Самонастраивающаяся система управления

Самонастраивающаяся система управления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления электроприводами промьпЕленных роботов, металлбрёжупщх станков и других промьшшенных механизмов, у которых в процессе работы контурный коэффициент: усиления изменяется вследствие изменения приведенного момента инерции динамического передаточного отношения редуктора, регулирования потока возбуждения и изменения момента нагрузки в функции скорости. Цель изобретения повышение точности и быстродействия. Самонастраивающаяся система управления содержит блок 1 задающего сигнала , первый сумматор 2, регулятор 3, первый 4 и второй 5 блоки умножения , усилитель 6 мощности, электродвигатель 7, датчик 8 скорости, датчик 9 тока, исполнительный механизм 10, второй сумматор 11, первьй блок 12 деления, блок 13 вьиисления динамического передаточного отношения, третий 14 и четвертый 15 сумматоры, первый интегратор 16, пятый сумматор IjJ, второй интегратор 18, задатчик /19 MOMeHTaj датчик 20 усилия и второй блок 21 деления. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 5 и 21 и датчика 20. 1 ил, е (Л | 05 tsO to ji

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

G 05 В 13/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П НТ СССР (21) 4313650/24-24 (22) 06. 10. 87 (46) 28. 02. 89. Бюл. Р 8 (71) Владимирский политехнический институт и Научно-исследовательский институт технологии автомобильной промьппленности (72) В.Л. Афонин, Л.Я. Глейзер, И.Н. Егоров, А.А. Назаров и Н.Г. Рассказчиков (53) 62«50 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1277065, кл. G 05 В 13/00, 1986. (54) САИОНАСтРАИВАКщАЯСЯ СИСтКМА упРАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления электроприводами промышленных роботов, металлорежущих станков и других промьппленных механизмов, у которых в процессе работы контурный коэффициент усиления изменяется вследствие изме„.SU„„1462242 А1 нения приведенного момента инерции динамического передаточного отношения редуктора, регулирования потока возбуждения и изменения момента нагрузки в функции скорости. Цель изобретенияповышение точности и быстродействия.

Самонастраивающаяся система управления содержит блок 1 задающего сигнала, первый сумматор 2, регулятор

3, первый 4 и второй 5 блоки умножения, усилитель 6 мощности, электродвигатель 7, датчик 8 скорости, датчик 9 тока, исполнительный механизм

10, второй сумматор 11, первый блок

12 деления, блок 13 вычисления динамического передаточного отношения, третий 14 и четвертый 15 сумматоры, первый интегратор 16, пятый сумматор

17, второй интегратор 18 задатчик

<19 момента датчик 20 усилия и второй блок 21 деления. Цель изобретения достигается за счет введения блоков

5 и 21 и датчика 20. 1 ил.

1462242

И„= k,h Ч, .где k — коэффициент пропорциональс ности

h — величина припуска;

Ч вЂ” скорость подачи.

Аналогичным образом изменяется момент нагрузки, действующий на звенья исполнительных мехайизмов роботов и ряда других промышленных устройств при изменении вязкости рабочей среды (например, при переходе исполнительного механизма из газообразной части рабочего пространства в жидкую) 1н = в, ь (2) ,где k - коэффициент вязкого трения ф рабочей среды;

Й. - скорость движения исполнительнorо механизма.

В этом случае динамика исполнительного механизма с абсолютно жесткими звеньями описывается следующей системой дифференциальных уравнений

М = т I + k,h, оЕ- = 0РЫ., (3) где И - движущий момент, прикладываемый к входному звену (момент двигат еля);

I — приведенный момент инерции

K двигателя

I =I +gu I l (4)

1 о — скорость выходного вала исполнительного механизма (ИМ);

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления электроприводами промышленных роботов„ металлорежущих станков и других промышленных механизмов, у которых в процессе работы контурный коэффициент усиления изменяется вследствие изменения приведенного момента инерции, динамического передаточного отношения редуктора, регулирования потока возбуждения двигателя и изменения момента нагрузки в функции скорости.

Известно, что при выполнении ряда технологических операций (шлифование, строгание, резание и др.) момент нагрузки изменяется пропорционально припуску на обработку оС вЂ” угол поворота выходного вала ИМ;

u, — кинематическое и динамичес5 кое передаточное отношение редуктора;

Х вЂ” момент инерции двигателя;

I д — момент инерции нагрузки;

Й

10 d7. . P = — - — оператор дифференцирования.

