электропривод робота

Формула изобретения

Электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора и второму входу третьего сумматора, и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, шестой сумматор и третий блок умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, первый косинусный функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные первый датчик ускорения, пятый блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения и седьмой блок умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, квадратор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен ко второму входу пятого блока умножения и через второй синусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и восьмой сумматор, последовательно соединенные девятый блок умножения, первый вход которого подключен ко второму входу восьмого блока умножения, а второй вход - к выходу третьего датчика скорости и первому входу шестого блока умножения, десятый блок умножения, и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя, а выход - к второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора, и десятый сумматор, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, а также релейный элемент, вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, и тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, а его второй вход - к выходу второго датчика скорости, отличающийся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого задатчика постоянного сигнала, а выход - со вторым входом одиннадцатого сумматора и пятым входом третьего сумматора, причем выход двенадцатого сумматора соединен со вторым входом седьмого блока умножения, а выход четвертого задатчика постоянного сигнала - с первым входом четырнадцатого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - ко второму входу шестого сумматора, последовательно соединенные пятнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого соединены с выходами квадратора и третьего датчика скорости соответственно, и шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя, а выход - к третьему входу девятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор, вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго синусного функционального преобразователя, четырнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, третий вход через последовательно соединенные восемнадцатый и девятнадцатый блоки умножения - с выходом третьего датчика скорости, а четвертый вход через двадцатый блок умножения - с выходом второго датчика скорости, и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - ко второму входу десятого сумматора, третий вход которого соединен с выходом двадцать второго блока умножения, а также второй дифференциатор, вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и второму входу десятого блока умножения, а выход - к первому входу одиннадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого косинусного функционального преобразователя и вторым входом девятнадцатого блока умножения, причем вторые входы восемнадцатого и двадцатого блоков умножения соединены соответственно с выходами первого датчика ускорения и двенадцатого блока умножения, входы двадцать второго блока умножения соединены с выходами шестого и девятого сумматоров, второй вход третьего блока умножения подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к шестому входу третьего сумматора, выход четвертого блока умножения подключен ко второму входу шестого блока умножения, выход седьмого блока умножения соединен с седьмым входом третьего сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании систем управления приводами роботов.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - ко второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к входу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и третий квадратор - к входу второго усилителя, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, а его второй вход - к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход - со вторым входом шестого сумматора, девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход - к выходу первого датчика скорости, а выход - к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора (см. патент РФ № 2028931, В25J 13/00,1995).

Недостатком данного устройства является то, что в нем не учитывается, считаясь малой, электромагнитная постоянная времени электродвигателя. Это приводит к возрастанию ошибки управления при быстром изменении динамических моментных нагрузочных характеристик привода.

Известен также самонастраивающийся электропривод робота, содержащий первый сумматор, последовательно соединенные первый блок умножения, второй сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, третий сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, первый квадратор, четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения и шестой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, второй усилитель, первый функциональный преобразователь и третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к второму входу второго блока умножения, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, второй квадратор, четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, и седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого задатчика постоянного сигнала, его третий вход через последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и третий квадратор - к выходу второго усилителя, последовательно соединенные пятый задатчик постоянного сигнала, восьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего сумматора и первому входу девятого сумматора, пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, а его второй вход - к выходу девятого сумматора, вторым входом подключенного к выходу пятого блока умножения, и восьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, а выход - с вторым входом шестого сумматора, девятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, десятый сумматор, релейный элемент, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, третьему входу второго сумматора и первому входу девятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, причем первый вход десятого сумматора подключен к выходу первого сумматора, его второй вход - к выходу первого датчика скорости, а выход - к первому входу первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, десятый блок умножения, второй вход которого через четвертый квадратор подключен к выходу второго датчика скорости, одиннадцатый сумматор, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и двенадцатый сумматор, последовательно соединенные двенадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, а его второй вход - к выходу второго квадратора, тринадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу двенадцатого сумматора, последовательно соединенные четырнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, и пятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен также со вторым входом тринадцатого сумматора, а его второй вход - со вторым входом тринадцатого блока умножения и выходом девятого сумматора, а выход - с третьим входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, а второй вход - с выходом третьего датчика скорости и вторым входом четырнадцатого блока умножения, и пятый квадратор, выход которого подключен к четвертому входу двенадцатого сумматора и первому входу семнадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, а выход - с пятым входом двенадцатого сумматора, последовательно соединенные второй датчик ускорения и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого функционального преобразователя, а выход - ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные девятнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а второй - с выходом первого датчика скорости, и четырнадцатый сумматор, выход которого подключен к пятому входу второго сумматора, а также последовательно соединенные третий датчик ускорения и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, третий вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения (см. патент РФ № 2181660, В25J 13/08, 2000).

