SU1508015A1

SU1508015A1 - Позиционный пневматический привод

Info

Publication number: SU1508015A1
Application number: SU884370007A
Authority: SU
Inventors: Олег Николаевич Трифонов; Светлана Вениаминовна Угорова; Александр Иванович Евдокимов; Константин Иванович Зуев
Original assignee: Владимирский политехнический институт
Priority date: 1988-01-28
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1989-09-15

Abstract

Изобретение предназначено дл использовани в технологическом оборудовании. Цель изобретени - улучшение динамических характеристик, повышение точности позиционировани и ресурса работы. Позиционный пневматический привод содержит силовой пневмоцилиндр 1, установленный на основании 6, демпфирующий гидроцилиндр 17, шток 15 которого жестко св зан со штоком 2 пневмоцилиндра 1, а полости 18, 19 сообщены через дросселирующий распределитель 22, фрикционные тормозные устройства 4, 25, размещенные на основании 6 с возможностью взаимодействи соответственно со штоком 2 и корпусом 23 гидроцилиндра 17, и управл ющее устройство 13, которое может быть выполнено в виде ЭВМ.Изобретение позвол ет снизить ударные нагрузки и получить высокую точность позиционировани , поскольку окончательное торможение и выход на координату осуществл етс тормозным устройством 4 с "ползучей" скорости, а не с рабочей. Введение управлени с самообучением, при котором привод сам по предложенному алгоритму корректирует начало торможени с учетом прошлых ошибок в отработке координат, значительно увеличивает точность привода при простоте построени устройства 13. 1 ил.

Description

C7t

о

00

о ел

hjj

/t,

:

a y j -v-jjy,-

hjj

Изобретение относитс к машиностроению , в частности к средствам пневмоавтоматики , и может быть использовано в приводах промышленных роботов, автоматов и автооператоров.

Целью изобретени вл етс улучшение динамических характеристик, повышение точности позиционировани и ресурса работы .

На чертеже представлена принципиальна схема привода.10

Позиционный пневматический привод состоит из силового лневмоцилиндра 1, шток 2 которого соединен с подвижным звеном 3 фрикционного тормозного устройства 4, корпус 5 которого механически соединен с осно- |г распределитель 11 и включаютс распреде- ванием 6 силового пневмоцилиндра 1, рас-лители 12, 22. Элемент 24 растормаживаетс

пределителей 7-12, управл ющего устрой- и корпус 23 гидроцилиндра 17 под действием ства 13, датчика 14 обратной св зи переме-пружин 20, 21 занимает среднее положение

щений и скорости. Шток 2 св зан со што-относительно поршн 16.

Hev: 16 через дросселирующий распределитель 22 перемещаетс в полость 18. На поршне 16 создаетс перепад давлений и встречна тормозна сила.

Происходит интенсивное торможение, скорость выходного штока 2 падает до «ползучей скорости и при достижении второй координаты торможени х выключаетс распределитель 10 и включаетс распределитель 9, звено 3 тормозитс усилием пружины 36 и силой от давлени в верхней полости тормозного устройства 4, скорость штока 2 падает до нул и он останавливаетс в координате , близкой к заданной по программе, хПосле остановки штока 2 выключаетс

ком 15 и поршнем 16 демпфирующего гидроцилиндра 17, полости 18 и 19 которого содержат возвратные пружины 20 и 21 и соединены между собой через дросселирующий распределитель 22, а корпус 23 механически св зан с подвижным элементом 24 дополнительного фрикционного тормозного устройства 25, корпус 26 которого также св зан с основанием 6 силового пневмогид- роцилиндра 1. Управл ющее устройство 13 соединено с распределител ми 7-12, 22 и датчиком 14 каналами 27-34. Фрикционные тормозные устройства 4 и 25 содержат тормозные пружины 35 и 36.

Работа пневматического позиционного привода заключаетс в следующем.

