RU2399080C1 - Self-tuning electric drive - Google Patents
Self-tuning electric drive Download PDFInfo
- Publication number
- RU2399080C1 RU2399080C1 RU2009129769/09A RU2009129769A RU2399080C1 RU 2399080 C1 RU2399080 C1 RU 2399080C1 RU 2009129769/09 A RU2009129769/09 A RU 2009129769/09A RU 2009129769 A RU2009129769 A RU 2009129769A RU 2399080 C1 RU2399080 C1 RU 2399080C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- adder
- electric drive
- unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manipulator (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электроприводам и может быть использовано при создании их систем управления.The invention relates to electric drives and can be used to create their control systems.
Известно устройство для управления приводом робота, содержащее блок умножения, последовательно соединенные усилитель, электродвигатель, датчик тока, первый сумматор, второй выход электродвигателя: соединен с исполнительным механизмом, датчиком положения и датчиком скорости, выходы датчика положения и датчика скорости соединены соответственно со вторыми входами второго сумматора и блока деления, второй вход первого сумматора соединен с выходом измерителя внешнего момента, последовательно соединенные инерционное дифференцирующее звено, вход которого подключен к выходу второго сумматора и ко входу апериодического звена, а выход соединен с первым входом блока умножения, второй вход которого соединен с выходом блока деления, первый вход которого соединен с выходом интегратора, вход которого соединен с выходом первого сумматора, выход блока умножения соединен с первым входом третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом апериодического звена, а выход - с входом усилителя (см. А.с. СССР №1142810, БИ №8, 1985 г.).A device for controlling a robot drive is known, comprising a multiplication unit, an amplifier, an electric motor, a current sensor, a first adder, a second motor output connected in series: connected to an actuator, a position sensor and a speed sensor, the outputs of the position sensor and the speed sensor are connected respectively to the second inputs of the second the adder and the division unit, the second input of the first adder is connected to the output of the external moment meter, inertial differentiating sound An input whose input is connected to the output of the second adder and to the input of the aperiodic link, and the output is connected to the first input of the multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the division unit, the first input of which is connected to the output of the integrator, the input of which is connected to the output of the first adder, the output the multiplication unit is connected to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the aperiodic link, and the output to the input of the amplifier (see A.S. USSR No. 1142810, BI No. 8, 1985).
Недостатком данного устройства является то, что оно обеспечивает только инвариантность электропривода к изменению его суммарного момента инерции и при этом не корректирует параметры входных сигналов с целью повышения быстродействия всей системы в целом при сохранении заданной точности управления.The disadvantage of this device is that it provides only the invariance of the electric drive to change its total moment of inertia and at the same time does not adjust the parameters of the input signals in order to increase the speed of the entire system as a whole while maintaining the given control accuracy.
Известен также самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, выход - ко второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор и с второго по пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, а также первый косинусный и второй синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен, соответственно, к выходам первого и второго функциональных преобразователей, а их выходы, соответственно -ко второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и седьмой блок умножения, выход которого подключен к пятому входу четвертого сумматора, второй датчик ускорения, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу седьмого сумматора, восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а выход - ко второму входу седьмого блока умножения (см. патент РФ №2345885, Бюл. №4, 2009 г.).A self-adjusting electric drive is also known, comprising a first adder, a second adder, a first multiplication unit, a third adder, an amplifier and an engine connected to the first speed sensor directly and through a gearbox with a first position sensor, the output of which is connected to the first input of the first adder connected to the second the input with the input of the device, a relay element and a fourth adder connected in series, the second input of which is connected to the input of the relay element, the second input of the WTO of the adder and the output of the first speed sensor, the output is to the second input of the third adder, the first signal pickup and the fifth adder are connected in series, as well as the second speed sensor, the mass sensor, the second signal pickup, the quadrator, the sixth adder and the second to fifth multiplication units, the first acceleration sensor, as well as the first cosine and second sine functional converters, the input of each of which is connected to the output of the first position sensor, the output of the mass sensor is connected to the second input of the first multiplication unit, the first input of the sixth adder and the second input of the fifth adder connected by the output to the first inputs of the second and third multiplication units, the second input of each of which is connected, respectively, to the outputs of the first and second functional converters, and their outputs, respectively, to the second input of the sixth adder and the first input of the fourth multiplication unit, connected by the second input through a quadrator with the output of the second speed sensor, and the output with the third input of the fourth adder, the fourth input of which is connected to the output the fifth multiplication unit connected by the first input to the output of the first acceleration sensor, and the second input to the output of the sixth adder, the third input of which is connected to the output of the second signal generator, and the output of the second adder is connected to the third input of the third adder, the second position sensor is connected in series, seventh an adder, the second input of which is connected to the output of the first position sensor, a third sine function converter, a sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, and a seventh multiplication unit, the output of which is connected to the fifth input of the fourth adder, a second acceleration sensor, a fourth cosine functional converter connected in series with the input to the output of the seventh adder, an eighth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the fifth adder, and a ninth multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the third acceleration sensor, and its output - with the sixth input of the fourth adder, the third signal adjuster and the eighth sum are connected in series op, the second input of which is connected to the output of the second acceleration sensor and an output - to a second input of the seventh multiplier (cm. RF patent No. 2345885, bull. No. 4, 2009).
