SU1620996A2

SU1620996A2 - System for controlling object position

Info

Publication number: SU1620996A2
Application number: SU894666469A
Authority: SU
Inventors: Николай Николаевич Болотник; Михаил Юрьевич Рачков
Original assignee: Институт Проблем Механики Ан Ссср
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1991-01-15

Abstract

Изобретение откоситс к системам управлени приводом промышленных роботов, может быть использовано при создании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических манипул торов и вл етс усовершенствованием изобретени по авт. св. № 1409975. Цель изобретени - повышение точности системы. Поставленна цель достигаетс тем, что в систему дополнительно введены два блока умножени , два компаратора, релейный элемент, сумматор, задатчик, а также элемент И. 1 ил.The invention contributes to the drive control systems of industrial robots, can be used to create flexible automated productions using electromechanical manipulators, and is an improvement of the invention according to the author. St. No. 1409975. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the system. The goal is achieved by the addition of two multiplication units, two comparators, a relay element, an adder, a setpoint generator, and also an element I. in the system. 1 Il.

Description

Изобретение относитс к системам управлени приводом промышленного робота, может быть использовано при создании гибких автоматизированных производств с применением электромеханических манипул торов и вл етс дополнительным к основному авт. св. № 1409975.The invention relates to drive control systems of an industrial robot, can be used to create flexible automated productions using electromechanical manipulators, and is additional to the main author. St. No. 1409975.

Целью изобретени вл етс повышение точности системы.The aim of the invention is to improve the accuracy of the system.

На чертеже изображена функциональна схема предложенной системы управлени положением объекта.The drawing shows a functional diagram of the proposed object position control system.

Система содержит датчик 1 угла и датчик 2 угловой скорости, установленные на манипул торе 3 и соединенные соответственно с блоком 4 инвертировани и с релейным элементом 5, вход которого соединен через блок 6 возведени в квадрат с первым входом сумматора 7 и через блок 8 формировани абсолютного значени переменной - с первым входом блока 9 умножени . Выход блока 4 св зан через первый вход сумматора 10 с блоком 11 возведени в квадрат, который св зан через второй вход сумматора 7 с первым входом компаратора 12. ВыходThe system contains an angle sensor 1 and an angular velocity sensor 2 mounted on the manipulator 3 and connected respectively to the inverting unit 4 and to the relay element 5, the input of which is connected through the squaring unit 6 to the first input of the adder 7 and through the absolute value generating unit 8 variable - with the first input of block 9 multiplication. The output of block 4 is connected through the first input of the adder 10 with the block 11 of squaring 11, which is connected through the second input of the adder 7 to the first input of the comparator 12. The output

блока 4 соединен также через первый вход сумматора 13 с управл ющим входом релейного элемента 14, первый которого св зан с управл ющим входом релейного элемента 15, а второй и третий выходы - соответственно с первым и i-п JJILIM входами блока 16 умножени . Выход Г.юка 16 соединен с первым информационным входом релейного элемента 15, имеющего выход на блок 17 исполнительных органов. Выход блока 9 св зан через первый вход сумматора 18 с блоком 19 логарифмировани , выход которого через первый вход сумматора 20 соединен с первым входом блока 21 умножени . Второй и третий входы блока 21 подключены соответственно к первому и второму выходам релейного элемента 5 и через инверторы 22 и 23 соответственно к первому и второму входу блока 24 умно.е.-ш . Выход блока 21 соединен со вю:- -л- .,ом сумматора 13. Второй вход JO . з зэн через инвертор 25 с выходом блока 9, i задатчик 26 подключен ко вторым входам бликов 9, 10. 12 и 18, к первому и вгоро.гл информационным входам релейных элементов 5 и 14, кunit 4 is also connected via the first input of the adder 13 to the control input of the relay element 14, the first of which is connected to the control input of the relay element 15, and the second and third outputs, respectively, to the first and i-n JJILIM inputs of the multiplication unit 16. The output of G. Yuk 16 is connected to the first information input of the relay element 15 having an output on the block 17 of the executive bodies. The output of block 9 is connected via the first input of the adder 18 to the block 19 of logarithmization, the output of which is connected to the first input of the multiplication unit 21 via the first input of the adder 20. The second and third inputs of the block 21 are connected respectively to the first and second outputs of the relay element 5 and through inverters 22 and 23 respectively to the first and second input of the block 24 intelligently, i.e. The output of block 21 is connected to vu: - -l-, om of the adder 13. The second input is JO. Zen through the inverter 25 with the output of block 9, i setpoint 26 is connected to the second inputs of the glare 9, 10. 12 and 18, to the first and second informational inputs of the relay elements 5 and 14, to