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

Недостатком данного устройства является то, что оно предназначено для конкретного привода робота с другой кинематической схемой. Для привода рассматриваемой степени подвижности рассматриваемого робота (с другой кинематической схемой) это устройство не будет обеспечивать требуемую динамическую точность работы.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение полной инвариантности динамических свойств рассматриваемого электропривода к изменениям его динамических моментных нагрузочных характеристик при движении манипулятора робота по всем четырем степеням подвижности и, тем самым, повышение динамической точности управления при учете электрической постоянной времени электродвигателя.

Технический результат, который может быть получен при реализации заявляемого технического решения, выражается в формировании нового сигнала управления, подаваемого на вход электропривода, который обеспечивает получение нового моментного воздействия, компенсирующего вредное моментное воздействие на качественные показатели работы рассматриваемого электропривода.

Поставленная задача решается тем, что в электропривод робота, содержащий последовательно соединенные первый и второй сумматоры, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель, электродвигатель, связанный непосредственно с первым датчиком скорости, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора и второму входу третьего сумматора, и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик положения, четвертый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика постоянного сигнала, пятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика постоянного сигнала, второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, шестой сумматор и третий блок умножения, последовательно соединенные третий датчик положения, первый косинусный функциональный преобразователь и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные первый датчик ускорения, пятый блок умножения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу шестого блока умножения, и седьмой блок умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости, квадратор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен ко второму входу пятого блока умножения и через второй синусный функциональный преобразователь - к выходу третьего датчика положения, и восьмой сумматор, последовательно соединенные девятый блок умножения, первый вход которого подключен ко второму входу восьмого блока умножения, а второй вход - к выходу третьего датчика скорости и первому входу шестого блока умножения, десятый блок умножения, и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого блока умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения и двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя, а выход - к второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные третий датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора, и десятый сумматор, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, а также релейный элемент, вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - к четвертому входу третьего сумматора, и тринадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, а его второй вход - к выходу второго датчика скорости, дополнительно вводятся последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом пятого задатчика постоянного сигнала, а выход - со вторым входом одиннадцатого сумматора и пятым входом третьего сумматора, причем выход двенадцатого сумматора соединен со вторым входом седьмого блока умножения, а выход четвертого задатчика постоянного сигнала - с первым входом четырнадцатого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора, а выход - второму входу шестого сумматора, последовательно соединенные пятнадцатый блок умножения, первый и второй входы которого соединены с выходами квадратора и третьего датчика скорости, соответственно, и шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя, а выход - к третьему входу девятого сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор, вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, семнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго синусного функционального преобразователя, четырнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока умножения, третий вход через последовательно соединенные восемнадцатый и девятнадцатый блоки умножения - с выходом третьего датчика скорости, а четвертый вход через двадцатый блок умножения - с выходом второго датчика скорости, и двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - ко второму входу десятого сумматора, третий вход которого соединен с выходом двадцать второго блока умножения, а также второй дифференциатор, вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения и второму входу десятого блока умножения, а выход - к первому входу одиннадцатого блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого косинусного функционального преобразователя и вторым входом девятнадцатого блока умножения, причем вторые входы восемнадцатого и двадцатого блоков умножения соединены, соответственно, с выходами первого датчика ускорения и двенадцатого блока умножения, входы двадцать второго блока умножения соединены с выходами шестого и девятого сумматоров, второй вход третьего блока умножения подключен к выходу восьмого сумматора, а выход - к шестому входу третьего сумматора, выход четвертого блока умножения подключен ко второму входу шестого блока умножения, выход седьмого блока умножения соединен с седьмым входом третьего сумматора.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

При этом отличительные признаки формулы изобретения обеспечивают высокую точность и устойчивость работы рассматриваемого электропривода робота в условиях существенного изменения параметров нагрузки.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого электропривода робота, а на фиг.2 - кинематическая схема исполнительного органа робота.

