RU2020298C1

RU2020298C1 - Electrohydraulic servo drive

Info

Publication number: RU2020298C1
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Гапон; Борис Петрович Калинин; Геннадий Иванович Канюк; Константин Николаевич Пакулов
Original assignee: Геннадий Иванович Канюк
Priority date: 1990-10-15
Filing date: 1990-10-15
Publication date: 1994-09-30

Abstract

FIELD: industrial robots and manipulators. SUBSTANCE: connected in series are: set-up unit, adder, electron amplifier, electrohydraulic amplifier connected to hydraulic actuator, its position sensor and negative feedback circuit which includes correcting unit for compensating for error; input of correcting unit is connected with position sensor and output is connected with adder. Three-channel circuit is provided with integrating member connected to one of channels of negative feedback circuit; other channel of this circuit is made in form of individual feedback. Correcting unit is connected to the third channel and is made with transfer function opposite to relationship of error of sensor versus magnitude of displacement being measured. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к гидроавтоматике и может быть использовано в конструкциях промышленных роботов и манипуляторов. The invention relates to hydraulic power and can be used in the construction of industrial robots and manipulators.

Целью изобретения является повышение точности и улучшение динамических характеристик. The aim of the invention is to improve accuracy and improve dynamic performance.

На фиг. 1 изображена схема электрогидравлического следящего привода (ЭГСП); на фиг.2 - градуировочные зависимости датчика положения и привода. In FIG. 1 shows a diagram of an electro-hydraulic servo drive (EGSP); figure 2 - calibration dependence of the position sensor and drive.

Привод содержит последовательно соединенные задающий блок 1, сумматор 2, электронный усилитель 3, электрогидравлический усилитель 4, гидродвигатель 5, связанный с объектом 6 управления и датчик 7 положения. Канал 10 цепи обратной связи включает интегрирующее звено 11, канал 8 выполнен в виде единичной обратной связи и в канал 9 включен корректирующий блок 12, выполненный с передаточной функцией, противоположной зависимости погрешности датчика 7 от измеряемой величины перемещения. The drive comprises serially connected master unit 1, adder 2, electronic amplifier 3, electro-hydraulic amplifier 4, hydraulic motor 5 connected to the control object 6 and a position sensor 7. The feedback circuit channel 10 includes an integrating element 11, the channel 8 is made in the form of a single feedback, and a correction unit 12 is included in the channel 9, made with a transfer function, the opposite of the error of the sensor 7 from the measured displacement value.

Усилитель 4 соединен с полостями гидродвигателя 5, источником питания и сливом (не показано). The amplifier 4 is connected to the cavities of the hydraulic motor 5, a power source and a drain (not shown).

Суммарная погрешность позиционирования ЭГСП определяется собственной погрешностью датчика 7 положения и статической погрешностью самого ЭГСП. Собственная погрешность датчика 7 положения определяется несоответствием градуировочной характеристики датчика 7 градуировочной характеристике задающего блока 1. Характеристика задающего блока 1 представляет собой вполне однозначное соответствие задающего электрического сигнала Х_з (в виде аналогового напряжения или цифрового кода) требуемому значению регулируемой величины (в данном случае - требуемому положению Х подвижного элемента гидродвигателя 5). Эта характеристика задается произвольно и обычно представляет собой линейную функцию с коэффициентом передачи, равным единице Х_з≡Х (зависимость 1 на фиг. 2). Датчик 7 положения регистрирует регулируемую величину Х с некоторой погрешностью ΔХ_э, зависящей от значения регулируемой величины (зависимость 2 на фиг.2), Поэтому градуировочная характеристика датчика 7 положения X

(Х) не совпадает с характеристикой задающего блока Х_з(х), причем градуировочная характеристика датчика 7 может быть как линейной, так и нелинейной (зависимости 4 и 3 на фиг.2). Разница между градуировочными характеристиками датчика 7 и задающего блока 1 равна
ΔX

(Х) = X

(Х) - Х_з(Х) = X

(Х) - Х (1) и определяет составляющую погрешности привода, обусловленную погрешностью датчика 7.The total error in the positioning of the EGSP is determined by the intrinsic error of the position sensor 7 and the static error of the EGSP itself. The intrinsic error of the position sensor 7 is determined by the mismatch of the calibration characteristic of the sensor 7 with the calibration characteristic of the driver unit 1. The characteristic of the driver unit 1 is a completely unambiguous correspondence of the driver electrical signal X _s (in the form of an analog voltage or digital code) to the required value of the controlled variable (in this case, the required position X of the movable element of the hydraulic motor 5). This characteristic is set arbitrarily and usually represents a linear function with a transmission coefficient equal to unity X _z ≡X (dependence 1 in Fig. 2). The position sensor 7 registers the adjustable value X with a certain error ΔX _e , depending on the value of the adjustable value (dependence 2 in figure 2), therefore, the calibration characteristic of the sensor 7 of the position X

