SU1012194A1

SU1012194A1 - Tracking system having backlash

Info

Publication number: SU1012194A1
Application number: SU813369365A
Authority: SU
Inventors: Владимир Борисович Клепиков; Олег Иванович Потепух; Павел Васильевич Барыльский; Александр Николаевич Голоколос; Анатолий Сергеевич Карлюка; Валерий Сергеевич Литвиненко
Original assignee: Харьковский Ордена Ленина Политехнический Институт Им.В.И.Ленина; Производственно-Техническое Предприятие По Ремонту И Наладке Электроэнергетического Оборудования
Priority date: 1981-12-25
Filing date: 1981-12-25
Publication date: 1983-04-15

Abstract

СЛЕДЯШАЯ СИСТЕМА С. ЛЮ4ГГОМ, содержаща блок сравнени , первый ВХОД которого вл етс входом системы, первый и второй сумматоры, регул тор скорости, двигатель с датчи ком угла, соединенный с объектом ущзвьлени с датчиком угла, дифференциатор и первый, нелинейный элемент типа На- . сыщение, при эт,ом выход, датчика угла объекта управлени соединен с вторым ВХОДОМ блока сравнени и с первым входом второго сумматора, второй вход которого св зан с выходом датчика угла двигател , а ВЫХОД второго сумматора подключен к перветлу входу первого нелинвй ного элемента типа Насыщение, о т - личающа с тем,, что, с пелью повышени точности работы састемы преимущественно при быстро мен ющихс ВХОДНЫХ воздействи х, В нее введены второй нелинейный элемент типа На- сыщение, усилитель-инвертор и трегвй сумматор, при этом выход второго сумг матора через последовательно соегас в ные дифференциатор и усилитель-внвер Ор св зан с вторым ВХОДОМ второго ве вн нейного элемента типа Насыщение, (Л пе1:гаый вход которого подключен к выходу блока сравнега , а выход соединен с первым ВХОДОМ 1шрвого сумматора, выход которого через регул тор скорости сов нен с ВХОДОМ двигател , ща &amp;л выход дифференциатора подключен к ыюрому ВХОДУ первого нелинейаотч} элемента типа Насыщение и к первсму вкоду третьего сумматора, второй вход которого сввэав с Евыходом первого нвлинейюго элемевта ю а ВЫХОД подключен к второму входу перJBOro суммат ч«. QD 1The MONITOR SYSTEM S.LJ4GGOM, containing a comparison unit, the first INPUT of which is the system input, the first and second adders, the speed regulator, the engine with the angle sensor connected to the object of an impingement with the angle sensor, the differentiator and the first non-linear element of the type . the saturation, at this output output, of the angle sensor of the control object is connected to the second INPUT of the comparator unit and to the first input of the second adder, the second input of which is connected to the output of the engine angle sensor, and the OUTPUT of the second adder is connected to the input of the first nonlinear Saturation type element , t is different in that, with the aim of improving the accuracy of the system operation, predominantly under fast-varying INPUT effects, a second nonlinear element of the Saturation type, an amplifier-inverter and a three-dimensional adder are introduced into it, with the output The second summer is connected via a successively different differentiator and amplifier-output connected to the second INPUT of the second linear element of the Saturation type, (L the first input of which is connected to the output of the comparator unit, and the output is connected to the first INPUT of the 1 totalizer, output which, through the speed controller, is connected to the INPUT of the engine, the amp & l output of the differentiator is connected to the source INPUT of the first non-linear element of the Saturation type and to the first side of the third adder, the second input of which is connected to the first output of the first level The first element of the output is connected to the second input of the first JBOro sum h. QD 1