Указанное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению. Его недостатком является то, что оно, обеспечивая инвариантность параметров электропривода к взаимовлиянию между всеми степенями подвижности манипулятора в процессе его движения, не позволяет корректировать параметры входных сигналов с целью повышения быстродействия (производительности) всей системы в целом при сохранении заданной динамической точности управления.The specified device in its technical essence is the closest to the proposed invention. Its disadvantage is that it, providing the invariance of the parameters of the electric drive to the mutual influence between all degrees of mobility of the manipulator during its movement, does not allow you to adjust the parameters of the input signals in order to increase the speed (performance) of the entire system as a whole while maintaining a given dynamic control accuracy.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение максимально возможной скорости работы привода при изменении амплитуды задающего гармонического сигнала без снижения заданной динамической точности.The task to which the claimed technical solution is directed is to ensure the maximum possible speed of the drive when the amplitude of the master harmonic signal changes without reducing the specified dynamic accuracy.
Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного контура самонастройки, в котором формируется максимально возможное (при заданной динамической ошибке и амплитуде входного сигнала) значение частоты задающего сигнала, а следовательно, и максимально возможная скорость работы электропривода без превышения допустимого значения динамической ошибки управления.The technical result that can be obtained by implementing the proposed technical solution is expressed in the formation of an additional self-tuning circuit, in which the maximum possible value (for a given dynamic error and amplitude of the input signal) of the frequency of the driving signal, and therefore the maximum possible speed of the drive without exceeding the permissible value of the dynamic control error.
Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, корректирующее устройство, усилитель, электродвигатель с редуктором, на выходном валу которого установлен датчик положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные задатчик амплитуды, квадратор, блок деления, второй вход которого подключен к выходу первого источника постоянного сигнала, второй сумматор, первый блок извлечения квадратного корня, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго источника постоянного сигнала и второму входу второго сумматора, второй блок извлечения квадратного корня, интегратор, синусный функциональный преобразователь и блок умножения, второй вход которого подключен к выходу задатчика амплитуды, а выход - ко второму входу первого сумматора.The problem is solved in that in a self-adjusting electric drive containing a first adder in series, a correction device, an amplifier, an electric motor with a gearbox, on the output shaft of which a position sensor is installed, the output of which is connected to the first input of the first adder, additionally connected in series are an amplitude adjuster, a quadrator , a division unit, the second input of which is connected to the output of the first constant signal source, the second adder, the first quad extraction unit a root, the third adder, the second input of which is connected to the output of the second constant signal source and the second input of the second adder, the second square root extraction unit, an integrator, a sine function converter and a multiplication unit, the second input of which is connected to the output of the amplitude setter, and the output to the second input of the first adder.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the analogue and prototype indicates its compliance with the criterion of "novelty."
При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают максимально возможную скорость работы электропривода манипулятора, сохраняя заданную динамическую точность при изменении амплитуды входного гармонического сигнала.In this case, the distinguishing features of the claims provide the highest possible speed of the manipulator’s electric drive, while maintaining a given dynamic accuracy when the amplitude of the input harmonic signal changes.
Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема самонастраивающегося электропривода и введены следующие обозначения: α - угол поворота выходного вала редуктора; αВХ=Apsinωpt - задающий (входной) сигнал, поступающий на вход электропривода; Ap, ωp - амплитуда и частота сигнала αВХ, соответственно; U*, U - усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 4, соответственно; ε=αВХ-α - ошибка электропривода.The invention is illustrated by the drawing, which shows a structural diagram of a self-adjusting electric drive and the following notation is introduced: α is the angle of rotation of the output shaft of the gearbox; α ВХ = A p sinω p t is the specifying (input) signal supplied to the input of the electric drive; A p , ω p - amplitude and frequency of the signal α VX , respectively; U * , U is the amplified signal and the control signal of the motor 4, respectively; ε = α BX -α - error of the electric drive.
