Позиционный электропривод

Позиционный электропривод

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ПОЗИЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель, сочлененный с подвижной платформой,, якор ная обмотка которого соединена с преобразователем, последовательно связанные задатчик положения, сумма тор, интегратор, усилитель и пьезоэлемент , сочлененный свободным концом с исполнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, интерферометричес кий датчик положения исполнительного органа, соединенный своим выходом с вторым входом сумматора, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической точности позиционирования, в него дополнительно введены дифференцирующее и нелинейное звено типа Зона нечувствительности, причем выход i усилителя через нелинейное звено соединен с входом преобразователя, (Л а выход интерферометрического датчика положения исполнительного органа через дифференцирующее звено соединен с входом усилителя.

COI03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(50 Н 02 P 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ ..

К АВТОРСКОМ .Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3501313/24-07 (222 18 ° 10 ° 82 (46) 30.12.83. Вюл. М 48 (72) В.Л.Кацевич, A.A.Никольский и В.Р.Филиппов (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.316.718.5(088.8) (56) 1. Патент США М 4221995, кл. 318-616, 1980 °

2. устройства и элементы систем автоматического регулирования и управления.- В кн. 1: Измерительные устройства, преобразующие элементы и устройства. Под ред. Солодовникова B.В. М., "Машиностроение", 1973, с. 410-413, рис. Х1-20. (54)(57) ПОЗИЦИОННЫИ ЭЛЕКТРОПРИВОД содержащий электродвигатель, сочлененный с подвижной платформой,. якор ная обмотка которого соединена с

„„SU„„1064409 А преобразователйм, последовательно связанные задатчик положения, сумма тор, интегратор, усилитель и пьезоэлемент, сочлененный свободным кон- цом с исполнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, интерферометричес" кий датчик положения исполнительного органа, соединенный своим выходом с вторым входом сумматора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения динамической точности позиционирования, в него дополнительно введены дифференцирующее эве но и нелинейное звено типа "Зона нечувствительности", причем выход усилителя через нелинейное звено соединен с входом преобразователя, а выход интерферометрического дат" чика положения исполнительного органа через.дифференцирующее звено соединен с входом усилителя.

1064409

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано н системах автоматического регулирования положения различных исполнительных механизмов, применяемых, например, в производстве интегральных микросхем, волоконно-оптических издел й, в установках по выращиванию кристаллов, вытягиванию изделий из расплавов и т.д.

Известен электропривод позиционирования, содержаций последователь но соединенные задатчик положения, сумматор, регулятор и двигатель, приводящий в движение по линейным направляющим платформу с установленным на ней исполнительным органом,, положение которого в пространстве контролируетсяz лазерным интерферометром, Для устранения влияния тре-, ния на точность позиционирования используется воздушный подшипник, создаваемый за счет подачи сжатого воздуха между полозьями и направляюцими С13.

Однако быстродействие данного привода, а следовательно, и его динамическая точность невелики, так как масса подвижной платформы, динамическое сопротивление которой приходится преодолевать двигателю, велика. Применение воздушного подшипника выдвигает повышенные требования к качеству изготовления направляюцих и r ëâèæíoé части, необхо., дима также система воздухоснабжения и регулирования давления в воздушной подушке.

Наиболее близким к предлагаемому является позиционный электропривод, содержащий электродвигатель, сочлененнЫй с подвижной платформой, якорная обмотка которого соединена с пре-i образователем, последовательно связ анные з адатчи к положения, сумматор, интегратор, усилитель и пьезоэлемент, сочлененный свободным концом с исI полнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, интерферометрический датчик положения исполнительного органа соединен своим выходом с вторым вхо. дом сумматора (2 $.

Недостатком известного электропривода являешься наличие двух датчиков положения, каждый из которых должен иметь одинаковую и высокую точность, по крайней мере вдвое превышаюцую точность позиционирова ния н системе. Пьезоэлемент, жестко закрепленный одним концом на мас( сивной платформе, обладает резко выраженными колебательными свойствами со слабым внутренним демпфиронанием колебаний, Его передаточная функция пэ 2

1+ Т„Р+Т Р

В этом выражении Т1 мало ПТ1 (с Т)

5 С учето обратной связи по положению исполнительного органа передаточная функция замкнутого контура регули3

Ф рования положения g+T p+T T p2+Т2т рз и и 2 и

10 . Б этом выражении Т вЂ” поси тоянная времени интегратора. Система описываемая передаточной функцией .Фэ, устойчива только при выполнении условия Ти > Т /Т„. Поскольку Т мало, последнее условие выполняется только при больших значениях Т и

Для исключения автоколебаний пьезоэлемента в указанной системе необходимо применять интегратор с боль20 шой постоянной времени, что приводит к неоправданному затягиванию переходных процессов во времени.

Таким образом, динамические возможности пьезоэлемента в укаэанной

25 системе недоиспользуются. кроме того, перемещение платформы может начинаться тогда, когда такое перемещение можно избежать, т.е. тогда, когда пьезоэлемент способен один

30 скомпенсировать ошибку,что также приводит к снижению точности позиционирования в среднем.

Наконец переменное усилие нагрузки, приложенное к исполнительному

35 органу, способно вызвать в описанной системе такие деформации пьезоэлемента, которые не могут быть скомпенсированы в контуре точного позиционирования вследствие, например, естественного насыщения усилителя. Возникаю. цая при этом погрешность, как бы ве лика она не была, не будет отработана двигателем перемещения платформы.