Description

1 Изобретение относитс к автоматичес кому регулированию и может быть испол зовано в след щих системах с люфтом в механической передаче, дл которЬ1х автс 1обильный режим вл етс недопуотимым . Известен след щий привод, содержащий последовательно соединенный элемент сравнени , блок определени знака усилитель-преобразователь, нагрузку, датчик положени нагрузки, выход которого подключен ко входу элемента сравнени , а также цепь из последовательно включенных корректора люфта, ключевог элемента, управл ющий вход которого свдэан с выходом двигател , сумматора и блока умножени , на выходе которого формируетс сигнал, формирующий прохй дени люфта. Такое построение системы позвол ет осуществл ть компенсацию люфта при медленно мен ющихс входных воздействи х Е1J. Однако така система имеет р д су-. щественнь1х недостатков. Во-первых, сигнал, форсирующий прохождение люфта, вырабатываетс в течение посто нного времени. А дл устройств с переменным моментом инерции (например работы-манипул торы, крановые механизмы, штабелеры и т.п.) это врем должно быть величиной измен ющейс . Во вторых, корректиру Ьщий сигнал дл отработки люфта имеет релейную характеристику . Поэтому при отработке люфта возникают автоколебани в системе . Все это приводит к низкой точности указанной системы. Известна также след ща система с нелинейной коррекцией, содержаща регул тор , двигатель,, охваченный жесткой об ратной св зью, редуктор с нелинейностью типа люфта, и объект, а, также модель двигател и нелинейную корректирующую цепь, состо щую из последовательно включенных дифференциатора и релейного элемента, на вход которого поступает сигнал ошибки системы, а выход соединен со входом двигател 2 . При таком построении системы выходной сигнал нелинейной корректирующей цепи достаточно быстро перемещает вал двигател в зоне люфта. Однако релейна характеристика этого сигнала приводит к неконтролируемым движени м вала двига гел внутри эотл люфта. При этом вал двигател , облада определенной энерГЕей , осуществл ет силовые момевт|9 1е 642 воздействи на вал объекта управлени , что приводит к автоколебащюм в системе и снижает точность работы. Кроме того, данна след ща система позвол ет осуществл ть компенсацию люфта лишь , дл медленно мен ющихс входных воэдёйствий . При быстрых изменени х входгного сигнала во врем отработки люфта сигнал задани , складыва сь с коррект рующим сигналом, может достичь значительной величины, что приводит к увеличению динамических нагрузок и снижает точность системы. Наиболее близкой к изобретению по . технической сущности и достигаемому эффекту вл етс след ща система с люфтом, содержаща последовательно соединенные блок сравнени , регул тор скорости, первый сумматор, двигатель с датчиком угла, объект управлени с датчиком угла, а также второй сумматор, на выходе которого формируетс сигнал рассогласовани между углами поворота валов -двт ател и объекта управлени , который подаетс на вход нелинейного корректирующего звена, состо щего из последовательно соединенных нелинейного элемента типа Насыщение и дифференциатора , причем выход этого звена соединен со входом датчика угла двигате- л . Недостатком вл етс то, что процесс компенсации люфта в конце отработки зат гиваетс , ибо коэффициент усилени нелинейного элемента типа Насыщение остаетс неизменным, что отрицательно вли ет на точность работы системы. Кроме того, при увеличении скорости изм&нени входного сигнала сигнал задани в совокупности с корректирующим сирна .т(Ы может дост.ичь недопустимо большой величиш 1, что приводит к увеличению динамических нагрузок и снижению точности системы. Цель изобретени - повышение точности след щей системы преимущественно при быстро мен ющихс входных возде2Ьстви х . Поставленна цель достигаетс тем, что в след щую систему с люфтом, содержащую блок сравнени ,первый вход которого вл етс входом системы, первый в второй сумматоры, регул тор скорости, авкг&гелъ с датчиком угла, соединенный с объектом управлени с датчикс д угла, дифференциатор и нелинейный элемент типа Насыщение, при этом выходдатчика угла объекта управле н со&динен с вторым входом блока сравнени 1 The invention relates to automatic regulation and can be used in servo systems with backlash in a mechanical transmission for which the auto mode is unacceptable. The following drive is known, containing a series-connected comparison element, an amplifier-converter unit, a load, a load position sensor, the output of which is connected to the input of the comparison element, as well as a circuit consisting of a backlash corrector in series, a key element whose control input is connected to the output of the engine, the adder and the multiplier unit, at the output of which a signal is formed that forms the output of the play. Such a construction of the system makes it possible to compensate for the backlash with slowly varying input influences E1J. However, such a system has a number of su -. substantial deficiencies. First, the signal that forces the passage of the backlash is generated during a constant time. And for devices with a variable moment of inertia (for example, work-manipulators, crane mechanisms, stackers, etc.) this time should be a variable value. Secondly, the correction signal for testing the backlash has a relay characteristic. Therefore, when working out the backlash, self-oscillations occur in the system. All this leads to low accuracy of the specified system. Also known is the following system with nonlinear correction, comprising a controller, a motor covered by a rigid feedback, a reducer with a non-linearity of the backlash type, and an object, as well as a model of the engine and a nonlinear correction circuit consisting of a series-connected differentiator and relay element, the input of which receives a system error signal, and the output is connected to the input of the engine 2. With this construction of the system, the output signal of the non-linear correction circuit moves the motor shaft in the backlash zone rather quickly. However, the relay characteristic of this signal leads to uncontrolled movements of the shaft of the motor gel inside the gap. In this case, the motor shaft, having a certain energy, carries the force momentum on the shaft of the control object, which leads to auto-oscillation in the system and reduces the accuracy of operation. In addition, this tracking system allows for backlash compensation only for slowly varying input effects. With rapid changes in the input signal during the backlash processing, the reference signal, adding to the correction signal, can reach a considerable amount, which leads to an increase in dynamic loads and reduces the accuracy of the system. Closest to the invention by. the technical essence and the achieved effect is a backlash system with a backlash, comprising a series-connected comparison unit, a speed controller, a first adder, a motor with an angle sensor, a control object with an angle sensor, and a second adder, at the output of which the error signal between the angles is generated rotation of the shafts -dvt of atel and the control object, which is fed to the input of a non-linear corrective element consisting of a series-connected non-linear element of the Saturation type and a differentiator, The output of this link is connected to the input of the engine angle sensor. The disadvantage is that the backlash compensation process at the end of mining is delayed, since the gain of the nonlinear element of the Saturation type remains unchanged, which negatively affects the accuracy of the system. In addition, with an increase in the measurement rate of the input signal, the reference signal in conjunction with the corrective sirn (t may increase to an unacceptably large value of 1, which leads to an increase in dynamic loads and a decrease in the accuracy of the system. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the tracking system Preferably, with rapidly varying inputs. The goal is achieved by the fact that in a backlash system containing a comparison unit, the first input of which is the input of the system, the first to the second adders, the controller speed, avkg & gel with angle sensor, connected to the control object with angle sensor, differentiator and nonlinear element of the Saturation type, with the output of the angle sensor of the object being controlled from & dinen with the second input of the comparison unit