Согласно (3) пер едаточная функция

ИИ по скорости имеет вид

-<

W (p) - a(p)M (р) = k(I (k h) p+1)

15 (5)

Из (5) следует1 что изменение припуска h приводит к пропорциональному изменению приведенного момента инерции двигателя и коэффициента передачи

HN (k = k h) и, следовательно, к изменению контурного коэффициента усиления системы (привода).

Цель изобретения - повышение точ». ности и быстродействия.

-На чертеже представлена функциональная схема самонастраивающейся системы управления.

Самонастраивающаяся система управления содержит блок 1 задающего сигнала, первый сумматор 2, регулятор

3, первый 4 и второй 5 блоки умноже--. ния, усилитель 6 мощности, электродвигатель 7, датчик 8 скорости, датчик 9 тока, исполнительный механизм

35 10, второй сумматор 11, первый блок

12 деления, блок 13 вычисления динамического передаточного отношения, третий 14 и четвертый 15 сумматоры первый интегратор 16, пятый сумматор

40 17, второй интегратор 18, задатчик

19 момента, датчик 20 усилия, второй блок 21 деления.

Самонастраивающаяся система управления работает следующим образом. о

45 Блок 1 вырабатывает задающий сигнал, который в сумматоре 2 сравнивается с сигналом отрицательной обратной связи по скорости, формирующимся с помощью датчика 8 скорости, В сумматоре 2 вырабатывается сигнал ошибки, который через регулятор 3, блоки умножения 4 и 5 и усилитель

6 мощности передается на электродвигатель 7, развивающий скорость

$5 вращения, соответствующую задающему сигналу. Регулятор 3 настраивается таким образом, что при номинальном приведенном моменте инерции двигателя, номинальном потоке возбуж1462242 дения, номинальном припуске на обработку и тяговом режиме работы сило вого редуктора исполнительного механизма динамические свойства системы (быстродействие и динамические ошибки но управлению и возмущению) удовлетворяют техническим требованиям и считаются оптимальными.

Предположим, что момент. нагрузки . на выходном валу постоянен, а коэффициент передачи двигателя уменьшается вследствие увеличения момента инерции нагрузки. Будем считать; что силовой редуктор работает в тяговом режиме. В этом случае во,время переходного процесса, например, по управлению (сигнал задания увеличивается) выходной сигнал датчика 9 тока, проходя через блоки 11, 12, 15 "и 16, вызывает изменение сигнала на выходе интегратора 16, который вычитается в сумматоре 17 из сигнала датчика

8 скорости. Разностный сигнал с выхода сумматора 17 поступает на второй вход сумматора 15, где складывается с сигналом, поступающим с блока 12 . деления. В результате сигнал на выхо« де сумматора 15 уменьшается. Вследствие этого увеличивается выходной сигнал блока 12 деления, пропорциональный частному от деления выходного сигнала сумматора 11 на выходной сигнал сумматора 15. Так будет про исходить до тех пор, пока сигнал на выходе сумматора 15 не станет равным ускорению выходного вала редуктора, а сигнал на выходе блока.деления 12 — моменту инерции нагрузки.

Далее этот сигнал через блок 13 поступает на вход третьего сумматора

14, на второй вход которorо подается сигнал пропорциональный моменту инерции двигателя с выхода задатчика 19. На выходе сумматора 14 формируется сигнал, пропорциональный суммарному моменту инерции, приведенному к валу двигателя. Этот сигнал в блоке 4 умножается на сигнал, поступающий с выхода регулятора 3. В .результате получаем эффект увеличения общего коэффициента передачи регулятора 3 и блока 4 на величину, пропорциональную уменьшению коэффициента передачи двигателя, и стабилизаттии контурного коэффициента передачи всей системы в целом °

Аналогичный процесс происходит при уменьшении задающего. сигнала.

При изменении момента нагрузки (увеличении) скорость двигателя уменьшается, а ток — возрастает.При этом

Ю появляется рассогласование между динамическим током двигателя и сигналом на выходе сумматора 11 (на входе блока 12 деления), поскольку величина сигнала на выходе интегратора 18 со10 ответствует прежнему (меньшему) значению момента нагрузки. В этом случае сигнал на выходе сумматора 15, а следовательно, и интегратора 16 начинает увеличиваться. Так как выход15 ной сигнал датчика 8 скорости уменьшается, то под действием появившегося на выходе сумматора отрицательного рассогласования выходной сигнал интегратора 18 (его знак отрицателен)

20 начинает увеличиваться по абсолютной величине до тех пор, пока не придет в соответствие с увеличившимся моментом нагрузки.