Цель изобретения — повышение динамической точности позиционирования.

Поставленная цель достигается тем, что в позиционный электропривод, содержащий электродвигатель; сочлененный с подвижной платформой, якорная обмотка которого соединена с преобразователем, последователь". но связанные задатчик положения, сумматор, интегратор, усилитель и пьезоэлемент, сочлененный снободным концом с исполнительным органом, а другим концом закрепленный на подвижной платформе, интерферометрический датчик положения исполнительного органа, соединенный своим выходом с вторым входом сумматора, дополнительно введены дифференцирующее звено и нелинейное звено типа

"Зона нечувствительности", причем выход усилителя через нелинейное звено соединен с входом преобразона.

1064409 теля, а выход интерферометрического датчика положения исполнительного органа через дифференцируюцее звено. соединен с входом усилителя °

На чертеже представлена схема привода.

Позиционный электропривод содербкит электродвигатель 1,(двигатель), сочлененный с платформой 2, якорная обмотка которого подключена к преобразователю 3, последовательно связанные задатчик 4 положения, сумматор 5, интегратор б, усилитель 7 и пьезоэлемент 8, сочлененный свободным концом с исполнительным органом

9, а другим концом закрепленный на, подвижной платформе 2, интерферометрический датчик 10 положения, исполнительного органа 9, соединенный своим выходом с вторым входом сумматора 5. Кроме того, электропривод содержит дифференцирующее звено 11 и нелинейное звено 12 типа "Зона нечувствительности", причем выход усилителя 7 через нелинейное звено 12 соединен с входом преобразователя

3, а выход интерферометрического датчика 10 положения через дифференцирующее звено 11 соедини с входом усилителя 7. Вместо нелинейного звена типа "Зона нечувствительности" можно использовать трехпозиционное релейное звено.

Электропривод работает следующим образом.

Задающий сигнал от задатчика 4 положения поступает на вход сумматора 5, гле алгебраически суммируется с имеющим обратный знак сигналом обратной связи по положению, поступающим от интерферометрического датчика 10 положения. Сигнал рассогласования с выхода сумматора 5 интегрируется интегратором 6. Интеграл ошибки с выхода интегратора б поступает на первый вход усилителя 7, выходное напряжение которого управляет положением пьезоэлемента 8. Пьезоэлемент деформируется и перемещает исполнительный орган 9 на расстояние, пропорциональное изменению напряжения на выходе усилителя 7, Одновременно напряжение с выхода усилителя 7 через нелинейное звено 12, имеющее характеристику типа "Зона нечувствительности" или трехпозиционного релейного звена, поступает на преобразователь 3, выходное напряжение которого управляет двигате- ° лем 1, предназначенным для перемещения платформы 2 вместе с установленным йа ней пьезоэлементом 8, Таким образом, если напряжение, приложенное к пьезоэлементу 8, меньше зоны нечувствительйости нелинейного звена 12, то включение двигателя 1 перемещения платформы 2 не происходит. В противном случае, на выходе

Применение предлагаемого электро. привода позволяет выполнять прецизионное позиционирование в условиях вибрации технологического оборудования и при действии возмуцений, имеющих высокочастотный (до несколь.ко сотен Гц )спектр.Электропривод может также найти применение в системах точного регулирования очень

55 низких скоростей. нелинейного звена 12 появляется сигнал, поступающий на вход преобра-. зователя 3, управляюцего двигателем ,1 перемещения платформы 2. Платформа 2 перемещается вместе с установ5 ленным на ней пьезоэлементом 8 и I исполнительным органом 9. При этом напряжение на выходе усилителя 7 уменьшается и входит в зону нечувствительности нелинейного звена 12, 10 после чего происходит отключение двигателя 1. При использовании нелинейного звена с характеристикой трехпозиционного релейного звена, управление двигателем 1 через усили15 литель 7 осуществляется по релейному принципу, что позволяет применять наиболее простые и надежные двигатели, например, асинхронные с короткозамкнутым ротором.

20 Сигнал по положению рабочего органа с выхода интерферометрического датчика 10 положения поступает через дифференцирующее звено 11 на второй вход усилителя 7, При этом на выхо25 де дифференцируюцего звена 11 форми- руется корректирующий сигнал по скорости перемещения исполнительного органа 9. Соответствующим выбором коэффициентов усиления дифференци рующего звена 11, интегратора б и коэффициентов усиления по входам сумматора 5 и усилителя 7 можно получить любую из известных оптимальных настроек. При наличии дифференцирующего звена 11 напряжение на выходе усилителя 7 пропорционально деформации пьезоэлемента 8 с упреждением во времени, а сигнал на выходе интегратора б пропорционален деформации пьезоэлемента 8 с задержкой во времени. Управление двигателя 1 от выходного сигнала усилителя

7 отвечает требованию повышения быстродействия привода перемещения платформы 2. Наличие упреждающего

45 дифференцирующего звена 11 повышает склонность системы к автоколебаниям, которые могут возникать в виде частых периодических включений и отключений двигателя 1 перемецения плат-

5р Формы 2 при отсутствии нелинейного звена 12. Введение нелинейного звена 12 исключает возможность возникновения таких автоколебаний и павы шает динамическую точность системы