и с первым входом второго сумматора, второй вход которого св зан с выходом датчшса угла двигател , а выход второго сумматора подкточен к первому входупервого нелинейного элемента типа На- сыщение, дополнительно введены второй нелинейный элемент типа Насыщение, усилитель-инвертор и третий сумматор. При этом выход второго сумматора через последовательно соединенные дифферешш атор и усилитель-инвертор cBssaH с Вторым входом второго иепинвй1юго элеме та типа Насыщение , первый вход которого подключен к выходу блока сравнени , а выход соединен с первым входс 4 первого сумматора, выход которого через регутштор скорости соединен с входом двигател , причем выход дифференциатора подключен к второму входу первого нелинейного элемента типа Насыщение и к первому входу третьего сумматора, второй вход которого св зан с выходом первого нелинейного элемента, а выход подключен к вторсму входу первогю сумматора . and with the first input of the second adder, the second input of which is connected with the output of the motor angle, and the output of the second adder is connected to the first input of the first nonlinear element of the Saturation type, a second nonlinear element of the Saturation type, an amplifier-inverter and a third adder are additionally introduced. At the same time, the output of the second adder is connected through the series-connected differential and the amplifier-inverter cBssaH with the second input of the second saturation element, the first input of which is connected to the output of the comparator and the output is connected to the first input 4 of the first adder, the output of which is connected through the speed regulator with the input of the engine, the output of the differentiator is connected to the second input of the first nonlinear element of the Saturation type and to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the first nonlinear th element, and an output connected to the input vtorsmu pervogyu adder.