(X) does not coincide with the characteristic of the master unit X _s (x), and the calibration characteristic of the sensor 7 can be either linear or nonlinear (

dependencies

4 and 3 in FIG. 2). The difference between the calibration characteristics of the sensor 7 and the master unit 1 is
ΔX

(X) = X

(X) - X _s (X) = X

(X) - X (1) and determines the component of the drive error due to the error of the sensor 7.

Градуировочные характеристики задающего блока 1 и датчика 7 положения вводятся в корректирующий блок 12, который представляет собой вычислительную систему, реализующую передаточную функцию, противоположную зависимость погрешности датчика 7 от значения измеряемого положения, т.е. вычисляющую функцию ΔX

(Х).The calibration characteristics of the driving unit 1 and the position sensor 7 are introduced into the correction unit 12, which is a computer system that implements the transfer function, the opposite dependence of the error of the sensor 7 on the value of the measured position, i.e. calculating function ΔX

(X).

В частности, если ошибка датчика 7 положения является линейной функцией (зависимость 4 на фиг.2)
ΔX_∂ = tgα^∧Δ_∂X , (2) то градуировочная характеристика датчика 7 положения имеет вид
X_∂ = x + ΔX_∂ = X₃ + ΔX_∂ =

tg

+ tg

x (3)
(зависимость 4 на фиг.2).In particular, if the error of the position sensor 7 is a linear function (dependence 4 in FIG. 2)
ΔX _∂ = tgα ^∧ Δ _∂ X, (2) then the calibration characteristic of the position sensor 7 has the form
X _∂ = x + ΔX _∂ = X ₃ + ΔX _∂ =

tg

+ tg

x (3)
(dependence 4 in figure 2).

Следовательно, с учетом формул (2) и (3) точное значение регулируемой величины выражается через показания датчика 7 положения Х_∂ и его градуировочную характеристик ΔX_∂ следующим образом
X = X_∂ - Δ X_∂ = X_∂ - tgα^∧Δ_∂x = X_∂ -

. (4)
Таким образом, в данном случае для автоматической компенсации погрешности датчика 7 положения корректирующий блок 12 представляет собой пропорциональный усилитель с коэффициентом усиления
K_у =

. (5)
В случае нелинейной градуировочной характеристики датчика 7 положения (зависимости 2 и 3 фиг.2) корректирующий блок 12 может иметь другие более сложные структуры.Therefore, taking into account formulas (2) and (3), the exact value of the controlled variable is expressed through the readings of the sensor 7 of the position X _∂ and its calibration characteristics ΔX _∂ as follows
X = X _∂ - Δ X _∂ = X _∂ - tgα ^∧ Δ _∂ x = X _∂ -

. (4)
Thus, in this case, to automatically compensate for the error of the position sensor 7, the correction unit 12 is a proportional amplifier with a gain
K _y =

. (5)
In the case of a non-linear calibration characteristic of the position sensor 7 (

dependencies

2 and 3 of FIG. 2), the correction unit 12 may have other more complex structures.

Корректирующий блок 12 может быть реализован на элементах аналоговой или цифровой вычислительной техники. Corrective unit 12 can be implemented on the elements of analog or digital computing.

Интегрирующее звено 11 в цепи отрицательной обратной связи (см.фиг.2) обеспечивает астатизм первого порядка. При любом виде передаточной функции привода, охваченного каналами 8 и 9 обратных связей [W(S)], передаточная функция разомкнутого контура ЭГСП, охваченного каналом 10 обратной связи с интегрирующим звеном 11, содержит интегрирующее звено 12, т.е. имеет вид
W′(S) = W(S) ·

.The integrating element 11 in the negative feedback circuit (see Fig. 2) provides first-order astatism. For any form of the transfer function of the drive covered by the feedback channels 8 and 9 [W (S)], the transfer function of the open circuit of the EGSP covered by the feedback channel 10 with the integrating link 11 contains an integrating link 12, i.e. has the form
W ′ (S) = W (S)

.

