SU1618642A1 - Устройство дл управлени приводом робота - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к робототехнике и может быть использовано при создании приводов роботов. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и устойчивости устройства за счет более точной компенсации непрерывно измен ющихс  параметров нагрузки . В устройство введены дополнитель- - ные задатчик сигнала, сумматоры, блоки умножени , датчики ускорени  и квадратор. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к робототехнике и может быто использовано при создании приводов роботов.

Цель изобретени  - повышение точности и устойчивости устройства за счет более точной компенсации непрерывно измен ющихс  параметров нагрузки с учетом динамического запаздывани , вносимого  корной цепью двигател .

На фиг.1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 - кинематическа  схема исполнительного органа робота.

Схема содержит первый сумматор 1, первый блок 2 умножени , второй сумматор 3, усилитель 4, двигатель 5 с редуктором, первый датчик 6 положени , первий датчик 7 скорости, релейный элемент 8, третий сумматор 9, второй блок 10 умножени , второй датчик 11 положени , четвертый сумматор 12. п тый сумматор 13, первый квадратор 14, третий блок 15 умножени , шестой сумматор 16, первый за-- датчик 17 сигнала, второй квадратор 18. датчик 19 массы, четвертый блок 20 умножени , седьмой сумматор 21, п тый блок 22 умножени , второй датчик 23 скорости, второй задатчик 24 сигнала, третий задатчик 25 сигнала, первый датчик 26 ускорени , шестой блок 27 умножени , восьмой сумматор 28, четвертый задатчик 29 сигнала, дев тый сумматор 30, седьмой блок 31 умножени , дес тый сумматор 32, восьмой блок 33 умножени , второй датчик 34 ускорени , дев тый блок

35 умножени , третий квадратор 36 и объект 37 управлени .

На чертежах обозначено: оЈ вх сигнал желаемого положени  с задатчика команд, in - передаточное отношение редуктора: g, ofH, g2; g6 - COOTветствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота: g, gj - скорость и ускорение изменени  третьей обобщенной координаты; m-, т, тf - соответственно массы второг третьего звеньев исполнительного opi« гана и захваченного груза; 1 const - исходное рассто ние от оси вращени  горизонтального звена до его центра масс при g О 1д const, рассто ние от центра масс горизонтального звена до средней точки схвата; ji , $ - скорость и ускорение вращени  ротора двигател ; U и U - соответственно усиливаемый сигнал и -сигнал упрг .влени  двигателем .

Устройство работает следующим образом.

Сигнал с выхода первого сумматора 1 после коррекции в блоках 2 и 3, .усилива сь, поступает на электродвигатель 5, привод  его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), завис щими от величины поступающего сигнала oi px, моментов трени  и моментного водействи  Mfc. Электропривод при работ с различными грузами, а также за сче взаимовли ни  степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками , которые могут мен тьс  в широких пределах Это снижает качествен- ные показатели электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы, В результате возникает задача , св занна  с обеспечением инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменени м его моментных нагрузочных характеристик, что позвол ет обеспечить стабильность заданного качества системы управлени .

Дл  определени  моментных воздействий на поворотный привод (обобщенных моментов неконсерватив- ных сил) воспользуетс  уравнением Ланранжа 2-го рода.

Кинетическа  энерги  Т всех движущихс  iMacc исполнительного органа (фиг.2) представл етс  в виде .7 , 2 , -ч

т Jagi. + . + .i +

(тх+тэ)§| .(тт+ )sj + . - 2 ,

- момент инерции горизонтального звена ( (стержн ) при вращении вокруг вертикального звена со скоростью gt;

- момент инерции груза относительно вертикальной оси вращени  (вертикального звена). что

ч . .г.

8,+m3 l3+gv 8,+

Шт h+ тз( )2 +

+ (+ 18+ g3) mr)g,+ ( g,) + + mr( I 8,).g,g}, -|1)0,

можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода поворота со стороны движущихс  масс исполнительного органа робота и за имеет вид

-

мв н 8э тг + h,)g1, где H(gjmr)m3( g)2 + тг(

+ g,) + IN+ Is;(1)

Г h(g,g,-,mr) (l,+ g) +

+ mr(lj+. Ц+ g,)g,,(2)

где 1 и lu - соответственно моменты инерции вертикального звена исполнительного органа относительно продольной оси и горизонтального звена относительно поперечной оси, проход щей через | его центр масс. С учетом соотношений (1) и (2), а