Самонастраивающийся электропривод содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, корректирующее устройство 2, усилитель 3, электродвигатель 4 с редуктором 5, на выходном валу которого установлен датчик положения 6, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, последовательно соединенные задатчик 7 амплитуды, квадратор 8, блок 9 деления, второй вход которого подключен к выходу первого источника 10 постоянного сигнала, второй сумматор 11, первый блок 12 извлечения квадратного корня, третий сумматор 13, второй вход которого подключен к выходу второго источника 14 постоянного сигнала и второму входу второго сумматора 11, второй блок 15 извлечения квадратного корня, интегратор 16, синусный функциональный преобразователь 17 и блок 18 умножения, второй вход которого подключен к выходу задатчика 7 амплитуды, а выход - ко второму входу первого сумматора 1, объект управления 19.The self-adjusting electric drive contains serially connected first adder 1, correction device 2, amplifier 3, electric motor 4 with gear 5, on the output shaft of which a position sensor 6 is installed, the output of which is connected to the first input of the first adder 1, serially connected amplitude regulator 7, quadrator 8, division unit 9, the second input of which is connected to the output of the first constant signal source 10, the second adder 11, the first square root extraction unit 12, the third adder 13, the second input of which о connected to the output of the second constant signal source 14 and the second input of the second adder 11, the second square root extracting unit 15, the integrator 16, the sine function converter 17 and the multiplication unit 18, the second input of which is connected to the output of the amplitude adjuster 7, and the output to the second the input of the first adder 1, the control object 19.
Электропривод работает следующим образом. Сигнал динамической ошибки ε на выходе сумматора 1, имеющего единичные коэффициенты усиления, после коррекции в блоке 2, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 4, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от поступающего сигнала U. Как известно, величина ошибки ε при установленном корректирующем устройстве 2 с постоянной структурой и постоянными параметрами будет увеличиваться при увеличении и амплитуды Ар, и частоты ωp входного сигнала αВХ, и наоборот, их уменьшение приведет к уменьшению значения ε. Таким образом, если текущая Ар имеет такое значение, при котором ε становится меньше допустимой, то можно увеличить ωр, а следовательно, и скорость (производительность) работы электропривода, не превышая заданную динамическую точность.The electric drive operates as follows. The dynamic error signal ε at the output of the adder 1, having unit gain, after correction in block 2, amplifying, is fed to the input of the electric motor 4, bringing its shaft into rotational motion with direction and speed (acceleration), depending on the incoming signal U. As is known , the error ε with the installed correction device 2 with a constant structure and constant parameters will increase with increasing both the amplitude A p and the frequency ω p of the input signal α BX , and vice versa, their decrease will lead to a decrease in ε. Thus, if the current A p has a value at which ε becomes less than permissible, then it is possible to increase ω p , and therefore the speed (productivity) of the drive, without exceeding the specified dynamic accuracy.
На выходах задатчика амплитуды 7 и источника 10 постоянного сигнала формируются сигналы Ар и 
На выходе источника 14 постоянного сигнала установлено единичное напряжение. Оба положительных входа сумматора 11 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе блока 12 извлечения квадратного корня появляется сигнал 
Первый положительный (со стороны блока 12) и второй отрицательный входы сумматора 13 имеют коэффициенты усиления 
определяющий частоту ωp, обеспечивающую максимально возможную скорость гармонического движения электропривода с ошибкой, не превышающей ε1.determining the frequency ω p , providing the maximum possible speed of harmonic motion of the electric drive with an error not exceeding ε 1 .
На выходе интегратора 16, имеющего единичный коэффициент усиления, формируется сигнал ωpt, а на выходе синусного функционального преобразователя 17 - гармонический сигнал sinωpt. В результате на выходе блока 18 умножения формируется искомый гармонический сигнал αВХ с задаваемой амплитудой Ар и автоматически формируемой частотой ωp, который и обеспечивает максимально возможную скорость работы электропривода (для заданных величин ε1 и Ар).At the output of the integrator 16 having a unity gain, a signal ω p t is formed, and at the output of the sine functional converter 17, a harmonic signal sinω p t is generated. As a result, at the output of the multiplication unit 18, the desired harmonic signal α BX is formed with a given amplitude A p and an automatically generated frequency ω p , which ensures the maximum possible speed of the electric drive (for given values of ε 1 and A p ).
