Электропневматический следящий привод

.1 Щ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР(71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина(57) Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов. Целью изобретения является повышение устойчивости и расширение функциональных возможностей. При единичном ступенчатом изменении напряжения 13 на электродах происходит перебрасывание мембраны 2 к соплу 5 и перемещение мембранного блока в нижнее положение. Сопло 12 закрывается, а сопло 13 открывается, и на выходе камеры 14,ЯО 1601418 давление Ризменяется скачкообразно до наибольшего значения. В случае подачи плавно изменяющегося управляющего аналогового электрического сигнала 11 р на вход устройства 17 на выходе компаратора 19 формируется сигнал прямоугольной формы импульсов и происходит изменение скважности пропорционально изменению сигнала рассогласования Л 11. Усилитель 21 переходит в импульсный режим. Частота колебаний мембраны 2 равна несущей частоте импульсов. Время нахождения мембранного блока в крайних положениях определяется скважностью импульсов или сигналом 1), . Шток 27 совершает движение вверх со скоростью, определяемой частотой и скважностью импульсов расхода и давления Р . Любое изменение задающего непрерывного управляющего сигнала приводит к изменению положения мембранного блока и, следовательно, к прямо пропорциональному изменению давления и расхода на выходе усилителя. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к пневмоавтоматике и может быть использовано в системах управления промышленных роботов и манипуляторов,Цель изобретения - повышение устойчивости и расширение функциональных возможностей,На фиг. 1 изображена схема электро- пневматического следящего привода; на фиг. 2 - осциллограмма переходного процесса изменения выходного пневматического сигнала Р и перемещения х мембранного блока при ступенчатом изменении напряжения 11 на электродах; на фиг. 3 - осциллограмма изменения выходного пневматического сигнала Рщ,и перемещения х мембранного блока при колебательном изменении напряжения 11 на электродах с постоянной амплитудой, несущей частотой и скважностью; на фиг. 4 - осциллограмма изменения выходного пневматического сигнала Р,и перемещения х мембранного блока при колебательном изменении напряжения 1) на электродах с изменяющейся скважностью.Электропневматический следящий привод содержит корпус 1 и параллельно установленные первую мембрану 2 с жестким центром 3, неподвижную перегородку 4. с размещенным на ней управляющим соплом 5, выполненным из диэлектрического материала и подключенным входом через дроссель 6 к источнику давления (не изображен), вторую и третью мембраны 7 и 8 с жесткими центрами 9 и 10, соединенными между собой штоком 11, и противоположно направленные сопла 12 и 13 для взаимодействия с мембранами 7 и 8. Сопло 13 подключено к источнику давления, а сопло 12 - к атмосфере, сопла 12 и 13 установлены с образованием рабочей камеры 14, соединенной с исполнительным пневмодвигателем 15.В корпусе 1 размещен емкостный датчик обратной связи, одна обкладка которого выполнена заодно с жестким центром 10 мембраны 8, а другая обкладка 16 установлена параллельно ей в корпусе 1. Система управления усилителя включает сравнивающее устройство 17, которое соединено входами с задатчиком аналогового сигнала (не изображен) и через преобразователь 18 сигнала емкостного датчика в аналоговое напряжение - с емкостным датчиком, а выходом - с одним из входов комп аратора 19, другой вход которого подключен к генератору 20 симметричных треугольных импульсов, а выход через ключевой усилитель 21 и электроды (не изображены) к мембране 2 и перегородке 4.Между мембраной 2 и перегородкой 4 образована камера 22, между перегородкой 4 и мембраной 7 - управляющая камера 23, между мембраной 7 и соплом 12 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 камера 24, между соплом 13 и мембраной 8 - камера 25, между мембраной 8 и обкладкой 16 - камера 26. Мембраны 7 и 8 образуют со штоком 11 мембранный блок. Пневмодвигатель 15 имеет шток 27 и поршень 28.Электропневматический привод работает следующим образом,При поступлении электрического аналогового управляющего сигнала - напряжения Бр, на один из входов компаратора 19 от генератора 20 поступает сигнал в виде импульсов напряжения симметричной треугольной формы с постоянной несущей частотой, задаваемой генератором. Одновременно на другой вход компаратора 19 с выхода сравнивающего устройства 17 поступает непрерывный сигнал в виде напряжения М 3, равный разности аналогового управляющего напряжения 1.)