также уравнений электрической. U

hj + L di/dt + К Ы и механической

iKM (I + H)oi + (KB+ h)(X + Мстр цепей электродвигател  посто нного тока с посто нными магнитами или независимого возбуждени , рассматриваемый привод поворота можно описать следующим дифференциальным уравнением:

L( I)L 1) + +L( Н + Кв)Ј+ КМКЮ + + R(h + .Kb) + L( Кв)( +

+ R%+LMcTp (3)

где R и L - соответственно активное сопротивление и индук-/ тивность  корной цепи;

I - момент инерции  кор 

двигател  и вращающихс  частей редуктора, приведенных к валу двигател ;

Км - коэффициент крут щего момента;

Кф - коэффициент противоЭДС;

Kg - коэффициент в зкого трени ;

ip - передаточное отношение редуктора;

М етр момент сухого трени ;

К ц - коэффициент усилени  усилител  4;

i - ток  кор ;

Н H/i2p; h h/ip2.

Очевидно, что изменение h и Н, вызванное изменением g, и g существенно вли ет на динамические свойства , а следовательно, и качественные показатели рассматриваемого привода. .Причем из (3) очевидно, что при большом по модулю h отрицательного значка привод даже может потер ть устойчивость , так как по вл ютс  положительные корни характеристического уравнени  (3).

Поскольку при движении привода / Mctp/ ЗЕ const, (то в выражении (2) полагаем, что LM стр - 0. В процессе эксплуатации привода можне также полагать , что Кв const, a K6 0. Кроме того, из выражений (2) несложно убедитьс , что Н h, а выражение дл  h принимает вид

0

Г 2 Гг ,,- . h ----- газ(1} +

iP L

m,Ut + 85 + mr( 1,+

(4)

h -- Р

-i ...21

+ g3)J ёь+(™ь+ .

Дл  реализации поставленной задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры привода так, чтобы он описывалс  дифференциальным уравнением с-посто нны- ми желаемыми параметрами и не зависел бы от переменных H u

И

сил трени .

5 Полагаетс , что первый отрицательный (со стороны датчика 6) и второй . положительный входы сумматора 1 единичные , а третий отрицательный вход ( со стороны датчика 7) имеет коэф0 Фициент усилени  Кц/К„г Положительные входы сумматора 3 единичные. Первый положительный вход сумматора 9 (со стороны релейного элемента 8) имеет коэффициент усилени  ,

5 его второй положительный вход (со стороны датчика 7) - коэффициент усилени  (KM+ KjR/KM)/Ku третий положительный (со строны блока умножени  10) - коэффициент усилени 

0 R/(KU Кп), а четвертый положительный (со стороны сумматора 28) - коэффициент усилени  L/(KA,K,j). Причем выходной сигнал релейного элемента 8

35

с нулевой нейтральной точкой имеет вид

М,

Ot О

и

выхеМ Мг при ° О . tf О,

где /Мт/ - величина момента сухого

трени  при движении. Первый положительный вход сумматора 28 (со стороны блока умножени  27) имеет коэффициент усилени  2,

его второй положительный вход (со стороны датчика 26) - крэффициент усилени  К-, а третий положительный (со стороны блокг 33 умножени ) - единичный. Положительные входы сумма

торов 12 и 13 единичные. Задатчик сигнала 24 вырабатывает сигнал 1,, а задатчик 25 - сигнал 1.

Первый и второй положительные входы сумматора 16 (со стороны блока

15 умножени  и задатчика 17 сигнала) имеют коэффициенты усилени  а третий положительный (со стороны квадратора 18) - коэффициент усилени  m3/(lHip)s ГДЈ

IiM - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции , обеспечивающее приводу поворота за- Данные динамические свойства и качественные показатели. Причем с выхода задатчика сигнала 17 на второй вход сумматора 16 поступает сигнал,

На выходе сумматора 30 формирует- с  сигнал тт+ т3, на выходе блока 31 умножени  - сигнал ( , . а на выходе сумматора 22 - сигнал h.

На выходе сумматора 28 формируетс  сигнал ()(х: + h.&, а на выходе сумматора 9 - сигнал

+ I,

Первый и второй положительные входы сумматора 21 (со стороны блока 20 умножени  и сумматора 12) соответственно имеют коэффициенты усилени  2/12р и 2 тэ/12р.