В исходном состо нии распределители 7-II отключены 12, 22 включены, т. е. есть сигналы 33, 34. При этом силовой пнев- моцилиндр находитс под атмосферным давлением , а звено 3 действием пружины 36 заторможено. Следовательно, застопорен и шток 2, элемент 24 под действием давлени в верхней полости тормозного устройства 25 расторможен и корпус 23 гидроцилиндра 17 пружинами 20, 21 выставлен в нейтральное положение, относительно поршн 16.

При подаче от управл ющего устройства 13 сигнала, например, 28 на распределитель 7 лева полость (на чертеже не обозначено ) пневмоцилиндра 1 заполн етс сжатым воздухом, LUTOK 2 начинает перемещатьс вправо (по чертежу), с датчика 14 в устройство 13 поступает сигнал 27, пропорциональный линейному перемещению и скорости П1тока 2. При этом элемент 24, корлус 23 гидроцилиндра 17 перемещаетс совместно с поршнем 16. Когда шток 2 достигает координаты начала торможени л .р, она определ етс устройством -13, распределители 12, 22 отключаютс , а распределитель 11 включаетс , при этом элемент 24 под действием пружины 35 и давлени в нижней полости тормозного устройства 25 стопоритс , корпус 23 останавливаетс , жидкость из полости 19 гидроцилиндра 17 движущимс порщ25

Возможна схема с одним дросселем без

20 распределител 22, это упрощает схему, но увеличивает врем возврата гидроцилиндра 17 .в исходное положение, кроме того, измен при сн тии сигнал 34 по определ ен- ному закону во времени при переходе поршн- ному закону во времени при переходе пррш- н 2 в координату х, можно добитьс плавного уменьшени площади дроссел и нужного закона торможени щтока 2, что исключает также удары при торможении.

Управление приводом осуществл етс

30 управл ющим устройством 13, которое может быть выполнено в виде ЭВМ.

Управл ющее устройство 13 выполн ет две функции: функцию программного позиционного управлени приводом и функцию определени в режиме самообучени в про35 цессе выхода на координаты, координаты начала торможени х Программное управление осуществл етс по записанной в пам ть ЭВМ информации по координатам, которые выходной шток 2 в различных тактах должно отработать. Это

традиционна функци управлени управл ющих устройств позиционных приводов. При этом в устройстве управлени 13 осуществл етс (в каждом такте работы привода ) сравнение информации, записанной

дс в пам ть, с информацией с датчика 14 обратной св зи и при совпадении этой инфор- . мации выходной щток 2 привода должен остановитьс .

Точность отработки координат зависит 50 от многих факторов: стабильности сил трени , перемещаемых масс, температур, давлений , запаздываний и т. д. Учитыва то, что позиционный привод работает в системах программного управлени и заранее по техпроцессу известны координаты выходного 55 щтока 2, последовательность их смены и перемещаемые массы, алгоритм управлени осуществл етс в режиме самообучени ЭВМ, при котором координаты начала торможени х определ етс по зависимости:

распределитель 11 и включаютс распреде- лители 12, 22. Элемент 24 растормаживаетс

относительно поршн 16.

5

Возможна схема с одним дросселем без

0 распределител 22, это упрощает схему, но увеличивает врем возврата гидроцилиндра 17 .в исходное положение, кроме того, измен при сн тии сигнал 34 по определ ен- ному закону во времени при переходе поршн- ному закону во времени при переходе пррш- н 2 в координату х, можно добитьс плавного уменьшени площади дроссел и нужного закона торможени щтока 2, что исключает также удары при торможении.

Управление приводом осуществл етс

0 управл ющим устройством 13, которое может быть выполнено в виде ЭВМ.

Управл ющее устройство 13 выполн ет две функции: функцию программного позиционного управлени приводом и функцию определени в режиме самообучени в про5 цессе выхода на координаты, координаты начала торможени х Программное управление осуществл етс по записанной в пам ть ЭВМ информации по координатам, которые выходной шток 2 в различных тактах должно отработать. Это

с в пам ть, с информацией с датчика 14 обратной св зи и при совпадении этой инфор- . мации выходной щток 2 привода должен остановитьс .