и непрерывного сигнала - напряжения 1.) обратной связи. Сигнал обратной связи Упоступает с преобразователя 18, который подключен к обкладкам датчика перемещения. Так как управляющее напряжение равно нулю, на компаратор 19 поступает только напряжение (-1.1 ) обратной связи, причем наименьшее по величине, потому что расстояние между обкладками наибольшее, что соответствует наименьшей емкости датчика положения. Для этого случая с компаратора 19 в результате сравнения в нем двух сигналов напряжений, поступающих с генератора 20 и устройства 17, на ключевой усилитель 21 поступает сигнал с наименьшей (нулевой) скважностью импульсов напряжения Б, соответствующей постоянному выключению усилителя 21. Поэтому на мембрану 2 и перегородку 4 напряжение также не поступает и мембрана 2 с жестким центром 3 под действием силы упругости и силы реакции, вытекающей из сопла 5 струи воздуха, находится на наибольшем удалении от перегородки 4. Газодинамическое сопротивление переменного дросселя мембрана 2 - сопло 5 минимально и давление в камере 7 управления является также наименьшим. Подвижной мембранный блок, состоящий из соединенных штоком 11 мембран 7 и 8 под действием перепада давления на нем находится в крайнем верхнем положении. В таком положении мембранного блока сопло 12 открыто, а сопло 13 полностью закрыто, Камера 14 с каналом выходного давления Р соединена с камерой 24, подключенной к атмосфере и отсоединена от камеры 25 с давлением питания Р. В результате, на выходе камеры 14 имеется наименьшее значение давления, равное атмосферному, что приводит к перемещению штока 27 пневмодвигателя 15 в крайнее нижнее положение под действием, оказываемым на поршень 28 постоянным давлением подпора Р. При единичном ступен 160141810 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чатом изменении напряжения 1)в на электродах происходит перебрасывание мембраны 2 к соплу 5 .и перемещение х мембранного блока в нижнее положение. Тогда сопло 12 закрывается, а сопло 13 открывается, Камера 14 соединяется с камерой 25 и отсоединяется от камеры 24. В результате, на выходе камеры 14 давление Р также изменяется скачком до своего наибольшего значения (фиг. 2). При скачкообразном снятии напряжения 11 с электродов происходит скачкообразное перемещение х мембраного блока обратно в верх- ее голожение и уменьшение выходного сигала Р- (фиг, 2).При постуленин плавно изменяющегося 1 ра;люощего аналогового электрического сигналар на вход сравнивающего устройства 17, сигнал рассогласования Л 1.) на его выходе изменяется в сторону увеличения, так как и сигнал 11 оложителен. При сравнении данного сигнала Л 1 с импульсным сигналом генератора 20 в компараторе 19 на его выходе формируется сигнал Ьпрямоугольной формы импульв и происходит изменение скважости: ти импульсов напряжения прямо ропорционально изменению сигнала ЛУ в сторону увеличения. Ключевой усилитель 21 начинает работать в импульсном режиме, е изменяя по форме, а только усиливая постуах ций на его вход данный импульсный сигнал 1 рямоугольной формы до величины 11 Под действием пондеромоторной кулоовской силы, действующей на электроды в сильном переменном электрическом поле, возникаОщем между ними, мембрана 2 с ркестким центром 3 начинает совершать колебатепьные движения, притягиваясь к перегородке 4 и перекрывая периодически сопло 5. Частота колебаний мембраны 2 равна несу 1 це й;астое и мульсов высокого на пряжения, Оступаюцих на нее (фиг. 3). Время перемещеи мембраны 2 из одного своего крайнего положения в другое значительно меньше времени выстоя в каждом из крайих ю.южений у сопла 5 и верхней стеки корпуса . Соотношение времени выстоя мемораны 2 у сопла 5 и у верхеи;теки корпусаопределяется скважностыо импульсовапряжения, поступающих нг электроды. Скважность импульсов аряжения прямо пропорциональна сигналу управления 1 р . В соответствии с этим мембраный блок, состоящий из жестко связанных штоком 11 мембран 7 и 8 пере- .5 С 1 ае. ся также в колебательном движеи от пора до уора, т. е. между соп 12 1: 3. Вре.,я 1 ахождения мембран 0 з 1 п 1 а в краиих положениях также Оед.:ляется скважностыо импульсов или с.;гналом ;ра 1;лсния 1)р . Поэтому в течеод.Ол ас"и периода расход воздуха дросселируется и одается через камеру 14 в ;1;евмодвгатель 15, а в течение другой части периода не подается и сбрасывается в атмосферу через камеру 24. Шток 27 с поршнем 28 начинает свое движение вверх со скоростью, определяемой частотой и скважностью импульсов расхода и давления РвыЯвляясь интегрирующим звеном, пневмодвигатель 15 в силу своей инерционности осуществляет перемещение штока 27 с поршнем 28 относительно плавно, отрабатывая усредненные значения импульсных величин давления и расхода сжатого воздуха, подаваемого из камеры 14.