электропривод манипулятора

Формула изобретения

Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход соединен со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, и пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, пятый функциональный преобразователь, десятый блок умножения, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика положения и второго усилителя, седьмой функциональный преобразователь и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а его выход - к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора и выходу датчика массы, а выход - ко второму входу десятого блока умножения, причем вход второго усилителя соединен с выходом первого датчика положения, последовательно соединенные третий датчик положения, восьмой функциональный преобразователь и четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а также пятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого блока умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные одиннадцатый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, и пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, а выход - к первому входу пятнадцатого блока умножения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, а третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, и пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, пятый функциональный преобразователь, десятый блок умножения, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика положения и второго усилителя, седьмой функциональный преобразователь и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а его выход - к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора и выходу датчика массы, а выход - ко второму входу десятого блока умножения, причем вход второго усилителя соединен с выходом первого датчика положения (см. Патент РФ № 2115539, БИ № 20, 1998).

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для электропривода манипулятора, имеющего меньше степеней подвижности. В результате это устройство не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики рассматриваемого электропривода и обеспечивать требуемую динамическую точность его работы.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход соединен со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, и пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, пятый функциональный преобразователь, десятый блок умножения, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика положения и второго усилителя, седьмой функциональный преобразователь и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а его выход - к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора и выходу датчика массы, а выход - ко второму входу десятого блока умножения, причем вход второго усилителя соединен с выходом первого датчика положения, последовательно соединенные третий датчик положения, восьмой функциональный преобразователь, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и пятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого блока умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора (см. Патент РФ № 2372185, БИ № 31, 2009).

Данное устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению.

Недостатком этого устройства также является то, что оно предназначено для манипулятора, имеющего меньше степеней подвижности. В результате это устройство тоже не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики рассматриваемого электропривода и обеспечивать требуемую динамическую точность его работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора одновременно по всем его пяти степеням подвижности.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании дополнительного сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение необходимого моментного воздействия, точно компенсирующего вредные переменные моментные воздействия.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик скорости, второй блок умножения, третий блок умножения и четвертый сумматор, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора и выходом первого датчика скорости, третий вход - с выходом релейного элемента, подключенного входом ко второму входу третьего блока умножения и выходу первого датчика скорости, а выход соединен со вторым входом третьего сумматора, последовательно соединенные датчик массы и пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик положения, первый функциональный преобразователь, четвертый блок умножения, шестой сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, и пятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь подключен к выходу второго датчика положения, а выход - к второму входу второго блока умножения, причем второй вход четвертого блока умножения соединен с выходом седьмого сумматора, его выход - с третьим входом пятого сумматора, третий вход шестого сумматора соединен с выходом датчика массы, пятый вход четвертого сумматора через седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока умножения, подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и восьмой блок умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь соединен с выходом первого датчика положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, пятый функциональный преобразователь, десятый блок умножения, десятый сумматор и одиннадцатый блок умножения, второй вход которого через квадратор подключен к выходу третьего датчика скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор и двенадцатый блок умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель и шестой функциональный преобразователь подключен к выходу девятого сумматора, а его выход - ко второму входу десятого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика положения и второго усилителя, седьмой функциональный преобразователь и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а его выход - к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные шестой задатчик постоянного сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора и выходу датчика массы, а выход - ко второму входу десятого блока умножения, причем вход второго усилителя соединен с выходом первого датчика положения, последовательно соединенные третий датчик положения, восьмой функциональный преобразователь и четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а также пятнадцатый блок умножения, выход которого подключен к девятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу первого датчика положения, шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого блока умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, дополнительно вводятся последовательно соединенные одиннадцатый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, и пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, а выход - к первому входу пятнадцатого блока умножения.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогами и прототипом свидетельствует о его соответствии критерию «Новизна».