Точность отработки координат зависит 0 от многих факторов: стабильности сил трени , перемещаемых масс, температур, давлений , запаздываний и т. д. Учитыва то, что позиционный привод работает в системах программного управлени и заранее по техпроцессу известны координаты выходного 5 щтока 2, последовательность их смены и перемещаемые массы, алгоритм управлени осуществл етс в режиме самообучени ЭВМ, при котором координаты начала торможени х определ етс по зависимости:

10

,- -i-&Xi t,

где Av/ - координата начала торможени при очередной отработке конкретной координаты с конкретного исходного состо ни выходного штока 2;

л,-, - координата начала торможени при отработке той же координаты с того же исходного состо ни выходного звена в ближайшем предыдущем такте отработки координаты;

Ад:,-, - величина пробега (знак минус) координаты или величина недохода (знак плюс) координаты в ближайшем предыдущем такте отра- 15 ботки этой же- координаты (знаки перед Дл:,-1 мен ютс на обратные при подходе к координате с обратной стороны;

/ - номер очередного гакта

Причем Хг,Хт2-1 Х-Хп.т.,

Сдех -координата, которую должен отработать выходной шток 2 привода; jcn.T. - путь торможени , который получаетс из статических расчетов привода при максимальной силе торможени гидроцилиндра 17 и при заведомо минимальном запаздывании распределителей 11, 22. Это обеспечивает гарантированный пробег координаты при первой отработке приводом конкретной координаты и выход после пуска на режим самообучени - автоматической коррекции от такта к такту координаты начала торможени с учетом ошибки отработки конкретной координаты в ближай- щем прошлом. Расчетна величина хп.т. вводитс при программировании координат в ЭВМ.

При пуске привода в режиме самообучени первое торможение, а именно срабатывание распределител 11 и включение раснейщих отработка;, сдвига начало торможени в ту или другую сторону, т. е. в течение короткого времени параметры привода (коэффициенты трени , температура, износ и т. д.) измен ютс ничтожно мало, то это делает возможность получить высокую точность привода как в этот период, так и в процессе всей эксплуатации привода, контролиру и корректиру их вли ние на точность привода.

Предложенный способ управлени не требует большого объема пам ти ЭВМ, освобождает от необходимости вводить в ЭВМ характеристики .множества измен ющихс параметров, вли юших на -точность.

Процесс начального обучени привода по 3-5 тактов на координату с различными м.ассами и с выходом его на максимальную точность позиционировани составл ет несколько минут, дальше работа осуществл етс автоматически. Каждой координате 20 с каждой массой соответствует сво чейка питани ЭВМ. При определении второй координаты начала торможени jfr также в режиме самообучени точность привода возрастает .

25

30

35

Дл того, чтобы координата начала торможени «не ушла в сторону, предусмотрен сдвиг по программе Длго этой координаты в сторону пробега при каждом такте или через р д тактов на несколько долей пол отработки координаты , 1 мм - программное «возмущение привода. Такой алгоритм )a x i- +Axi-i+ xo управлени с программным «возмущением с перебегом в сторону отработки координат «прижимает координату начала торможени ближе к координате «остановка, уменьша врем движени на «ползучей скорости. Это увеличивает быстродействие привода.

Предложенный позиционный пневматический привод позвол ет снизить ударные нагрузки, т. к. тормоз обеспечивает необ45

пределителей 12, 22, осуществл етс по жест- 40 ходимое замедление выходного штока 2 прикой программе при достижении выходнымвода, развива большую тормозную силу

штоком 2 координаты гг|. Пробег АЛЛ Ал:2-1,за счет перепада давлений на поршне 16

гидроцилиндра 17 при полностью заторможенном корпусе 23 и снижа скорость до «ползучей.

