RU39923U1

RU39923U1 - MICROCONTROLLER SYSTEM OF COMBINED HYDRO ENGINE CONTROL

Info

Publication number: RU39923U1
Application number: RU2004111738/22U
Authority: RU
Inventors: В.Г. Рубанов; В.Н. Бондаренко; М.Н. Прокопенко; Е.В. Ветров
Original assignee: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Priority date: 2004-04-19
Filing date: 2004-04-19
Publication date: 2004-08-20

Abstract

Заявляемая полезная модель относится к гидроавтоматике и может быть использована в электрогидравлических системах станков, прессов, летательных аппаратов, промышленных роботов, манипуляторов и т.д. Создание полезной модели направленно на повышение качества управления электрогидравлическими приводами (включая дистанционное и групповое управление), а также на расширение функциональных возможностей системы управления, за счет использования алгоритмической синхронизации процесса управления, путем введения элементов для применения устройства в различных объектах автоматизации. Для повышения качества управления электрогидравлическими приводами (включая дистанционное и групповое управление), а также для расширения функциональных возможностей системы управления предлагается микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем, содержащая усилитель, связанный с приводом регулирующего органа насоса, соединенный гидролиниями с гидродвигателем, с которым связаны датчик положения и датчик скорости. Согласно предлагаемому техническому решению в гидролинии введены датчики давления, выходы которых подключены к первому и второму входам микроконтроллера, при этом его третий вход соединен с выходом датчика положения, пятый вход - с выходом датчика скорости, а второй выход - со входом блока связи с ЭВМ верхнего уровня, связанного первым выходом с ЭВМ верхнего уровня, а вторым - с четвертым входом микроконтроллера, первый выход которого подключен к усилителю.The inventive utility model relates to hydraulic automation and can be used in electro-hydraulic systems of machines, presses, aircraft, industrial robots, manipulators, etc. Creating a utility model is aimed at improving the quality of control of electro-hydraulic drives (including remote and group control), as well as expanding the functionality of the control system through the use of algorithmic synchronization of the control process by introducing elements for using the device in various automation objects. To improve the quality of control of electro-hydraulic drives (including remote and group control), as well as to expand the functionality of the control system, a microcontroller system for combined control of a hydraulic motor is proposed, comprising an amplifier connected to the drive of the pump regulator, connected by hydraulic lines to a hydraulic motor, to which a position sensor and speed sensor. According to the proposed technical solution, pressure gauges are introduced in the hydraulic line, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the microcontroller, while its third input is connected to the output of the position sensor, the fifth input to the output of the speed sensor, and the second output to the input of the upper communication unit the level associated with the first output with a top-level computer, and the second with the fourth input of the microcontroller, the first output of which is connected to the amplifier.

Description

Заявляемая полезная модель относится к гидроавтоматике и может быть использована в электрогидравлических системах станков, прессов, летательных аппаратов, промышленных роботов, манипуляторов и т.д.The inventive utility model relates to hydraulic automation and can be used in electro-hydraulic systems of machines, presses, aircraft, industrial robots, manipulators, etc.

