Самонастраивающаяся система управления

СООЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 4 19) 5 В 13 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВИ ТЕПЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПЮТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРУ 1277065, кл. С 05 В 13/00, 1986.(54) САМойАСтРАивАКЩАЯСЯ систкмА упРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматическому управлению и может бытьиспользовано для управления электроприводами промышленных роботов, металлорежущих станков и других промьппленных механизмов, у которых впроцессе 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 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 дина. мического 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 Све блок 21 деления. Цель изобретения достигается за счет введения блоков 5 и 21 и датчика 20. 1 ил. 1 ее 44 ьИзобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано для управления электро- приводами 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 рядатехнологических операций (шлифование, строгание, резание и др.) момент нагрузки изменяется пропорционально припуску на обработку где Е - коэффициент пропорциональсности Ь - величина припуска; Ч - скорость подачи. Аналогичным образом изменяется момент нагрузки, действующий на звенья исполнительных мехайизмов роботов и ряда других промышленныхустройств при изменении вязкости рабочей среды (например, при переходе исполнительного механизма из газообразной части рабочего пространства в жидкую)Мн = 18 Ыь (2) ,где к - коэффициент вязкого трения Втрабочей среды; Й - скорость движения исполнительного механизма.В этом случае динамика исполнительного механизма с абсолютно жесткими звеньями описывается следующей системой дифференциальных уравнений(3) где М - движущий момент, прикладываемый к входному звену (момент двигателя); 1 - приведенный момент инерции Едвигателя1 = 1 +9 ц 1 (4) 1 - скорость выходного вала исполнительного механизма (ИМ); оС - угол поворота выходноговала ИМ;ц,- кинематическое и динамичес кое передаточное отношениередуктора;1 ь - момент инерции двигателя;1 д - момент инерции нагрузки;Й10й. Р = -- оператор дифференцирования.Согласно (3) передаточная функцияИМ по скорости имеет вид-(и-(р)м (р) - кх,(к ц р+ 15 (5)Из (5) следует, что изменение припуска Ь приводит к пропорциональномуизменению приведенного момента инерции двигателя и коэффициента передачиИМ (1 с = 1 с Ь) и, следовательно, к изменению контурного коэффициента усиления системы (привода).Цель изобретения - повышение точности и быстродействия.На чертеже представлена функциональная схема самонастраивающейсясистемы управления.Самонастраивающаяся система управления содержит блок 1 задающего сигнала, первый сумматор 2, регулятор3, 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 блок12 деления, блок 13 вычисления динамического передаточного отношения,третий 14 и четвертый 15 сумматорыпервый интегратор 16, пятый сумматор 40 17, второй интегратор 18, задатчик19 момента, датчик 20 усилия, второйблок 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 сигналошибки, который через регулятор 3,блоки умножения 4 и 5 и усилитель6 мощности передается на электродвигатель 7, развивающий скорость 55 вращения, соответствующую задающему сигналу. Регулятор 3 настраивается таким образом, что при номинальном приведенном моменте инерции двигателя, номинальном потоке возбуж 1462242дения, 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 выходе 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 происходить 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 которого 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 стабилизации контурного коэффициента передачи всей системы в целомАналогичный процесс происходит при уменьшении задающего, сигнала. При изменении момента нагрузки(увеличении) скорость двигателя уменьшается, а ток - возрастает.При этомФпоявляется рассогласование между динамическим током двигателя и сигналомна выходе сумматора 11 (на входе блока 12 деления), поскольку величинасигнала на выходе интегратора 18 со ответствует прежнему (меньшему) значению момента нагрузки. В этом случае сигнал на выходе сумматора 15, аследовательно, и интегратора 16 начинает увеличиваться. Так как выход ной сигнал датчика 8 скорости уменьшается, то под действием появившегосяна выходе сумматора отрицательногорассогласования выходной сигнал интегратора 18 (его знак отрицателен) 20 начинает увеличиваться по абсолютнойвеличине до тех пор, пока не придетв соответствие с увеличившимся моментом нагрузки.