Первый и второй положительные входы сумматора 20 единичные, а за- датчик сигнала 29 вырабатывает сигнал, равньй пц.

Первый положительный вход сумматора 32 (со стороны ,блока 31 умножени ) имеет коэффициент усилени  2/i2p ,а его второй положительный вход (со стороны блока умножени  35) - единичный.

Таким образом, на выходе сумматора 12 формируетс  сигнал, равный Ig + ga, а на выходе сумматора 13 - сигнал 1 з + 1.+ g:,. На выходе блока 15 умножени  формируетс  сигнал 14(13+ gg)2 , а на выходе квадратора ,18 - сигнал (Ij+.g3)2. В результате на выходе сумматора 16 по вл етс  сигнал, пропорциональный

mr(l3+lt+g3l2 mjXU+gs)2 I

14

Таким образом, на выходе блока 2 умножени  формируетс  сигнал ;

I

) (е- F-ih/i

к

и

где

е н ошибка привода.

На выходе блока 20 умножени  формируетс  сигнал m/jXlj+lj+gjj) а на выходе сумматора 21 - сигнал

2mfr(l,+ g3) m ttj+g,,)/i$:-. Таким образом, на выходе блока 22 умножени  формируетс  сигнал, равный .

li ()+m3(i3+g5)J gj/ф h/ф h.

-iJ- -h lHt i« i(

i; (,)i + h i.

+ -|- h i

км

Окончательно на выходе сумматора 3 имеем

20

U -b-( К.Ж мк

8;

Г КО ( 1 Ku (1 1„

)+ 5 btiKe)

км к

Lh 1ЛR IM I . J/

Мт

KMKi|JкмкЯ

Н% I с

--- с t

1К

(5)

и

Несложно показать, что, подставив - (5) в (3),

из

имеем

LI

Л

+ RIHo/ + КЙК00( КмКдЈ

f

.При этом полагаетс , что К М„р Of

Таким образом, уравнение (6) имеет посто нные желаемые параметры, а сам привод обладает посто нными желаемыми динамическими свойствами и качественными показател ми при любых законах изменени  параметров нагрузки.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  управлени  приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножени , второй сумматор, усилитель и двигатель, кинематически св занный с первым датчиком скорости и первым датчиком положени , выход , „

   которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, а третьим входом - с выходом первого датчика скорости, с входом релейного элемента и первым входом второго блока умножени  и третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго блока умножени , тре- гт й вход - к выходу релейного элемента , а выход - к второму входу второго сумматора, последовательно соеди - ненные второй датчик положени , четвертый сумматор, п тый сумматор, первый квадратор, третий блок умножени  и шестой сумматор, выход которого подключен к второму входу первого блока умножени , второй вход - к выходу первого задатчика сигнала, а третий вход - к выходу второго квадратора , а также последовательно соединенные датчик массы, четвертый блок умножени , седьмой сумматор и п тый блок умножени , подключенный вторым входом к выходу второго датчика скорости , а выходом - к второму входу второго блока умножени j второй вход п того сумматора соединен с выходом второго задатчика сигнала, выход - с вторым входом четвертого блока умно- жени , а первый вход - с входом второго квадратора и вторым входом седьмого сумматора, выход датчика массы „ подключен к второму входу третьего

   И

   блока умножени , а выход третьего задатчика сигнала соединен с вторым входом четвертого сумматора, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и устойчивости устройства, оно дополнительно содержит третий квадратор, последовательно соединенные кинематически св занный с двигателем первый датчик ускорени , шестой блок умножени  и восьмой сумматор, последовательно подключенные четвертый задатчик сигнала , дев тый сумматор, седьмой блок умножени , дес тый сумматор и восьмой блок умножени , а также последо- вательно соединенные второй датчик ускорени  и дев тый блок умножени , второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к второму входу дес того сумматора, второй вход восьмого сумматора соединен с выходом первого датчика ускорени , выход - с четвертым входом третьего сумматора, а третий вход - с выходом восьмого блока умножени , подключенного вторым входом к выходу первого датчика скорости, второй вход шестого блока умножени  соединен с выходом п того блока умножени , второй вход дев того сумматора подключен к выходу датчика массы, а выход второго датчика скорости соединен через третий квадратор с вторым входом седьмого блока умножени .

   Фиг. 2