(Л(L

О5 N3O5 N3

О СОAbout WITH

со оwith about

юYu

третьим вхо. пм блоков 13, 16 и 24 и к четвертому входу блока 21. Выходы блоков 12 и 15 соединены соответственно с управл ющим и одним из информационных входов релейного элемента 27, другой информационный вход которого св зан с выходом сумматора 28. Датчики 1 и 2 соединены соответственно с одними из входов компараторов 29 и 30, выходы которых св заны с элементом И 31, выход которого соединен с блоком 17, так же как и выход блока 27. Выходы блоков 10 и 2 св заны соответственно с одними из входов блоков 32 и 33 умножени , выходы которых соединены со входами блока 28. Первый выход задатчика 34 св зан с блоком 32, третий выход - со блоком 33, а второй выход - с блоками 29 и 30.Third entrance. units 13, 16 and 24 and to the fourth input of unit 21. The outputs of blocks 12 and 15 are connected respectively to the control and one of the information inputs of the relay element 27, the other information input of which is connected to the output of the adder 28. Sensors 1 and 2 are connected respectively one of the inputs of the comparators 29 and 30, the outputs of which are connected to the element And 31, the output of which is connected to block 17, as well as the output of block 27. The outputs of blocks 10 and 2 are connected respectively to one of the inputs of blocks 32 and 33 multiplying , the outputs of which are connected to the inputs of block 28. The first output unit 34 is connected to block 32, the third output is connected to block 33, and the second output is connected to blocks 29 and 30.

Система автоматического управлени положением функционирует следующим образом .The automatic position control system operates as follows.

Объектом управлени вл етс электромеханическа система, состо ща из звена антропоморфного манипул тора, вращающегос вокруг неподвижной оси, и привода, осуществл ющего управление этой системой. Блок 17 исполнительных органов включает электродвигатель посто нного тока с независимым возбуждением и редуктор. Управление осуществл етс изменением напр жени , подаваемого на обмотку кор элект- родвигат ел . Движение рассматриваемой системы описываетс дифференциальными уравнени миThe control object is an electromechanical system consisting of an anthropomorphic manipulator link rotating around a fixed axis and a drive controlling this system. The actuator unit 17 includes a DC motor with independent excitation and a gearbox. The control is performed by varying the voltage applied to the winding of the electric motor. The motion of the system under consideration is described by differential equations.

( + ,()(+, ()

L Фг -/ L+dny U, ,L Fg - / L + dny U,,

алal

где: - ток в цепи кор , U - управл ющее напр жение; / -- момент инерции звена манипул тора относительно оси вращени ; J- момент инерции кор электродвигател и вра дающихс частей редуктора; ц - мо- MPirr электромагнитных сил,, приложенных к корю; п - передаточное число редуктора; /. и / -- индуктивность и омическое сопротивление обмотки кор соответственно; d и с - посто нные, вл ющиес техническими параметрами электродвигател ; ср - угол поворота звена манипул тора.where: is the current in the core circuit, U is the control voltage; / is the moment of inertia of the manipulator link relative to the axis of rotation; J is the moment of inertia of the electric motor and the moving parts of the gearbox; q - m-MPirr electromagnetic forces applied to the koryu; p - gear ratio of the gearbox; /. and / - inductance and ohmic resistance of the winding core, respectively; d and c are the constants that are the technical parameters of the electric motor; Wed - angle of rotation of the manipulator link.

Дл большинства электродвигателей, используемых в промышленных роботах, врем установлени тока в цепи кор много меньше времени выхода на стационарный режим вращени кор и много меньше времени транспортной операции, выполн емой манипул тором.В терминах параметров системы это означает, что при расчетах в уравнении (2) можно пренебречь индуктивностью обмотки кор и положить /,0.For most electric motors used in industrial robots, the time for establishing the current in the core circuit is much less than the time for reaching the stationary rotation mode of the core and much less for the transport operation performed by the manipulator. In terms of system parameters, this means that in the calculations in equation (2 ) we can neglect the inductance of the winding core and put /, 0.

Примен дл данной системы известные методы теории оптимального управлени , получим следующее решение (закон изменени напр жени на входе электродвигател ) дл оптимального по быстродействию перевода объекта манипулировани из произвольного начального положени в заданное конечное положение ф1 с торможением двигател в конце процесса при ограничении на максимально допустимое напр жениеApplying the well-known optimal control theory methods for this system, we obtain the following solution (the law of voltage variation at the motor input) for optimally fast transfer of the object of manipulation from an arbitrary initial position to the specified final position F1 with engine braking at the end of the process with limitation on the maximum allowable voltage living

5(U. 5 (U.

(3)(3)

«weSigntp при 1)0"WeSigntp at 1) 0

U iLLe-e При т|)U iLLe-e for t |)

(. при где Циж- максимальное значение управл ющего напр жени .(. for where Cin is the maximum value of the control voltage.

ю ,,-,Yu ,,-,

(),j | sigmp.(4)(), j | sigmp. (4)

««««."" "".

