RU2544316C1 - Электропривод манипулятора - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления электроприводами манипулятора. Изобретение направлено на обеспечение полной инвариантности динамических свойств электропривода к изменениям его моментных (нагрузочных) характеристик при движении манипулятора сразу по всем пяти степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности управления. Технический результат, который достигается при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение нового моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны других степеней подвижности на качественные показатели работы электропривода. 2 ил.

Description

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления электроприводами манипуляторов.

Известен электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, шестой сумматор и третий блок умножения, последовательно соединенные третий датчик положения и первый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй датчик скорости, четвертый и пятый блоки умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, и седьмой блок умножения, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала и восьмой сумматор, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала и девятый сумматор, релейный элемент, вход которого подключен к выходу первого датчика скорости и вторым входам второго и третьего сумматоров, а выход - к третьему входу третьего сумматора, а также пятый задатчик постоянного сигнала, третий датчик скорости и второй синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные первый датчик ускорения, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя и второму входу четвертого блока умножения, десятый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные квадратор и девятый блок умножения подключен к выходу третьего датчика скорости и второму входу пятого блока умножения, а выход - ко второму входу третьего блока умножения, выход которого соединен с четвертым входом третьего сумматора, а также одиннадцатый сумматор, первый и второй входы которого соединены с выходами восьмого сумматора и пятого задатчика постоянного сигнала, а выход - с пятым входом третьего сумматора и вторым входом девятого сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, второй датчик ускорения, выход которого соединен с первым входом шестого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя и второму входу девятого блока умножения, и десятый блок умножения, первый и второй входы которого подключены к выходам четвертого сумматора и третьего задатчика постоянного сигнала, а выход - ко второму входу шестого сумматора, причем шестой вход третьего сумматора соединен с выходом седьмого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, а выход редуктора соединен с шестерней (см. патент РФ 2425746. Бюл. №22, 2011).

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для электропривода манипулятора с другой кинематической схемой. Для электропривода рассматриваемой степени подвижности рассматриваемого манипулятора (с другой кинематической схемой) это устройство не будет обеспечивать требуемую динамическую точность работы.

Известен также электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости, выход которого подключен ко вторым входам второго и третьего сумматоров и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый сумматор, пятый сумматор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу шестого сумматора, седьмой сумматор и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и четвертый блок умножения, первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, последовательно соединенные второй синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и пятый блок умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый квадратор, последовательно соединенные шестой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, и седьмой блок умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала и девятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, а второй вход - к выходу шестого сумматора и к второму входу четвертого блока умножения, причем выход датчика скорости через релейный элемент подключен к четвертому входу третьего сумматора, а выход редуктора соединен с шестерней, последовательно соединенные четвертый датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, третий косинусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу пятого блока умножения, девятый блок умножения и десятый блок умножения, второй вход которого через одиннадцатый блок умножения, вторым входом соединенный с выходом шестого сумматора, подключен к выходу первого датчика ускорения, а выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя и второму входу девятого блока умножения, тринадцатый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого через четырнадцатый блок умножения подключен к выходу пятого блока умножения и второму входу восьмого блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, а выход - к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого блока умножения, а выход - к первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, последовательно соединенные второй квадратор, вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, установленного в первой степени подвижности манипулятора, к второму входу тринадцатого блока умножения и к второму входу шестого блока умножения, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого блока умножения, а выход - к седьмому входу третьего сумматора, восьмой вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, второй вход - к выходу седьмого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом двадцатого блока умножения, первый и второй входы которого подключены ко выходам второго и четвертого функциональных преобразователей, причем выход задатчика постоянного сигнала подключен ко вторым входам четвертого, пятого и шестого сумматоров, а второй вход четырнадцатого блока умножения соединен с выходом третьего датчика скорости (см. патент РФ 2478465. Бюл. №10, 2013).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Недостатком данного устройства также является то, что оно предназначено для электропривода манипулятора с другой кинематической схемой. Для электропривода рассматриваемой степени подвижности рассматриваемого манипулятора, имеющего дополнительное перемещение в горизонтальной плоскости, это устройство не будет обеспечивать требуемую динамическую точность работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к изменениям его моментных (нагрузочных) характеристик при движении манипулятора сразу по всем пяти степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности управления.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового сигнала управления, подаваемого на вход рассматриваемого электропривода, который обеспечивает получение нового моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие со стороны других степеней подвижности на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.