С постепенным увеличением несущей частоты генератора 20 время нахождения мембранного блока в своих крайних положениях уменьшается до такой степени, пока мембранный блок только касается сопел 12 и 13. Диаграмма его движения преобразуется из прямоугольной в треугольную форму. При дальнейшем увеличении несущей частоты величина колебательного перемещения мембранного блока становится еще меньше и он перестает касаться сопел 12 и 13. Его движение приобретает дрожащий или осциллирующий характер с малой амплитудой и мембранный блок так же, как и пневмодвигатель 15, приобретает свойства интегрирующего звена. Перейдя таким образом в непрерывный режим, мембранный блок становится дросселем, выполняя функции регулятора расхода сжатого воздуха в пневмодвигатель 15 (фиг. 4) . Положение мембран 7 и 8 мембранного блока относительно сопел 12 и 13, через ксторые происходит дросселирование сжатого воздуха, регулируется в этом случае усредненным значением импульсного давления в управляющей камере 23. Это значение давления определяется скважностыо электрических импульсов напряжения, поступающего на электродь 1, и регулируется величиной управляющего непрерывного сигнала 11 р . В свою очередь, положение мембранного блока определяет величину емкости датчика положения и величину сигнала обратной связи Гос . Поэтому при изменении величины управляюего непрерывного сигнала 1.р перемещение мембранного блока происходит до тех пор, пока также изменяющийся в результате этого перемещения сигнал обратной связи 11, не скомпенсирует данное изменение управляющего сигнала 1,р . После этого мембранный блок остановится. Каждому положению мембранного блока соответствует свое значение выходного давления Р, следовательно, вполне определенное промежуточное положение поршня 28 со штоком 27 и невмодв и гател я 15.При дальнейшем увеличении нерерывкого управляющего сигнала5, р (илиЬБ) и постоянной несущей частоте происходит прямопропорциональное увеличение скважности импульсов напряжения на выходе компаратора 19 и, соответственно, на выходе усилителя 21. Это приводит к : увеличению времени выстоя жесткого центра3 мембраны 2 на сопле 5. Поэтому усредненная величина импульса сжатого воздуха в камере 23 увеличивается, а мембранный блок перемещается вниз в направ, лении от камеры 23, Наконец, при наи, большей скважности импульсов напряжения 1 электрический усилитель 21 постоянно включен, а мембрана 2 с жестким центром 3 постоянно перекрывает сопло 5, Давлениев междроссельной камере 23 увеличивается ,. до наибольшего своего значения, равного . давлению питания Р,. Тогда мембранный блок займет такое положение, при кото) ром жесткий центр 10 мембраны 8 пол" ностью откроет сопло 13, а жесткий центр 9мембраны 7 полностью закроет сопло 12, , При этом камера 14 соединится с каме: рой 25, одновременно отсоединившись от , камеры 24 с атмосферным давлением. , Давление в камере 14 станет равным своему наибольшему значению - давлению питания Р (фиг. 4), и шток 27 с поршнем 28 пневмодвигателя 15 под действием этого давления Р займут свое крайнее верхнее положение,Таким образом, любое изменение задающего непрерывного управляющего сигнала приводит к изменению положения мембранного блока и, следовательно, к прямо пропорциональному изменению давления и расхода на выходе усилителя. В результате, реализуется пропорциональное управление распределителем, т. е. соответствие уровня выходного пневматического сигнала уровню задающего аналогового электрического сигнала. формула изобретения1, Электропневматический следящий привод, содержащий корпус и параллельно установленные в нем первую мембрану с жестким центром, неподвижную перегородку с размещенным на ней управляющим соплом, подключенным входом через дроссель к источнику давления, а выходом к атмосфере, вторую и третью мембраны с жесткими центрами, соединенными между собой штоком, и два противоположно направленных сопла для взаимодействия с второй и третьей мембранами, одно из которых подключено к источнику давления, а другое - к атмосфере, установлен ных с образованием рабочей камеры, соединенной с исполнительным пневмодвигателем, а также систему управления с источником импульсов напряжения, связанным с первой мембраной и неподвижной перегородкой, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и расширения фуни циональных возможностей, он снабжен емкостным датчиком обратной связи, одна обкладка которого выполнена заодно с третьей мембраной, а другая установлена параллельно ей в корпусе.2. Привод по п. 1, отличающийсятем, что система управления выполнена в виде преобразователя сигнала емкостного датчика в аналоговое напряжение, сравнивающего устройства, задатчика аналогового 30 сигнала, компаратора и ключевого электронного усилителя, а источник импульсов напряжения - в виде генератора симметричных треугольных импульсов, при этом сравнивающее устройство соединено входами с задатчиком аналогового сигнала и через 35 преобразователь сигнала - с емкостнымдатчиком, а выходом - с одним из входов компаратора, другой вход которого подключен к генератору импульсов, а выход через ключевой усиЛитель - к первой мембране и неподвижной перегородке, 16014181601418 авцова НТ СССР митета по изобретениям и открытиям при ГКва, Ж - 35, Раушская наб., д. 45ий комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гага Редактор С. ПатрушевЗаказ 3261 ВНИИПИ Государственного 113035, Мо Производственно-издательс