Привод позвол ет также получить высокую точность позиционировани , т. к. окончательное торможение и выход на координату осуществл етс фрикционным тормозным устройством 4 с «ползучей скорости, а не с рабочей максимальной скорости, т. е. разброс посто нной времени привода тормоза и коэффициента трени трущихс пар фрикционного привода при торможении с .малой скорости меньще сказываетс на неточности отработки координат, чем при торможении

всех факторов, привод щих к ощибке по- 55 большей скорости.

зиционировани , свод эту ошибку в каждомВ предложенном приводе потенциальна

очередном такте к минимальной величине,

т. е. привод учитс на предыдущих ощибках

и стремитс к сведению их к нулю при далькоторый получаетс в первом такте, используетс дл сдвига jtTi при определении координаты начала торможени при очередном такте отработки этой же координаты с той же исходной позиции. Величина пробега или недохода координаты, полученна после остановки выходного штока 2 при вторичной отработке координаты, используетс ЭВМ дл вычислени по выше приведенной „ зависимости координаты начала торможени в текущем третьем такте отработки этой же координаты и т. д.

Этот способ управлени позвол ет автоматически учитывать суммарное вли ние

энерги движущихс масс и основна часть энергии активных движущихс сил рассеиваетс при торможении в тепловую энергию

0

5

нейщих отработка;, сдвига начало торможени в ту или другую сторону, т. е. в течение короткого времени параметры привода (коэффициенты трени , температура, износ и т. д.) измен ютс ничтожно мало, то это делает возможность получить высокую точность привода как в этот период, так и в процессе всей эксплуатации привода, контролиру и корректиру их вли ние на точность привода.

Процесс начального обучени привода по 3-5 тактов на координату с различными м.ассами и с выходом его на максимальную точность позиционировани составл ет несколько минут, дальше работа осуществл етс автоматически. Каждой координате 0 с каждой массой соответствует сво чейка питани ЭВМ. При определении второй координаты начала торможени jfr также в режиме самообучени точность привода возрастает .

5

0

5

Предложенный позиционный пневматический привод позвол ет снизить ударные нагрузки, т. к. тормоз обеспечивает необВ предложенном приводе потенциальна

жи.ичигги. пп().о,1, щую ч е()ез дросселирую- iuiii t ii;-H- i KMC un4Mi, 22. На долю же фрик- .i«)Hii)i4) уст})ойства 4, осуществл ющего )Koii4;ne.ibi:i,i;i останов исполнительного звена , остаетс Fleoб.xoдимocть рассе ть отно- ,Р() 11ебильн ую оставид юс энергию. ;о фппкнионное тормозное устройство 4 рапотаег в «легких услови х (во.зможно iciin.ib3OfiaHHe и второго фрик дионного устройства 25 фи одновременном включении И.1П выключении распределителей 11, 22), /а это позвол ет получить более стабильный ко- ффициент трени , большую точность останова и большой ресурс тормозного устройства и привода в целом.

Введение управлени с самообучение.м, при котором привод са.м по предложенному алгоритму корректирует начало тор.можени с учетом про1нлы.х ошибок в огработке координат , значите.чьно увеличивает точность

привода при простоте построени устройства управлени .

Claims

Формула изобретени

Позиционный пневматический привод, 5 содержащий силовой пневмоцилиндр, установленный на основании, демпфирующий гидроцилиндр, шток которого жестко св зан со штоком пневмоцилиндра, а полости сообщены между собой через дросселирующий

Q распределитель, и фрикционное тормозное устройство, размещенное на основании с возможностью взаимодействи со щтоком пнев- моцилиндра, отличающийс тем, что, с целью улучшени динамических характеристик, повышени точности позиционировани и ре5 сурса работы, привод снабжен дополнительным фрикционным тормозным устройством, жестко св занным с основанием с возможностью взаимодействи с корпусом гидро- Нилиндра.