Поставленная задача решается тем, что в электроприводе манипулятора, содержащем последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости, выход которого подключен ко вторым входам второго и третьего сумматоров и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый сумматор, пятый сумматор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу шестого сумматора, седьмой сумматор и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и четвертый блок умножения, первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, последовательно соединенные второй синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и пятый блок умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый квадратор, последовательно соединенные шестой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, и седьмой блок умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала и девятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, а второй вход - к выходу шестого сумматора и к второму входу четвертого блока умножения, причем выход датчика скорости через релейный элемент подключен к четвертому входу третьего сумматора, а выход редуктора соединен с шестерней, последовательно соединенные четвертый датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, третий косинусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу пятого блока умножения, и девятый блок умножения, а также десятый блок умножения, первый вход которого через одиннадцатый блок умножения, вторым входом соединенный с выходом шестого сумматора, подключен к выходу первого датчика ускорения, а выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя и второму входу девятого блока умножения, а также последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, а выход - к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и шестнадцатый блок умножения, выход которого подключен к первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, последовательно соединенные второй квадратор, вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, установленного в первой степени подвижности манипулятора, к первому входу тринадцатого блока умножения и к второму входу шестого блока умножения, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, семнадцатый блок умножения и восемнадцатый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу третьего сумматора, восьмой вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и к второму входу семнадцатого блока умножения, а второй вход - к выходу седьмого блока умножения, а также двадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго и четвертого функциональных преобразователей, причем выход задатчика постоянного сигнала подключен ко вторым входам четвертого, пятого и шестого сумматоров, а первый вход четырнадцатого блока умножения соединен с выходом третьего датчика скорости, выход пятого блока умножения подключен ко второму входу седьмого блока умножения, выход девятого блока умножения - ко вторым входам тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, выход двенадцатого блока умножения - к вторым входам десятого и восемнадцатого блоков умножения, а выход двадцатого блока умножения - к вторым входам восьмого и четырнадцатого блоков умножения.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы рассматриваемого электропривода манипулятора в условиях существенного изменения его параметров нагрузки.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого электропривода манипулятора, а на фиг.2 - кинематическая схема манипулятора.

Электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый 1 и второй 2 сумматоры, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, усилитель 5, электродвигатель 6, связанный непосредственно с первым датчиком 7 скорости, выход которого подключен ко вторым входам второго 2 и третьего 4 сумматоров и через редуктор 8 - с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик 10 положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый сумматор 11, пятый сумматор 12, второй блок 13 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 14 массы и первому входу шестого сумматора 15, седьмой сумматор 16 и третий блок 17 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 18, а выход - к третьему входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные третий датчик 19 положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый косинусный функциональный преобразователь 20, последовательно соединенные второй датчик 21 скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и четвертый блок 22 умножения, первый датчик 23 ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, последовательно соединенные второй синусный функциональный преобразователь 24, вход которого подключен к выходу третьего датчика 19 положения, и пятый блок 25 умножения, последовательно соединенные третий датчик 26 скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый квадратор 27, последовательно соединенные шестой блок 28 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика 26 скорости, и седьмой блок 29 умножения, последовательно соединенные второй датчик 30 ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восьмой блок 31 умножения, последовательно соединенные задатчик 32 постоянного сигнала и девятый сумматор 33, выход которого подключен ко второму входу первого блока 3 умножения, а второй вход - к выходу шестого сумматора 15 и к второму входу четвертого блока 22 умножения, причем выход датчика 7 скорости через релейный элемент 34 подключен к четвертому входу третьего сумматора 4, а выход редуктора 8 соединен с шестерней 55, последовательно соединенные четвертый датчик 35 положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, третий косинусный функциональный преобразователь 36, выход которого подключен ко второму входу пятого блока 25 умножения и девятый блок 37 умножения, а также десятый блок 38 умножения, первый вход которого через одиннадцатый блок 39 умножения, вторым входом соединенный с выходом шестого сумматора 15, подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, а выход - к пятому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь 40, вход которого подключен к выходу четвертого датчика 35 положения, и двенадцатый блок 41 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя 20 и второму входу девятого блока 37 умножения, а также последовательно соединенные тринадцатый блок 42 умножения, десятый сумматор 43, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока 44 умножения, и пятнадцатый блок 45 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока 22 умножения, а выход - к шестому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные третий датчик 46 ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и шестнадцатый блок 47 умножения, выход которого подключен к первому входу восьмого сумматора 18, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока 31 умножения, последовательно соединенные второй квадратор 48, вход которого подключен к выходу четвертого датчика 49 скорости, установленного в первой степени подвижности манипулятора, к первому входу тринадцатого блока 42 умножения и к второму входу шестого 28 блока умножения, одиннадцатый сумматор 50, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора 27, семнадцатый блок 51 умножения, и восемнадцатый блок 52 умножения, выход которого подключен к седьмому входу третьего сумматора 4, восьмой вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока 53 умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 16, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора 11, и к второму входу семнадцатого блока 51 умножения, а второй вход - к выходу седьмого блока 29 умножения, а также двадцатый блок 54 умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго 24 и четвертого 40 функциональных преобразователей, причем выход задатчика 32 постоянного сигнала подключен ко вторым входам четвертого 11, пятого 12 и шестого 15 сумматоров, а первый вход четырнадцатого блока 44 умножения соединен с выходом третьего датчика 26 скорости, причем выход пятого блока 25 умножения подключен ко второму входу седьмого блока 29 умножения, выход девятого блока 37 умножения - к вторым входам тринадцатого 42 и шестнадцатого 47 блоков умножения, выход двенадцатого блока 41 умножения - к вторым входам десятого 38 и восемнадцатого 52 блоков умножения, а выход двадцатого блока 54 умножения - к вторым входам восьмого 31 и четырнадцатого 44 блоков умножения.

На чертежах введены следующие обозначения: q_вх - сигнал желаемого положения шестой степени подвижности манипулятора; q_i - соответствующие обобщенные координаты манипулятора;

- скорости изменения соответствующих обобщенных координат; ε - ошибка электропривода (величина рассогласования); m₁, m₂, m_г - соответственно массы первого, второго, звеньев манипулятора и захваченного груза; l₁=const - длина первого звена манипулятора;

исходное расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс при q₃=0; l₂=const - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата;

- скорость вращения ротора электродвигателя пятой степени подвижности; α_р5 - угол поворота выходного вала редуктора рассматриваемого электропривода; U^*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 6.

Рассматриваемый электропривод управляет обобщенной координатой q₅. Конструкция манипулятора (фиг.2) позволяет осуществлять горизонтальное перемещение груза (координата q₄, q₅) в любых направлениях и вращение вокруг вертикальной и горизонтальной осей (координаты q₁, q₂ соответственно), а также телескопическое перемещение первого и второго звеньев (координата q₃, q₆).

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки s после коррекции в блоках 1, 2, 3, 4, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия М_В. Электропривод при работе манипулятора с различными грузами, а также за счет взаимовлияния между всеми его степенями подвижности обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели работы электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности динамических свойств этого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить его точную и устойчивую работу.

Моментные характеристики электропривода, управляющего координатой q₅, зависят от изменения координат q₁, q₂, q₃, $${\dot{q}}_1$$

, $${\dot{q}}_2$$

, $${\dot{q}}_3$$

, $${\ddot{q}}_1$$

, $${\ddot{q}}_2$$

, $${\ddot{q}}_3$$

и груза m_Г. В связи с этим для качественного управления координатой q₅ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения этих координат, а также переменной массы груза m_Г на динамические свойства рассматриваемого электропривода (координата q₅).