Электропривод робота содержит последовательно соединенные первый 1 и второй 2 сумматоры, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, первый усилитель 5, электродвигатель 6, связанный непосредственно с первым датчиком 7 скорости, выход которого подключен ко второму входу второго сумматора 2 и второму входу третьего сумматора 4, и через редуктор 8 - с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого соединен со входом устройства, последовательно соединенные второй датчик 10 положения, четвертый сумматор 11, второй вход которого подключен к выходу первого задатчика 12 постоянного сигнала, пятый сумматор 13, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика 14 постоянного сигнала, второй блок 15 умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика 16 массы, шестой сумматор 17 и третий блок 18 умножения, последовательно соединенные третий датчик 19 положения, первый косинусный функциональный преобразователь 20 и четвертый блок 21 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 22 скорости, последовательно соединенные первый датчик 23 ускорения, пятый блок 24 умножения, седьмой сумматор 25, второй вход которого подключен к выходу шестого блока 26 умножения, и седьмой блок 27 умножения, последовательно соединенные третий датчик 28 скорости, квадратор 29, восьмой блок 30 умножения, второй вход которого подключен ко второму входу пятого блока 24 умножения и через второй синусный функциональный преобразователь 31 - к выходу третьего датчика 19 положения, и восьмой сумматор 32, последовательно соединенные девятый блок 33 умножения, первый вход которого подключен ко второму входу восьмого блока 30 умножения, а второй вход - к выходу третьего датчика 28 скорости и первому входу шестого блока 26 умножения, десятый блок 34 умножения, и девятый сумматор 35, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого блока 36 умножения, последовательно соединенные второй датчик 37 ускорения и двенадцатый блок 38 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя 20, а выход - к второму входу восьмого сумматора 32, последовательно соединенные третий датчик 39 ускорения, установленный на выходном валу редуктора 8, и десятый сумматор 40, выход которого подключен к третьему входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные третий задатчик 41 постоянного сигнала и одиннадцатый сумматор 42, выход которого подключен ко второму входу первого блока 3 умножения, а также релейный элемент 43, вход которого подключен к выходу первого датчика 7 скорости, а выход - к четвертому входу третьего сумматора 4, и тринадцатый блок 44 умножения, первый вход которого подключен к выходу восьмого блока 30 умножения, а его второй вход - к выходу второго датчика 22 скорости, последовательно соединенные четвертый задатчик 45 постоянного сигнала, двенадцатый сумматор 46, второй вход которого подключен к выходу датчика массы 16, и тринадцатый сумматор 47, второй вход которого соединен с выходом пятого задатчика 48 постоянного сигнала, а выход - со вторым входом одиннадцатого сумматора 42 и пятым входом третьего сумматора 4, причем выход двенадцатого сумматора 46 соединен со вторым входом седьмого блока 27 умножения, а выход четвертого задатчика 45 постоянного сигнала - с первым входом четырнадцатого блока 49 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого сумматора 11, а выход - второму входу шестого сумматора 17, последовательно соединенные пятнадцатый блок 50 умножения, первый и второй входы которого соединены с выходами квадратора 29 и третьего датчика 28 скорости, соответственно, и шестнадцатый блок 51 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого косинусного функционального преобразователя 20, а выход - к третьему входу девятого сумматора 35, последовательно соединенные первый дифференциатор 52, вход которого подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, семнадцатый блок 53 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго синусного функционального преобразователя 31, четырнадцатый сумматор 54, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого блока 44 умножения, третий вход через последовательно соединенные восемнадцатый 55 и девятнадцатый 56 блоки умножения - с выходом третьего датчика 28 скорости, а четвертый вход через двадцатый блок 57 умножения - с выходом второго датчика 22 скорости, и двадцать первый блок 58 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора 46, а выход - ко второму входу десятого сумматора 40, третий вход которого соединен с выходом двадцать второго блока 59 умножения, а также второй дифференциатор 60, вход которого подключен к выходу второго датчика 37 ускорения и второму входу десятого блока 34 умножения, а выход - к первому входу одиннадцатого блока 36 умножения, второй вход которого соединен с выходом первого косинусного функционального преобразователя 20 и вторым входом девятнадцатого блока 56 умножения, причем вторые входы восемнадцатого 55 и двадцатого 57 блоков умножения соединены, соответственно, с выходами первого датчика 23 ускорения и двенадцатого блока 38 умножения, входы двадцать второго блока 59 умножения соединены с выходами шестого 17 и девятого 35 сумматоров, второй вход третьего блока 18 умножения подключен к выходу восьмого сумматора 32, а выход - к шестому входу третьего сумматора 4, выход четвертого блока 21 умножения подключен ко второму входу шестого блока 26 умножения, выход седьмого блока 27 умножения соединен с седьмым входом третьего сумматора 4, шестерня 61.