Такое построение системы позвол ет получить форсирующий сигнал, имеющий не только пропорциональную скорости изменени люфта составл ющую, создаваемую с помощью дифференциатора, аи составл ющую, пропорциональную величине люфта. Это составл юща сигнала форм1 руетс при подключении второго .управл ющего входа первого нелинейного элемента типа Насыщение. Обе упом нутые составл ющие суммируютс на в&еденн( «( третьем сумматоре, а затем через первый сумматор и регул тор скорости поступают на форсиру отработку та. Введение в систему второго непинейвого элемента типа Насыщение, второй управл ющий вход которо1х соединен с выходом дифференциатора через усилитета инвертор, позЁоп ет обеспечить ограничение сигнала ошибки, вл ющегос резупь тат (4 сравнени сигнала задани и сиг нала обратной св зи. При быстро измен ющихс входных воздействи х сигнал ошибки может достичь большой вепичивы и вместе с форсирующим сигналом может приве лИ к насыщению регул тора скороо ти. Such a construction of the system makes it possible to obtain a forcing signal that has not only a component proportional to the rate of change of the backlash, which is created using a differentiator, but also a component proportional to the amount of backlash. This component of the signal is formed when the second control input of the first nonlinear element of the Saturation type is connected. Both components are summed up in & ("(the third adder, and then through the first adder and speed controller are fed to the forcingor test. Introduction to the system of the second non-direct element of the Saturation type, the second control input is connected to the output of the differentiator through the inverter, it is possible to limit the error signal, which is the result of the tat (4 comparisons of the reference signal and feedback signal. With rapidly changing input effects, the error signal can reach a large number Together with the forcing signal, you can lead to saturation of the rate regulator.

В начальный момент отработки люфта уровень ограничени сигнала ошибки увеличиваетс , а к концу отработки умеш щаетс , исключа тем самым насыщеиие регул тора скорости, а следовательно уменьша динамические нагрузки в механооборудовании , исключа автоколебани и повыша точность системы.At the initial moment of the backlash working out, the level of the error signal limitation increases, and by the end of the working out it is mixed, thereby eliminating the saturation of the speed regulator, and therefore reducing the dynamic loads in the machinery, eliminating auto-oscillations and increasing the accuracy of the system.

На чертеже изображена структурна схема след щей системы с люфтом.The drawing shows a block diagram of a backlash system with backlash.

Система содержит блок 1 сравнени , первый вход которого вл етс входом системы, а выход соединен с первым входсм второго нелинейного элемента 2 типа Насыщение Выход элемента 2 поА-. ключей к первому входу первого суммам тора 3, выход которого чер регул тор 4 скорости св зан с входом двигател ;5 -с датчиком угла 6. Выходной вал двигател 5 механически св зан с входным валом объекта управлени 7 с дат-: чиком угла 8. Выход датчика угла 8 объекта управлени 7 подключен к второму входу блока 1 сравнени , а.также к первсжлу входу второго сумматора 9, . выход которого св зан с входом дифференциатора 10 и первым входом первого нелинейного элемента 11 типа Насыщение . Выход дифференциатора 1О соединен с вторым входом нелинейного элеме1рн та 11, входом усилител -инвертора 12 и первым входом третьего сумматора 13, второй ESioa которого св зан с выходом Первого нелинейного элемента 11. Выход I третьего сумматора 13 соединен со вторым входом первого сумматора.3, а вы ,ход усилител -инвертора 12 подключен JXO второму входу второго нелинейного «элемента 2 типа Насыщение.The system contains a comparison unit 1, the first input of which is the system input, and the output is connected to the first input cm of the second nonlinear element 2 of the Saturation type. The output of the element 2 is A-A. keys to the first input of the first sum of the torus 3, the output of which is connected to the engine input; 5 -c angle sensor 6. The output shaft of the engine 5 is mechanically connected with the input shaft of the control object 7 with the angle sensor 8. The output of the angle sensor 8 of the control object 7 is connected to the second input of the comparison unit 1, as well as to the first input of the second adder 9,. the output of which is connected to the input of the differentiator 10 and the first input of the first nonlinear element 11 of the Saturation type. The output of the differentiator 1O is connected to the second input of the nonlinear element 11, the input of the amplifier-inverter 12 and the first input of the third adder 13, the second ESioa of which is connected to the output of the First nonlinear element 11. The output I of the third adder 13 is connected to the second input of the first adder. and you, the turn of the amplifier-inverter 12 is connected JXO to the second input of the second nonlinear "element 2 of the Saturation type.