Заявленная совокупность признаков, приведенная в отличительной части формулы изобретения, позволяет добиться повышения динамической точности управления рассматриваемым электроприводом манипулятора в условиях существенного и быстрого изменения параметров нагрузки, обусловленного полным эффектом взаимовлияния между всеми степенями подвижности работающего манипулятора.

Блок-схема предлагаемого электропривода манипулятора представлена на фиг.1. На фиг.2 представлена кинематическая схема манипулятора.

Электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, первый усилитель 5 и электродвигатель 6, связанный непосредственно с первым датчиком 7 скорости и через редуктор 8 - с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные второй датчик 10 скорости, второй блок 11 умножения, третий блок 12 умножения и четвертый сумматор 13, второй вход которого соединен со вторым входом второго сумматора 2 и выходом первого датчика 7 скорости, третий вход - с выходом релейного элемента 14, подключенного входом ко второму входу третьего блока 12 умножения и выходу первого датчика 7 скорости, а выход соединен со вторым входом третьего сумматора 4, последовательно соединенные датчик 15 массы и пятый сумматор 16, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 17 постоянного сигнала, а выход - к второму входу первого блока 3 умножения, последовательно соединенные второй датчик 18 положения, первый функциональный преобразователь 19, четвертый блок 20 умножения, шестой сумматор 21, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 22 постоянного сигнала, и пятый блок 23 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого датчика 24 ускорения, а выход - с четвертым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные третий задатчик 25 постоянного сигнала, седьмой сумматор 26, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы, и шестой блок 27 умножения, второй вход которого через второй функциональный преобразователь 28 подключен к выходу второго датчика 18 положения, а выход - к второму входу второго блока 11 умножения, причем второй вход четвертого блока 20 умножения соединен с выходом седьмого сумматора 26, его выход - с третьим входом пятого сумматора 16, третий вход шестого сумматора 21 соединен с выходом датчика 15 массы, пятый вход четвертого сумматора 13 через седьмой блок 29 умножения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 11 умножения, подключен к выходу второго датчика 10 скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик 30 постоянного сигнала, восьмой сумматор 31, второй вход которого подключен к выходу датчика 15 массы и восьмой блок 32 умножения, второй вход которого через третий функциональный преобразователь 33 соединен с выходом первого датчика 9 положения, а его выход - с шестым входом четвертого сумматора 13, последовательно соединенные девятый сумматор 34, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого 9 и второго 18 датчиков положения, четвертый функциональный преобразователь 35 и девятый блок 36 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные второй усилитель 37, пятый функциональный преобразователь 38, десятый блок 39 умножения, десятый сумматор 40 и одиннадцатый блок 41 умножения, второй вход которого через квадратор 42 подключен к выходу третьего датчика 43 скорости, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные пятый задатчик 44 постоянного сигнала, одиннадцатый сумматор 45 и двенадцатый блок 46 умножения, второй вход которого через последовательно соединенные третий усилитель 47 и шестой функциональный преобразователь 48 подключен к выходу девятого сумматора 34, а его выход - ко второму входу десятого сумматора 40, последовательно соединенные двенадцатый сумматор 49, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам второго датчика 18 положения и второго усилителя 37, седьмой функциональный преобразователь 50 и тринадцатый блок 51 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а его выход - к третьему входу десятого сумматора 40, последовательно соединенные шестой задатчик 52 постоянного сигнала и тринадцатый сумматор 53, второй вход которого подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора 45 и выходу датчика 15 массы, а выход - ко второму входу десятого блока 39 умножения, причем вход второго усилителя 37 соединен с выходом первого датчика 9 положения, последовательно соединенные третий датчик 54 положения, восьмой функциональный преобразователь 55 и четырнадцатый блок 56 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 57 ускорения, а также пятнадцатый блок 58 умножения, выход которого подключен к девятому входу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные девятый функциональный преобразователь 59, вход которого подключен к выходу первого датчика 9 положения, шестнадцатый блок 60 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора 31, и четырнадцатый сумматор 61, выход которого подключен ко второму входу пятнадцатого блока 58 умножения, последовательно соединенные десятый функциональный преобразователь 62, вход которого подключен к выходу девятого сумматора 34, и семнадцатый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 26, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора 61, последовательно соединенные одиннадцатый функциональный преобразователь 64, вход которого подключен к выходу третьего датчика 54 положения, восемнадцатый блок 65 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 66 ускорения, и пятнадцатый сумматор 67, второй вход которого подключен к выходу четырнадцатого блока 56 умножения, а выход - к первому входу пятнадцатого блока 58 умножения. Объект управления 68.