При одновременном. изменении момен та нагрузки и момента инерциисогласованная работа и правильное взаимодействие контуров оценки момента инерции (блоки 11. 1415-17 и 19) и тока нагрузки (блоки 30 11, 12, 15-18) обеспечиваются соответствующим выбором их контурных коэфФициентов усиленИя.В статическом равновесном состоянии (ы, =Ы = О, ММ) силовой необ ратимый р едукт ор ис полнит ел ьн ог о механизма заклинивается. Это позволяетотключать исполнительный электрический двигатель от источника энергиив статических равновесных состояниях 40 и за счет этого существенно повыситьэнергетические характеристики системыв целом.При изменении динамического передаточного отношения редуктора вслед ствие смены режима его движения, чточаще всего происходит при реверсе,торможении или разгоне электрическогодвигателя, изменяется знак одной изпеременных системы: скорости (о) или 50 токадвигателя, При этом в блоке13 изменяется знак сигнала, пропорционального произведению моментаи скорости двигателя, Формируемогопо сигналам, поступающим на первый и 55 второй управляющие входы блока с выходов датчиков тока 9 и скорости 8.В результате в блоке 13 в функциизнака вновь сформированного сигналаустанавливается коэффициент передачи1462242 Самонастраивающаяся система управления, содержащая последователБно соединенные блок задающего сигнала, первый сумматор, регулятор,первый блок умножения, последователь"но соединенные усилитель мощности иэлектродвигатель, подключенный выходом к входу исполнительного механизма, а также через датчик скорости квторому входу первого сумматора ипервому управляющему входу блока вычисления динамического передаточногоотношения и через датчик тока к входувторого 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 второгосумматора соединен с входом делимогопервого блока деления подключенноговыходом к информационному входу блока вычисления динамического передаточного отношения и через последовательно соединенные четвертый сумматор, первый интегратор, пятый сумматор, второй интегратор - к второмувходу второго сумматора, выход первого интегратора соединен с входомделителя первого блока деления, второй вход и выход пятого сумматораподключены соответственно к выходудатчика скорости и к второму входучетвертого сумматора, о т л и ч а -ю щ а я с я тем что, с целью повышения точности и быстродействиясистемы, введены датчик усилия, второй блок деления и второй блок умножения, соединенный входом с выходомпервого блока умножения, а выходом -с входом усилителя мощности, выходисполнительного механизма через датчик усилия подключен к входу делимсговторого блока деления, соединенноговходом делителя с выходом датчикаскорости, а выходом - с вторым входомвторого блока умножения,по информационному входу, пропорциональный динамическому передаточному отношению 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 темы в целом.Как видно из (5), изменение вели.чины припуска эквивалентно изменению коэффициента усиления и момента инер:ции исполнительного механизма. Вли яниепеременного момента инерции на динамику системы компенсируется описанным выше контуром самонастройки с наблюдателем момента инерции наг:рузки. Влияние изменения припуска на 2 п коэффипиент усиления исполнительного механизма устраняется следующим образом.Рассмотрим случай, когда припуск :на обработку Ь, например, увеличи ;вается. В этом случае сигнал на вы,ходе датчика 20 усилия также увеличивается, а сигнал на выходе датчика 8 скорости вследствие наличия люфтов, упругих деформаций некоторое 30 время остается неизменньм. В результате увеличивается сигнал на выходе блока 21 деления в соответствии с изменив 1 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 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 делом в условиях изменения припуска на обработку детали.Аналогичный процесс происходит при уменьшении припуска Ь.50Таким образом, применение изобретея ния позволяет учесть влияние на ве пичину общего коэффициента усиления системы изменения п 1 ипуска на обработку, что позволяет повысить точность и быстродействие работы системы в целом. формула изобретения