Манипулятор в горизонтальной плоскости перемещается с помощью рассматриваемого электропривода посредством передачи шестерня-рейка (координаты q₄, q₅). Причем рейка установлена в основании манипулятора, а шестерня 55 радиусом r - на выходном валу редуктора 8 электропривода.

С помощью уравнений Лагранжа второго рода несложно показать, что в процессе движения манипулятора на его линейную горизонтальную обобщенную координату q₅ действует сила

которая в процессе этого движения создает на выходном валу редуктора 8 момент, равный

С учетом соотношения (1), а также уравнений электрической

и механической

, цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₅, можно описать следующим дифференциальным уравнением

где R - активное сопротивления якорной цепи электродвигателя 6; K_M - коэффициент крутящего момента; J - момент инерции якоря электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; k_ω - коэффициент противо-ЭДС; k_B - коэффициент вязкого трения; М_стр - момент сухого трения; k_y - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря электродвигателя;

- ускорение вращения вала электродвигателя 6;

;

Из выражения (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q₅, являются существенно переменными, зависящими от q₁, q₂, q₃, $${\dot{q}}_1$$

, $${\dot{q}}_2$$

, $${\dot{q}}_3$$

, $${\ddot{q}}_1$$

, $${\ddot{q}}_2$$

, $${\ddot{q}}_3$$

и m_Г. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Первый отрицательный вход сумматора 1 (со стороны датчика 9) имеет коэффициент усиления, равный r, а его второй вход - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал ε=q_вх-α_p5r.

Первый положительный вход сумматора 2 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления $$\frac{k_{\omega }}{k_y}$$

. В результате на выходе сумматора 2 формируется сигнал

Датчики 35, 19 и 10 установлены соответственно в первой, второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа манипулятора и измеряют обобщенные координаты q₁, q₂ и q₃ соответственно. Датчики 49, 26 и 21 установлены соответственно в его первой, второй и третьей степенях подвижности и измеряют скорости $${\dot{q}}_1$$

, $${\dot{q}}_2$$

и $${\dot{q}}_3$$

, a датчики 46, 30 и 23 - в его первой, второй и третьей степенях подвижности и измеряют ускорения $${\ddot{q}}_1$$

, $${\ddot{q}}_2$$

и $${\ddot{q}}_3$$

соответственно. Задатчик 32 формирует сигнал m₂. Датчик 14 измеряет m_Г.

Первый (со стороны задатчика 32) и второй положительные входы сумматора 33 соответственно имеют коэффициенты усиления

. Поэтому на его выходе формируется сигнал

Первый (со стороны датчика 10) и второй положительные входы сумматора 11 имеют коэффициенты усиления m₂ и

соответственно. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

Первый (со стороны сумматора 11) и второй положительные входы сумматора 12 соответственно имеют коэффициенты усиления l/m₂ и l₂/m₂. В результате на его выходе формируется сигнал

, на выходе блока 13 - сигнал

, а на выходе сумматора 16, все положительные входы которого имеют единичные коэффициенты усиления, - сигнал

.

На выходе блоков 54, 41, 25 и 37 - формируются сигналы sinq₁sinq₂, sinq₁cosq₂, sinq₂cosq₁, cosq₁cosq₂ соответственно.

На выходе сумматора 15, имеющего положительные входы с единичными коэффициентами усиления, формируется сигнал m₂+m_Г, на выходе блока 39 - сигнал

, а на выходе блока 38 - сигнал

, на выходе блока 47 - сигнал

, на выходе блока 31 - сигнал

, на выходе сумматора 18, первый отрицательный (со стороны блока 47) и второй положительный входы которого имеют единичные коэффициенты усиления, - сигнал

, а на выходе блока 17 - сигнал

.