На рисунках введены следующие обозначения: _ВХ - сигнал с выхода программного устройства; - сигнал ошибки; U^*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем; q_i - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора ; m_i, m_г - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза ; l₂, l₃ - длины соответствующих звеньев; , - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев манипулятора до их центров масс; , - скорости изменения соответствующих обобщенных координат манипулятора; - скорость вращения ротора электродвигателя второй степени подвижности манипулятора; - ускорения соответствующих обобщенных координат.

Кроме того, принимается, что J_si - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно их продольных осей ; J_Ni - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно поперечных осей, проходящих через их центры масс (i=2, 3).

Рассматриваемый электропривод управляет обобщенной координатой q₂. При работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния между всеми степенями подвижности манипулятора он обладает переменными моментными нагрузочными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает динамическую точность работы электропривода и даже приводит к потере его устойчивости. В результате для повышения динамической точности и устойчивости работы этого электропривода возникает задача, связанная с обеспечением инвариантности его динамических свойств к изменениям моментных нагрузочных характеристик.

Устройство работает следующим образом. На его вход подается воздействие _вх, обеспечивающее требуемый закон управления обобщенной координатой q₂ (см. фиг.2). Сигнал ошибки на выходе сумматора 1 после коррекции в блоках 2 - 4, усиливаясь, поступает на электродвигатель 6, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U, моментов трения и внешнего моментного воздействия M_B.

На основе уравнений Лагранжа II рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q₂, при движении манипулятора (фиг.2) с грузом имеет вид

где

,

где g - ускорение свободного падения.

С учетом соотношений (1) и (2), а также уравнений электрической U=iR+K ₂ и механической цепей электродвигателя постоянного тока рассматриваемый электропривод, можно описать следующим дифференциальным уравнением

где , , , R - активное сопротивление якорной цепи электродвигателя; J - момент инерции ротора электродвигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу электродвигателя; K_M - коэффициент крутящегося момента; K - коэффициент противоЭДС; K_B - коэффициент вязкого трения; i_P - передаточное отношение редуктора; М_СТР - момент сухого трения; K_y - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря; - ускорение вращения вала электродвигателя второй степени подвижности.

Видно, что параметры уравнения (3), а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₂, являются существенно переменными, зависящими от величин q₁, q₂, q₃, , , , , и m_Г. В результате в процессе работы электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными параметрами.

Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления K /K_y. Следовательно, на выходе сумматора 2 формируется сигнал . Первый положительный вход сумматора 26 имеет единичный коэффициент усиления, а задатчик 25 подает на него сигнал . Второй положительный вход этого сумматора имеет коэффициент усиления l₂l₃. В результате на его выходе формируется сигнал , т.к. датчик 15 измеряет массу захваченного груза m _Г.

Датчик 18 измеряет обобщенную координату q₃ манипулятора, а функциональный преобразователь 19 реализует функцию cos q₃. В результате на выходе блока 20 формируется сигнал . Все входы сумматора 16 положительные. Первый вход сумматора 16 (со стороны датчика 15) имеет коэффициент усиления . На его второй вход, имеющий единичный коэффициент усиления, задатчик 17 подает сигнал , где J_H - желаемое значение суммарного момента инерции электродвигателя. Его третий вход имеет коэффициент усиления . В результате на его выходе появится сигнал

а на выходе блока 3 - сигнал .

