схема возвращается в исходное состояние с контролем положения ра- , бочего органа в координате по датчику 8 положения рабочего органа.На этом , цикл позиционирования заканчивается. Преимущества предложенного устройства заключаются в повышении точности позиционирования и увеличении стабильности следящего электропривода, а также упрощении устройства, и расширении области его применения. Формула изобретения Следящий электропривод с компенсацией люфта, содержащий последовательно соединенные первый элемент сравнения, первый ключ, усилитель, двигатель с датчиком положения вала двигателя, кинематически связанные через редуктор с люфтом с рабочим органом, датчик положения рабочего органа, а также второй элемент сравнения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования и стабильности привода, в него введены последовательно соединенные первый нуль-орган, первый элемент НЕ, элемент И, элемент ИЛИ, триггер и второй ключ, а также последовательно соединенные второй нульорган и второй элемент НЕ, выходом подключенный к второму входу элемента И, второй вход триггера подключен к выходу второго нуль-органа, вход., которого соединен с выходом второго элемента сравнения и вторым входом второго ключа, второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом первого-нульоргана, вход которого соединен с .выходом первого элемента сравнения, вход которого соединен с датчиком положения рабочего органа, второй вход второго элемента сравнения соединен с выходом датчика положения вала двигателя, выход второго ключа соедийен с выходом первого ключа, вход которого подключен к второ 4У выходу триггера.. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №376753, кл. G 05 В 11/32, 19б9. 2.Авторское свидетельство СССР № 535550, кл. G 05 В 11/01, 197. 3.Авторское свидетельство СССР № 180232, кл. Н 02 Р 5/52, 196 (прототип).