На выходе блоков 42 и 44 формируются сигналы

и

соответственно на выходе сумматора 43, первый отрицательный (со стороны блока 42) и второй положительный входы которого имеют единичные коэффициенты усиления, - сигнал

на выходе блока 22 - сигнал

, а на выходе блока 45 - сигнал

.

На выходе сумматора 50, все положительные входы которого имеют единичные коэффициенты усиления, формируется сигнал

, на выходе блока 51 - сигнал

, а на выходе блока 52 - сигнал

.

На выходе блока 28 формируется сигнал

, а на выходе блока 29 - сигнал

. В результате на выходе блока 53 формируется сигнал

.

Выходной сигнал релейного элемента 54 имеет вид

где

- величина момента сухого трения при движении.

Первый (со стороны блока 3), второй (со стороны датчика 7), четвертый (со стороны релейного элемента 34), положительные входы сумматора 4, соответственно, имеют коэффициенты усиления

, где J_H - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции электропривода. Восьмой (со стороны блока 53) и шестой (со стороны блока 45) положительные входы этого сумматора имеют коэффициенты усиления

, а пятый отрицательный (со стороны блока 38), третий (со стороны блока 17) и седьмой (со стороны блока 52) положительный входы - коэффициенты усиления

. В результате на выходе сумматора 4 формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку

при движении электропривода достаточно точно соответствует М_стр, то, подставив полученное значение U*(3) в соотношение (2), получим уравнение

, которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть предложенный электропривод, управляющий координатой q₅, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.

Таким образом, за счет введения дополнительных элементов и новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода манипулятора к внешним силовым воздействиям. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых режимах его работы.

Claims (1)

1. Электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости, выход которого подключен ко вторым входам второго и третьего сумматоров, и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, четвертый сумматор, пятый сумматор, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и первому входу шестого сумматора, седьмой сумматор и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый косинусный функциональный преобразователь, последовательно соединенные второй датчик скорости, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, и четвертый блок умножения, первый датчик ускорения, установленный в третьей степени подвижности манипулятора, последовательно соединенные второй синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и пятый блок умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и первый квадратор, последовательно соединенные шестой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, и седьмой блок умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, и восьмой блок умножения, последовательно соединенные задатчик постоянного сигнала и девятый сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, а второй вход - к выходу шестого сумматора и к второму входу четвертого блока умножения, причем выход датчика скорости через релейный элемент подключен к четвертому входу третьего сумматора, а выход редуктора соединен с шестерней, последовательно соединенные четвертый датчик положения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, третий косинусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу пятого блока умножения, и девятый блок умножения, а также десятый блок умножения, первый вход которого через одиннадцатый блок умножения, вторым входом соединенный с выходом шестого сумматора, подключен к выходу первого датчика ускорения, а выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четвертого датчика положения, и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя и второму входу девятого блока умножения, а также последовательно соединенные тринадцатый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, а выход - к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный в первой степени подвижности манипулятора, и шестнадцатый блок умножения, выход которого подключен к первому входу восьмого сумматора, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, последовательно соединенные второй квадратор, вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, установленного в первой степени подвижности манипулятора, к первому входу тринадцатого блока умножения и ко второму входу шестого блока умножения, одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, семнадцатый блок умножения и восемнадцатый блок умножения, выход которого подключен к седьмому входу третьего сумматора, восьмой вход которого подключен к выходу девятнадцатого блока умножения, первый вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и ко второму входу семнадцатого блока умножения, а второй вход - к выходу седьмого блока умножения, а также двадцатый блок умножения, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго и четвертого функциональных преобразователей, причем выход задатчика постоянного сигнала подключен ко вторым входам четвертого, пятого и шестого сумматоров, а первый вход четырнадцатого блока умножения соединен с выходом третьего датчика скорости, отличающийся тем, что выход пятого блока умножения подключен ко второму входу седьмого блока умножения, выход девятого блока умножения - ко вторым входам тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, выход двенадцатого блока умножения - ко вторым входам десятого и восемнадцатого блоков умножения, а выход двадцатого блока умножения - ко вторым входам восьмого и четырнадцатого блоков умножения.

Images