Известен электрогидравлический следящий привод, содержащий последовательно связанные задатчик, сравнивающее устройство, усилитель и привод регулирующего насоса, соединенного гидролиниями с гидромотором, с валом которого соединены датчик скорости и положения, последний из которых подключен к отрицательному входу сравнивающего устройства, датчик перепада давления в гидролиниях и корректирующее устройство, связанное входами с датчиками давления и скорости, а выходом - со входом усилителя [1]. Недостатком этого привода является малая точность, так как компенсация сухого трения осуществляется только при движении гидромотора.A known electro-hydraulic servo drive containing serially connected master, a comparative device, an amplifier and a control pump drive connected by hydraulic lines to a hydraulic motor, the speed and position sensor connected to its shaft, the last of which is connected to the negative input of the comparative device, the differential pressure sensor in the hydraulic lines and corrective a device connected to the inputs with pressure and speed sensors, and the output to the amplifier input [1]. The disadvantage of this drive is its low accuracy, since dry friction compensation is carried out only when the hydraulic motor is moving.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электрогидравлический следящий привод [2], который содержит последовательно связанные задатчик, сравнивающее устройство, усилитель и привод регулирующего органа насоса, соединенного гидролиниями с гидромотором, с валом которого соединены датчики скорости и положения, последний из которых подключен к отрицательному входу сравнивающего устройства, датчик перепада давлений в гидролиниях и корректирующее устройство, связанное входами с датчиками давления и скорости, а выходом - со входом усилителя. Известный электрогидравлический следящий привод, выбранный в качестве прототипа заявляемого привода имеет высокую точность.The closest in technical essence and the achieved effect is an electro-hydraulic servo drive [2], which contains a serially connected adjuster, a comparative device, an amplifier and a drive of a pump regulator connected by hydraulic lines to a hydraulic motor, to the shaft of which speed and position sensors are connected, the last of which is connected to the negative input of the comparison device, the differential pressure sensor in the hydraulic lines and the correction device associated with the inputs to the pressure sensors and speed tee, and the output - with the input of the amplifier. Known electro-hydraulic follow-up drive, selected as a prototype of the inventive drive has high accuracy.

Недостаток известного привода заключается в том, что он не обеспечивает решение следующих важных задач управления: возможности дистанционного управления приводом и группового управления приводами, а также возможности алгоритмической синхронизации процесса управления.A disadvantage of the known drive is that it does not provide the solution to the following important control tasks: the possibility of remote control of the drive and group control of the drives, as well as the possibility of algorithmic synchronization of the control process.

Создание полезной модели направленно на повышение качества управления электрогидравлическими приводами, включая дистанционное управление, а также на расширение функциональных возможностей системы управления, за счет использования алгоритмической синхронизации процесса управления, путем введения элементов для применения устройства в различных объектах автоматизации.The creation of a utility model is aimed at improving the quality of control of electro-hydraulic drives, including remote control, as well as expanding the functionality of the control system through the use of algorithmic synchronization of the control process by introducing elements for using the device in various automation objects.

Это достигается тем, что в микроконтроллерную систему комбинированного управления гидродвигателем, содержащая усилитель, связанный с приводом регулирующего органа, который подключен к насосу, соединенному гидролиниями с гидродвигателем, с которым связаны датчик положения и This is achieved by the fact that in the microcontroller system of combined control of a hydraulic motor containing an amplifier connected to the drive of the regulatory body, which is connected to a pump connected by hydraulic lines to a hydraulic motor to which a position sensor is connected and

датчик скорости, согласно предлагаемому техническому решению в гидролинии введены датчики давления, выходы которых подключены к первому и второму входам микроконтроллера, при этом его третий вход соединен с выходом датчика положения, пятый вход - с выходом датчика скорости, а вторым выходом со входом блока связи с ЭВМ верхнего уровня, связанного первым выходом с ЭВМ верхнего уровня, а вторым с четвертым входом микроконтроллера, первый выход которого подключен к усилителю.speed sensor, according to the proposed technical solution, pressure gauges are introduced in the hydraulic line, the outputs of which are connected to the first and second inputs of the microcontroller, while its third input is connected to the output of the position sensor, the fifth input to the output of the speed sensor, and the second output to the input of the communication unit A top-level computer connected to the first output with a top-level computer, and the second to the fourth input of the microcontroller, the first output of which is connected to an amplifier.

На фигуре изображена микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем.The figure shows a microcontroller system for combined control of a hydraulic motor.

Микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем, показанная на фигуре, содержит микроконтроллер 1, соединенный первым выходом с усилителем 2, связанным с приводом 3 регулирующего органа (на чертеже не показан), который подключен к насосу 4, соединенному гидролиниями 5 и 6 с гидродвигателем 9, например гидроцилиндром, с которым связаны датчик положения 10, выход которого связан с третьим входом микроконтроллера 1, и датчик скорости 11, выход которого связан с пятым входом микроконтроллера 1, причем гидролинии 5 и 6 содержат датчики давления 7 и 8, сигнал с которых поступает на первый и второй входы микроконтроллера 1 соответственно, при этом его второй выход соединен со входом блока связи с ЭВМ верхнего уровня 12, который связан первым выходом с ЭВМ верхнего уровня (на чертеже не показана), а вторым с четвертым входом микроконтроллера 1.The microcontroller system for combined control of the hydraulic motor shown in the figure contains a microcontroller 1 connected to the first output with an amplifier 2 connected to the drive 3 of the regulatory body (not shown in the drawing), which is connected to a pump 4 connected by hydraulic lines 5 and 6 to the hydraulic motor 9, for example a hydraulic cylinder to which a position sensor 10 is connected, the output of which is connected to the third input of the microcontroller 1, and a speed sensor 11, the output of which is connected to the fifth input of the microcontroller 1, and the hydraulic lines 5 and 6 contain pressure sensors 7 and 8, the signal from which is supplied to the first and second inputs of the microcontroller 1, respectively, while its second output is connected to the input of the communication unit with a high-level computer 12, which is connected to the first output with a high-level computer (not shown), and the second with the fourth input of the microcontroller 1.

Блок связи с ЭВМ верхнего уровня 12 предназначен для получения и передачи информации от микроконтроллера 1 на ЭВМ верхнего уровня.The communication unit with the upper level computer 12 is designed to receive and transmit information from the microcontroller 1 to the upper level computer.

Микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем работает следующим образом. Датчики 7 и 8 выдают информацию о давлении в гидролиниях 5 и 6 в микроконтроллер 1 на первый и второй его входы, которые также являются входами его внутреннего аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Сигнал с датчика положения 10 гидродвигателя 9 поступает на третий вход микроконтроллера 1, а с датчика скорости 11 гидродвигателя 9 - на пятый вход микроконтроллера 1, при этом третий и пятый входы микроконтроллера 1 также являются входами его внутреннего АЦП. После преобразования сигналов с датчиков 7, 8, 10 и 11 микроконтроллер 1 передает информацию о давлении в гидролиниях 5, 6, положении и скорости движения гидродвигателя 9 на ЭВМ верхнего уровня через блок связи с ЭВМ верхнего уровня 12.The microcontroller system of combined control of the hydraulic motor operates as follows. Sensors 7 and 8 provide information about the pressure in the hydraulic lines 5 and 6 to the microcontroller 1 at its first and second inputs, which are also inputs of its internal analog-to-digital converter (ADC). The signal from the position sensor 10 of the hydraulic motor 9 is fed to the third input of the microcontroller 1, and from the speed sensor 11 of the hydraulic motor 9 to the fifth input of the microcontroller 1, while the third and fifth inputs of the microcontroller 1 are also inputs of its internal ADC. After converting the signals from the sensors 7, 8, 10 and 11, the microcontroller 1 transmits information about the pressure in the hydraulic lines 5, 6, the position and speed of the hydraulic motor 9 to the upper level computers through the communication unit with the upper level computers 12.