След ща система с люфтом работает следующим образом.The following backlash system works as follows.

Сигнал эадаюш через последовательно соединеннь1е блок 1 сравнени , нелинейный элемент 2, сукшатор. 3 и регул тор 4 скорости поступает на двюпатепь 5. На выходах датчиков угла 6 и 8 двигател 5 и объекта управлени 7 происходит и: енение во времени сигналов, соответствующих углам поворота валов . двигател и объекта управлени . При этом люфт объекта управлени 7 выбрав и на выходе сумматора 8 сигнал отсут ствует. На выходах дифференциатора 1О и нелинейного элемента 11 сигвалы так же отсутствуют, поэтому форсируктвй сигнал на выходе сумматора 13 равен вулю. При нулевом сигнале иа входе усЕлитеп -вввертЬра 12 его выходвой сигнал, поступаюпохй ва второй ynpaBiisi юший вход нелинейвого элемевта 2, будет максимальным. Выходвой сигнал с объевта управлени 7 поступает ва второй вхо блока. 1 сраввени , заьшка лаввую об; ратную св зь. На первый вход блока 1. подаетс сигнал заданва, и в результатеThe signal is transmitted through a series-connected comparison unit 1, a non-linear element 2, and a succinator. 3 and the speed controller 4 goes to two paths 5. At the outputs of the angle sensors 6 and 8 of the engine 5 and the control object 7, the following occurs: • the timing of the signals corresponding to the angles of rotation of the shafts. engine and control object. In this case, the play of the control object 7 by selecting and at the output of the adder 8 is absent. At the outputs of the 1O differentiator and the nonlinear element 11, the segals are also absent, therefore the force signal at the output of the adder 13 is equal to the woole. When the signal is zero and the input is set to the end of its output, the second input of the non-linear element 2 will be maximum. The output signal from the control unit 7 enters the second input block. 1 sravveni, lavvuyu about obes; military communication. At the first input of unit 1. a signal is given, and as a result

Claims

NEXT SYSTEM C. LUFT, containing a comparison unit, the first input of which is the input of the system, the first and second adders, a speed controller, an engine with an angle sensor, connected to the control object with an angle sensor, a differentiator and a first non-linear element of the Saturation type, with an echo output, angle detector 'management object is connected to the ^J input of the second comparator and the first input of the second adder, the second input cerned κοτο-i connected to the output of the engine angle sensor, and the output of the second adder is connected to the first input of the first nonlinear Foot element type saturation of m - kicks in that, in order to increase the accuracy of the system primarily for rapidly changing input actions, it introduced a second non-linear element such saturation, the amplifier-inverter, and a third adder, the output of the second sum; Mator through series-connected! The differentiator and amplifier-inverter are connected to the second input of the second non-linear element of the Saturation type, the first input of which is connected to the output of the comparison unit, and the output is connected to the first input of the first adder, the output of which is connected through the speed controller to the motor input, and the output of the differentiator is connected to the second the input of the first non-linear element of type 'Saturation' and to the first input of the third adder, the second input of which is connected to the output of the first non-linear element / and the output is connected to the second input of the feather sum torus.

10121 & 4