При одновременном. изменении момен25 та нагрузки и момента инерции согласованная работа и правильное взаимодействие контуров оценки момента инерции (блоки 1114

15-17 и 19) и тока нагрузки (блоки

30 11, 12, 15-18) обеспечиваются соответствующим выбором их контурных коэффициентов усиленИя.

В статическом равновесном состоянии (о4 = Ы.= О, M M„) силовой необ35 ратимый редуктop исполнительнorо механизма заклинивается. Это позволяет отключать исполнительный электрический двигатель от источника энергии в статических равновесных состояниях

40 и sa счет этого существенно повысить энергетические характеристики системы в целом.

При изменении динамического передаточного отношения редуктора вслед45 ствие смены режима его движения, что чаще всего происходит при реверсе, торможении или разгоне электрического двигателя, изменяется знак одной из переменных системы. скорости (<) или

5р тока (I ) двигателя. При этом в блоке

13 изменяется знак сигнала, пропорционального произведению момента и скорости двигателя, Формируемого по сигналам, поступающим на первый и

55 второй управляющие входы блока с выходов датчиков тока 9 и скорости 8.

В результате в блоке 13 в функции знака вновь сформированного сигнала устанавливается коэффициент передачи

1462242

Самонастраивающаяся система управления, содержащая последовательно соединенные блок задающего сигнала, первый сумматор, регулятор, первый блок умножения, последовательно соединенные усилитель мощности и электродвигатель, подключенный выходом к входу исполнительного механизма, а также через датчик скорости к второму входу первого сумматора и первому управляюшему входу блока вычисления динамического передаточного отношения и через датчик тока к входу второго сумматора и второму управляющему входу блока вычисления динамического передаточного отношения, выход которого соединен с входом третьего сумматора,. подключенного вторым входом к выходу задатчика момента, а выходом — к второму входу первого блока умножения, выход второго сумматора соединен с входом делимого первого блока деления„ подключенного выходом к информационному входу"бло-. ка вычисления динамического передаточного отношения и через последовательно соединенные четвертый сумматор, первый интегратор, пятый сумматор, второй интегратор — к второму входу второго сумматора, выход первого интегратора соединен с входом делителя первого блока деления, второй вход и выход пятого сумматора подключены соответственно к выходу датчика скорости и к второму входу четвертого сумматора, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности и „быстродействия системы, введены датчик усилия, второй блок деления и второй блок умножения, соединенный входом с выходом первого блока умножения, а выходомс входом усилителя мощности, выход исполнительного механизма через датчик усилия подключен к входу делимсго второго блока деления, соединенного входом делителя с выходом датчика скорости, а выходом — с вторым входом второго блока умножения. по информационному входу, пропорциональный динамическому передаточному отвошению силового редуктора системы в соответствующем режиме движения, что позволяет учесть нелинейные свойства редуктора при оценке суммарного приведенного момента инерции, а следовательно, повысить точность работы устройства идентификации и всей сис- 10 темы в целом.

Как видно из (S), изменение вели. чины припуска эквивалентно изменению коэффициента усиления и момента инер:ции исполнительного механизма. Вли- 15 яние переменного момента инерции на динамику системы компенсируется описанным выше контуром самонастройки с наблюдателем момента инерции наг:рузки. Влияние изменения припуска на 20 коэффипиент усиления исполнительного механизма устраняется следующим об разом.

Рассмотрим случай, когда припуск

:на обработку h например, увеличи- 25

; вается. В этом случае сигнал на вы, ходе датчика 20 усилия также увели чивается, а сигнал на выходе датчи:ка 8 скорости вследствие наличия

:люфтов, упругих деформаций некоторое З0 время остается неизменньм. В результате увеличивается сигнал на выходе блока 21 деления в соответствии с изменив пимися сигналами на его входах, поступающими с выходов датчика скорости 8 и усилия 20. Выходной сигнал блока 21 деления умножается в блоке

5 на выходной сигнал блока 4 умножения. В результате будет наблюдаться эффект увеличения общего коэффициен- 40 та усиления регулятора 3, блока 4 и 5 умножения на величину, пропорциональную изменению усилия резания, и в соответствии с (1) стабилизации контурного коэффициента передачи всей 45 системы в целом в условиях изменения припуска на обработку детали.

Аналогичный процесс происходит при уменьшении припуска h.

Таким образом, применение изобретея ния позволяет учесть влияние на ве пичину общего коэффициента усиления истемы изменения припуска на обработку, что позволяет повысить точность и быстродействие работы системы в целом. формулаизобретения