Система построена как стандартная двухконтурная система автоматического регулирования [3]. В микроконтроллерной системе комбинированного управления гидродвигателем главным контуров регулирования является контур регулирования положения гидродвигателя 9, а внутренним контуром является контур регулирования скорости движения гидродвигателя 9. Сигнал с датчика положения 10 в микроконтроллере 1 сравнивается с заданным положением гидродвигателя 9 и если он не соответствует положению заданному в The system is built as a standard dual-circuit automatic control system [3]. In the microcontroller system for combined control of the hydraulic motor, the main control loop is the position control circuit of the hydraulic motor 9, and the internal circuit is the speed control loop of the hydraulic motor 9. The signal from the position sensor 10 in the microcontroller 1 is compared with the specified position of the hydraulic motor 9 and if it does not correspond to the position specified in

микроконтроллере 1 или если поступает сигнал на выполнение программы изменения положения гидродвигателя 9 от ЭВМ верхнего уровня, то в микроконтроллере 1 сигнал равный разности между требуемым и фактическим значением положения гидродвигателя 9 поступает на регулятор положения (реализуемый программно в микроконтроллере 1). Сигнал с датчика скорости 11 в микроконтроллере 1 сравнивается с выходным сигналом регулятора положения, являющегося сигналом задания требуемой скорости перемещения гидродвигателя 9, и если он не соответствует требуемой скорости гидроцилиндра 9, то в микроконтроллере 1 сигнал равный разности между требуемым и фактическим значением скорости гидродвигателя 9 поступает на регулятор скорости (также программно реализуемый в микроконтроллере 1). Сигнал с выхода регулятора скорости выдается через первый выход микроконтроллера 1, являющийся выходом его внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), и поступает на усилитель 2, который усиливает управляющий сигнал и подает его на привод 3 регулирующего органа насоса 4, при этом последний изменяет свою подачу, вследствие чего изменяется давление в гидролиниях 5 и 6, а гидродвигатель 9 перемещается в сторону уменьшения сигнала рассогласования между заданным положением гидродвигателя 9 и сигналом датчика положения 10. Система построенная данным образом обладает высоким быстродействием и точностью, зависящей только от точности датчика положения 10, т.к. скорость гидродвигателя 9 зависит от сигнала разности между требуемым и фактическим значением положения гидродвигателя 9.microcontroller 1 or if a signal is received to execute the program for changing the position of the hydraulic motor 9 from the upper-level computer, then in microcontroller 1 a signal equal to the difference between the required and actual value of the position of the hydraulic motor 9 is fed to the position controller (implemented programmatically in microcontroller 1). The signal from the speed sensor 11 in the microcontroller 1 is compared with the output signal of the position controller, which is a signal for setting the required speed of the hydraulic motor 9, and if it does not correspond to the required speed of the hydraulic cylinder 9, then in the microcontroller 1 a signal equal to the difference between the required and actual value of the speed of the hydraulic motor 9 is received to the speed controller (also software implemented in microcontroller 1). The signal from the output of the speed controller is issued through the first output of the microcontroller 1, which is the output of its internal digital-to-analog converter (DAC), and is fed to an amplifier 2, which amplifies the control signal and feeds it to the drive 3 of the regulating body of the pump 4, while the latter changes its supply, as a result of which the pressure in the hydraulic lines 5 and 6 changes, and the hydraulic motor 9 moves in the direction of decreasing the error signal between the given position of the hydraulic motor 9 and the signal of the position sensor 10. The system is built This method has high speed and accuracy, depending only on the accuracy of the position sensor 10, because the speed of the hydraulic motor 9 depends on the signal of the difference between the desired and actual value of the position of the hydraulic motor 9.