Для пояснения этого факта отметим, что корректирующее устройство 2, обеспечивающее устойчивость рассматриваемого электропривода, имеет вид:To clarify this fact, we note that the corrective device 2, which ensures the stability of the drive in question, has the form:
где Т1>>Т2=const, T1=1/ωср=const, ωср - частота среза амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) электропривода. В результате передаточная функция прямой цепи электропривода с малой электрической постоянной времени с учетом этого корректирующего устройства примет вид:where T 1 >> T 2 = const, T 1 = 1 / ω cf = const, ω cf is the cutoff frequency of the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the electric drive. As a result, the transfer function of the direct electric drive circuit with a small electric time constant, taking into account this corrective device, will take the form:
а его АЧХ-вид:and its frequency response is:
где 
Поскольку в реальных электроприводах Т3>>Т1 и Т3>>T2, то в реальном диапазоне изменения ωр выражение (2) вполне может быть заменено выражениемSince in real electric drives T 3 >> T 1 and T 3 >> T 2 , in the real range of variation of ω p, expression (2) may well be replaced by the expression
Известно (см. Попов Е.П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления. М.: Наука, 1978. - 256 с.), что при гармоническом управлении электроприводом с рабочей амплитудой Ар, частотой ωр и динамической ошибкой, не превышающей величины ε1, должно выполняется неравенствоIt is known (see Popov EP Theory of linear systems of automatic regulation and control. M .: Nauka, 1978. - 256 pp.) That with harmonic control of an electric drive with a working amplitude A p , frequency ω p and dynamic error not exceeding quantities ε 1 , the inequality
В результате с учетом выражений (3) и (4) можно получить равенствоAs a result, taking into account expressions (3) and (4), we can obtain the equality
на основе которого, в свою очередь, можно сформировать выражение (1), которое и определяет максимально возможное текущее значение ωр, при котором при текущем значении Ар будет обеспечена максимально возможная скорость (производительность) работы рассматриваемого электропривода с динамической ошибкой, не превышающей заданной величины ε1.on the basis of which, in turn, it is possible to form expression (1), which determines the maximum possible current value of ω p , at which at the current value of A p the maximum possible speed (productivity) of the drive under consideration will be provided with a dynamic error not exceeding the specified quantities ε 1 .
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129769/09A RU2399080C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Self-tuning electric drive |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009129769/09A RU2399080C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Self-tuning electric drive |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2399080C1 true RU2399080C1 (en) | 2010-09-10 |
Family
ID=42800620
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009129769/09A RU2399080C1 (en) | 2009-08-03 | 2009-08-03 | Self-tuning electric drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2399080C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522858C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
| RU2522857C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
| RU2542904C2 (en) * | 2013-06-07 | 2015-02-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
-
2009
- 2009-08-03 RU RU2009129769/09A patent/RU2399080C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522858C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
| RU2522857C1 (en) * | 2013-06-07 | 2014-07-20 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
| RU2542904C2 (en) * | 2013-06-07 | 2015-02-27 | Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дальневосточный Федеральный Университет" (Двфу) | Self-tuning electric drive |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2399080C1 (en) | Self-tuning electric drive | |
| RU2460110C1 (en) | Self-tuning electric drive | |
| RU2450300C1 (en) | Self-adjusting electric drive | |
| RU2372186C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulation robot | |
| RU2428735C1 (en) | Automatic control device of electromechanical system | |
| RU2608005C1 (en) | Self-adjusting electric drive of manipulator | |
| RU2312007C1 (en) | Robot drive control apparatus | |
| RU2325268C1 (en) | Control of robotic machine drive | |
| RU2423225C1 (en) | Robot electric drive | |
| RU2425746C2 (en) | Robot electrical drive | |
| RU2399079C2 (en) | Electric drive with automatic control of input harmonic signal frequency | |
| RU2725449C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulator | |
| RU2366069C1 (en) | Rectifier drive | |
| RU2542904C2 (en) | Self-tuning electric drive | |
| RU2522858C1 (en) | Self-tuning electric drive | |
| RU2606372C1 (en) | Self-adjusting electric drive of manipulator | |
| RU2705734C1 (en) | Self-tuning electric manipulator drive | |
| RU2345885C1 (en) | Robot drive control device | |
| RU2725447C1 (en) | Self-tuning electric manipulator drive | |
| RU2522857C1 (en) | Self-tuning electric drive | |
| RU2424894C1 (en) | Robot electric drive | |
| RU2688449C1 (en) | Self-tuning electric drive of manipulation robot | |
| RU2736411C1 (en) | Control method of dynamical moment of control engine-flywheel | |
| RU2772727C1 (en) | Low-speed precision electric drive with compensation for the influence of misalignment of the mechanical transmission | |
| RU2312006C1 (en) | Robot drive unit control apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110804 |