Функциональный преобразователь 28 реализует зависимость sin q₃. В результате на выходе блока 27 формируется сигнал .

Датчик 10 измеряет . Поэтому на первый отрицательный вход сумматора 13 (со стороны блока 12) с коэффициентом усиления поступает сигнал а на его пятый отрицательный вход (со стороны блока 29) с коэффициентом усиления l/i_P - сигнал .

Первый и второй положительные входы сумматора 21 (со стороны блока 20 и задатчика 22) имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход - коэффициент усиления . Задатчик 22 формирует сигнал , а датчик 24 измеряет ускорение . В результате на выходе блока 23 будет сигнал , который поступает на четвертый положительный вход сумматора 13 с коэффициентом усиления l/i_P. Третий и второй положительные входы сумматора 13 (соответственно, со стороны элемента 14 и датчика 7), соответственно имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный K_M K /R+K_B.

Выходной сигнал элемента 14 имеет вид

,

где M_T - величина момента сухого трения при движении.

Первый и второй положительные входы сумматора 34 имеют единичные коэффициенты усиления, а функциональный преобразователь 35 реализует зависимость sin(q₂+q ₃). В результате на выходе блока 36 формируется сигнал , который поступает на седьмой положительный вход сумматора 13 с коэффициентом усиления g/(l₂i_P).

Задатчик 30 вырабатывает сигнал и подает его на первый положительный вход сумматора 31, имеющий единичный коэффициент усиления, второй положительный вход этого сумматора имеет коэффициент усиления l₂ . Функциональный преобразователь 33 реализует зависимость sin q₂. В результате на выходе блока 32 формируется сигнал , который поступает на шестой положительный вход сумматора 13, имеющий коэффициент усиления g/i_P.

Усилители 37 и 47 имеют коэффициенты усиления, равные 2. Функциональные преобразователи 38, 48 и 50 реализуют функцию sin. В результате на выходе блока 51 будет сигнал . Задатчик 44 вырабатывает сигнал . Первый (со стороны задатчика 44) и второй положительные входы сумматора 45 имеют соответственно единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный . В результате на выходе блока 46 формируется сигнал .

Первый (со стороны задатчика 52) положительный вход сумматора 53 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления, равный . Задатчик 52 вырабатывает сигнал, равный . B результате на выходе блока 39 формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 39) и второй (со стороны блока 46) положительные входы сумматора 40 имеют единичные коэффициенты усиления, а его третий положительный вход - коэффициент усиления, равный 2. Датчик 43 измеряет скорость . В результате на выходе блока 41 будет сигнал

который с коэффициентом усиления l/(2i _P) подается на восьмой отрицательный вход сумматора 13.

Датчик 54 измеряет координату q₁. Функциональные преобразователи 55, 59 и 62 реализуют функцию cos. Датчик 57 измеряет ускорение . В результате на выходе блока 56 формируется сигнал , на выходе блока 60 - сигнал , а на выходе блока 63 - сигнал .

Функциональный преобразователь 64 реализуют функцию sin. Датчик 66 измеряет ускорение . В результате на выходе блока 65 формируется сигнал . Первый отрицательный (со стороны блока 65) и второй положительный входы сумматора 67 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 60) и второй положительные вход сумматора 61 имеют соответственно единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный l/l₂ . В результате на выходе блока 58 формируется сигнал

Девятый положительный вход сумматора 13 (со стороны блока 58) имеет коэффициент усиления, равный l/i _P. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал

Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход -коэффициент усиления R/(K _MK_y). В результате на выходе сумматора 4 формируется сигнал U*, равный

Поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует M_CTP, то сигнал U* (4), как несложно убедиться, обеспечивает превращение уравнения (3) с существенно переменными параметрами в уравнение с постоянными желаемыми параметрами, , обеспечивающими этому электроприводу заданные динамические свойства и качественные показатели работы за счет выбора желаемых постоянных значений J_H и K_y.