15 Дл реализации управлени вида (3) формируетс значение величины -ф на выходе блока 13 после преобразовани сигналов с датчиков 1 и 2 на блоках 4, 5, 8, 9, 18, 19, 20, 21, 25 и 26 в соответствии с выражением (4). При положительном, отрицательном или нулевом значении величины г| соответственно задействуетс один из трех выходных контактов релейного элемента 14 и в соответствии с выражением (3) релейный элемент 15 подает на блок 17 исполнительных15 To implement the control of the form (3), the value of the -f value is generated at the output of block 13 after converting signals from sensors 1 and 2 on blocks 4, 5, 8, 9, 18, 19, 20, 21, 25 and 26 in accordance with the expression (four). With a positive, negative or zero value of the value of g | respectively, one of the three output contacts of the relay element 14 is activated and, in accordance with expression (3), the relay element 15 supplies the unit 17 with actuators

25 органов управл ющие сигналы, сформированные блоками 5, 16, 22, 23, 24 и 26. Процесс позиционировани выходит на конечный участок, когда отрабатываетс заданный уго.п поворота при гашении скорости поворота (|) с заданной промежуточной точностью е.25 control signals formed by blocks 5, 16, 22, 23, 24, and 26. The positioning process reaches the final segment when a predetermined rotation angle is fulfilled when damping the rotation speed (|) with a given intermediate accuracy e.

30 Данное условие соответствует выражению (ср -ф).(5)30 This condition corresponds to the expression (cf-f). (5)

Условие (5) реализуетс на блоках 6, 7, (2)10 и 12. Компаратор 12 в требуемый моментCondition (5) is implemented on blocks 6, 7, (2) 10 and 12. Comparator 12 at the required time

времени выдает сигнал переключени в блок 27. С семи выходов задатчика 26 сни35 маютс значени посто нных величин соотK (l + n2J)LU««etime, it outputs a switching signal to block 27. From the seven outputs of the setting device 26, the values of the constant values correspond to K (l + n2J) LU U «e

ветственно 1; -1; ф1; dn1; -one; F1; dn

cd ncd n

4040

. . Значение в рекомендуетс выбирать . . The value in is recommended to choose

из услови of condition

..

(6)(6)

4545

упргв50uprv50

5555

Vf+ TVf + T

где максимальное значение л ющего напр жени ;where is the maximum value of the applied voltage;

Ј, т - коэффициенты в линейном законе управлени Ј, t - coefficients in the linear control law

(),(7)(), (7)

обеспечивающие асимптотическую устойчивость конечного состо ни (7), т. е. выражение (6) позвол ет учесть ограничение на управл ющее напр жение, а закон управлени (7) обеспечивает точную обработку заданного положени манипул тора на конечном участке позиционировани .providing asymptotic stability of the final state (7), i.e., expression (6) allows to take into account the limitation on the control voltage, and control law (7) provides exact processing of the specified position of the manipulator on the final positioning segment.

Сигнал управлени (7) формируетс с помощью блоков 28, 32, 33 и 34. Переключение с управлени (3) на управление (7) осуществл етс релейным элементом 27, а сигнал останова блока 17 исполнительныхThe control signal (7) is generated using blocks 28, 32, 33 and 34. Switching from control (3) to control (7) is carried out by relay element 27, and the stop signal of block 17

вольного начального положени в заданное конечное положение ф1 с торможением двигател в конце процесса при ограничении на максимально допустимое напр жениеa free starting position at a given end position f1 with engine braking at the end of the process with a limit on the maximum allowable voltage

(U. (U.

(3)(3)

«weSigntp при 1)0"WeSigntp at 1) 0

U iLLe-e При т|)U iLLe-e for t |)

K(l + n2J)LU««eK (l + n2J) LU «« e

ветственно 1; -1; ф1; dn1; -one; F1; dn

cd ncd n

из услови of condition

..

(6)(6)

5five

упргв0uprv0

5five

Vf+ TVf + T

(),(7)(), (7)

органов формируетс элементом 31 при совпадении сигналов с компараторов 29 и 30, которые фиксируют полную отработку (до нулевого значени ) заданных угла и угловой скорости манипул тора. С выходов задат чика 34 снимаютс значени посто нных величин |, г| и 0.The bodies are formed by element 31 when the signals coincide with comparators 29 and 30, which record the complete development (up to zero) of the specified angle and angular velocity of the manipulator. From the outputs of the setpoint 34, the values of constant values are removed |, g | and 0.

Таким образом, нар ду с оптимальным быстродействием повышаетс точность позиционировани манипул тора.Thus, along with optimum speed, the positioning accuracy of the manipulator is improved.

Claims

Invention Formula

Object position control system according to auth. St. No. 1409975, characterized in that, in order to improve accuracy, it additionally contains the fifth and sixth multiplication blocks, the second and third comparators, the fourth relay element, the sixth adder, the second setter, and also the AND element, the first input of the fifth block multiply is connected to the output of the second adder,

the second input is to the first output of the second setting unit, and the output is to the first input of the sixth adder, the second output of the second setting device is connected to the first inputs of the second and third comparators, the second inputs of which are connected respectively to the output of the angle sensor of the object and the outputs to the corresponding inputs of the element I, which is connected with the output to the first input of the block of executive bodies, the third output of the second setting device is connected to the first input of the sixth multiplication unit, the second input of which is connected to the output ohm the angular velocity sensor of the object, and the output with the second input of the sixth adder, the output of the third relay element is connected to the first information input of the fourth relay element, the second information input of which is connected to the output of the sixth adder, the control input with the output of the first comparator, and the output - with the second entrance of the block of executive bodies.

0