Одновременно с этим в гидролиниях 5 и 6 датчиками 7 и 8 измеряется давление, и полученные сигналы поступают в микроконтроллер 1, информация о положении и скорости гидродвигателя 9, а также о давлении в гидролиниях 5 и 6, также поступает на ЭВМ верхнего уровня. Микроконтроллер 1 вырабатывает управляющий сигнал до тех пор, пока гидродвигателя 9 не будет равно заданному, что соответствует прекращению подачи управляющего сигнала от микроконтроллера 1 на усилитель 2. Если в одной из гидролиний 5 или 6 возникнет давление, определяющееся пользователем, при котором возможна авария, то микроконтроллер 1 прекращает подачу управляющего сигнала на усилитель 2, а также посылает сигнал об опасном давлении в силовых гидролиниях 5 или 6 на ЭВМ верхнего уровня.At the same time, pressure is measured in hydraulic lines 5 and 6 by sensors 7 and 8, and the received signals are sent to microcontroller 1, information about the position and speed of hydraulic motor 9, as well as pressure in hydraulic lines 5 and 6, is also fed to the upper level computer. The microcontroller 1 generates a control signal until the hydraulic motor 9 is equal to the specified one, which corresponds to the termination of the supply of the control signal from the microcontroller 1 to the amplifier 2. If a user-defined pressure occurs in one of the hydraulic lines 5 or 6, at which an accident can occur, then microcontroller 1 stops the supply of a control signal to amplifier 2, and also sends a signal about the dangerous pressure in the power lines 5 or 6 to the upper-level computer.

Связь с ЭВМ верхнего уровня осуществляется микроконтроллером 1 через последовательный интерфейс по двухпроводной витой паре путем усиления и согласования сигналов по мощности в блоке связи с ЭВМ верхнего уровня 2. С ЭВМ верхнего уровня, при желании пользователя, возможно изменять задание положения гидродвигателя 9, кроме того, на нем, при желании пользователя, могут создаваться файлы отчета о давлении в гидролиниях 5 и 6, а также о положении гидродвигателя 9 в процессе работы привода.Communication with the upper-level computer is carried out by the microcontroller 1 through a serial interface over a twisted-pair wire by amplifying and matching power signals in the communication unit with the upper-level computer 2. With the upper-level computer, if the user wishes, it is possible to change the position setting of the hydraulic motor 9, in addition, on it, if the user so desires, report files can be created on the pressure in the hydraulic lines 5 and 6, as well as on the position of the hydraulic motor 9 during the operation of the drive.

Использование предлагаемой микроконтроллерной системы комбинированного управления гидродвигателем позволяет по сравнению с существующим прототипом повысить качество управления электрогидравлическими Using the proposed microcontroller system for combined control of a hydraulic motor allows, in comparison with the existing prototype, to improve the quality of control of electro-hydraulic

приводами, включая дистанционное управление, а также расширить функциональные возможности системы управления, за счет использования алгоритмической синхронизации процесса управления, путем введения элементов для применения устройства в различных объектах автоматизации, таких как гидроприводы прессов, станков, роботов и т.п., а также создания на ее базе распределенных систем автоматического управления.drives, including remote control, as well as expanding the functionality of the control system, through the use of algorithmic synchronization of the control process, by introducing elements for using the device in various automation objects, such as hydraulic drives of presses, machine tools, robots, etc., as well as creating based on it distributed automatic control systems.

Список использованной литературыList of references

1. Авторское свидетельство СССР №928093, кл. F 15 В 9/03, 1981.1. USSR author's certificate No. 928093, cl. F 15 B 9/03, 1981.

2. Авторское свидетельство СССР №1105700, кл. F 15 В 9/03, 1984, (прототип).2. Copyright certificate of the USSR No. 1105700, cl. F 15 B 9/03, 1984, (prototype).

3. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г.Дудникова. - М.: Химия, 1987. С.41-43.3. Automatic control in the chemical industry: Textbook for universities. Ed. E.G. Dudnikova. - M .: Chemistry, 1987.P.41-43.

Claims

A microcontroller system for combined control of a hydraulic motor, comprising an amplifier connected to a regulator drive, which is connected to a pump connected by hydraulic lines to a hydraulic motor, to which a position sensor and a speed sensor are connected, characterized in that the hydraulic lines comprise pressure sensors, the outputs of which are connected to the first and second the inputs of the microcontroller, while its third input is connected to the output of the position sensor, the fifth input to the output of the speed sensor, and the second output to the input of the communication unit with A top-level computer connected to the first output with a top-level computer, and the second to the fourth input of the microcontroller, the first output of which is connected to an amplifier.