Наличие одного интегрирующего звена в цепи разомкнутого контура ЭГСП обеспечивает ему астатизм первого порядка, т.е. гарантированное отсутствие статической погрешности. The presence of one integrating link in the open-loop circuit of the EHSS provides it with first-order astatism, i.e. guaranteed absence of static error.

Электрогидравлический следящий привод работает следующим образом. Electro-hydraulic servo drive operates as follows.

Перед вводом ЭГСП в эксплуатацию производится точная градуировка датчика 7 положения и задающего блока 1, строятся зависимости Х_з(Х), ΔX

(Х) и X

(Х) [см.фиг.2] по которым формируется структура корректирующего блока 12. В рассмотренном примере конкретного выполнения устройства корректирующий блок 12 представляет собой пропорциональный усилитель с коэффициентом усиления из формулы (5).Before putting the EGSP into operation, an accurate calibration of the position sensor 7 and the master unit 1 is made, the dependences X _z (X), ΔX

(X) and X

(X) [see FIG. 2] by which the structure of the correction block 12 is formed. In the considered example of a specific embodiment of the device, the correction block 12 is a proportional amplifier with a gain from formula (5).

Задающее воздействие, сформированное в задающем блоке 1, проходя через сумматор 2, усиливается в электронном усилителе 3 и подается на вход электрогидравлического усилителя 4, вызывая смещение его регулирующего органа (например, управляющего золотника). При этом гидродвигатель 5 перемещает объект 6 управления. Это перемещение измеряется датчиком 7 положения. Сигнал с последнего положения поступает на входы сумматора 2: на первый вход - непосредственно, на второй и третий входы - соответственно через корректирующий блок 12 и интегрирующее звено 11. Корректирующий блок 12 реализует функциональную зависимость погрешности датчика 7 положения от величины измеряемого положения. Суммирование этой погрешности с непосредственными показаниями датчика 7 положения, передаваемыми в сумматор 2 по каналу 8, обеспечивает автоматическую компенсацию собственной погрешности датчика 7 положения в процессе работы ЭГСП. Подача в сумматор 2 положительного сигнала датчика 7 положения, прошедшего через интегрирующее звено 11, полностью устраняет статическую погрешность ЭГСП за счет превращения его в астатическую систему первого порядка. The master action generated in the master unit 1, passing through the adder 2, is amplified in the electronic amplifier 3 and fed to the input of the electro-hydraulic amplifier 4, causing a displacement of its regulatory body (for example, the control valve). In this case, the hydraulic motor 5 moves the control object 6. This movement is measured by the position sensor 7. The signal from the last position enters the inputs of the adder 2: directly to the first input, to the second and third inputs, respectively, through the correction block 12 and the integrating link 11. The correction block 12 implements the functional dependence of the error of the position sensor 7 on the magnitude of the measured position. The summation of this error with the direct readings of the position sensor 7, transmitted to the adder 2 via channel 8, provides automatic compensation for the intrinsic error of the position sensor 7 during the operation of the EHSP. The supply to the adder 2 of the positive signal of the position sensor 7, passed through the integrating element 11, completely eliminates the static error of the EHSP by converting it into an astatic system of the first order.

При этом на выходе сумматора 2 формируется сигнал рассогласования - разность между задающим воздействием и положением объекта 6 управления. По мере отработки ЭГСП задающего воздействия сигнал рассогласования уменьшается. При нулевом сигнале рассогласования управляющий золотник электрогидравлического усилителя 4 возвращается в нейтральное положение, а объект 6 управления останавливается в заданном положении. Thus at the output of the adder 2, a mismatch signal is formed - the difference between the driving action and the position of the control object 6. As the EGSP mastering is worked out, the mismatch signal decreases. When the error signal is zero, the control spool of the electro-hydraulic amplifier 4 returns to the neutral position, and the control object 6 stops in the set position.

Claims

ELECTROHYDRAULIC TRACKING ACTUATOR comprising a serially connected driver unit, an adder, an electronic amplifier, an electro-hydraulic amplifier connected to an actuating hydromechanism, and a position sensor of the latter, as well as a negative feedback circuit including a correction unit for error compensation, the input of which is connected to a position sensor, and output - with an adder, characterized in that, in order to increase accuracy and improve dynamic characteristics, the feedback circuit for the position ene three-channel and provided with an integrating element included in one of the channels of the feedback loop, another channel which is formed as a feedback unit, and a correcting unit included in the third passageway and is formed with the transfer function, the other sensor error depending on the measured amount of displacement.