На чертежах введены следующие обозначения: _вх - сигнал желаемого положения; q_i ,- соответствующие обобщенные координаты исполнительного органа робота - скорости изменения соответствующих обобщенных координат - ошибка электропривода (величина рассогласования); m ₁, m₂, m_Г - соответственно, массы первого, второго, звеньев исполнительного органа и захваченного груза; =const - расстояние от оси вращения второго звена до его центра масс; l₂=const - расстояние от центра масс второго звена до средней точки схвата; - соответственно, скорость и ускорение вращения ротора электродвигателя четвертой степени подвижности; U*,U - соответственно, усиливаемый сигнал и сигнал управления электродвигателем 6.

Рассматриваемый электропривод управляет обобщенной координатой q₄. Конструкция исполнительного органа робота (фиг.2) позволяет осуществлять вертикальное прямолинейное перемещение груза (координата q₄), вращение в вертикальной плоскости (координаты q₁, q₂), а также горизонтальное прямолинейное перемещение (координата q₃ ).

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки после коррекции в блоках 1, 2, 3, 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 М_B. Электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния степеней подвижности исполнительного органа, обладает переменными моментными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает качественные показатели работы электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечение инвариантности динамических свойств электропривода к непрерывным и быстрым изменениям его моментных нагрузочных характеристик, что позволяет обеспечить стабильность заданного качества системы управления.

Моментные характеристики привода, управляющего координатой q₄, существенно зависят от изменения координат и груза m_г. В связи с этим для качественного управления координатой q₄ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения этих координат, а также переменной массы груза m_Г на динамические свойства рассматриваемого привода (координата q₄).

Манипулятор в вертикальной плоскости перемещается с помощью рассматриваемого электропривода посредством передачи шестерня - рейка (координата q₄). Причем рейка установлена на первом вертикальном звене, а шестерня 61 - на выходном валу редуктора 8 электропривода и имеет радиус r.

С помощью уравнений Лагранжа второго рода несложно показать, что в процессе движения исполнительного органа робота на его линейную вертикальную степень подвижности действует сила

(g - ускорение свободного падения),

которая в процессе движения этого исполнительного органа создает на выходном валу редуктора 8 момент, равный

С учетом соотношения (1), а также уравнений электрической и механической цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый привод, управляющий координатой q₄, можно описать следующим дифференциальным уравнением:

где H*=(m₁+m₂ +m_Г)/i²p;

R и L - соответственно, активное и индуктивное сопротивления якорной цепи двигателя 6; J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенный к валу электродвигателя; K_M - коэффициент крутящего момента; k - коэффициент противо-ЭДС; k_B - коэффициент вязкого трения; i_p - передаточное отношение редуктора; М_стр - момент сухого трения; k_y - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря электродвигателя 6.

Из (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, параметры и динамические свойства электропривода, управляющего координатой q₄, являются существенно переменными, зависящими от и m_Г. В результате для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры электропривода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Первый положительный вход сумматора 2 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления . В результате на выходе сумматора 2 формируется сигнал .

Датчики 19 и 10 положения установлены, соответственно, во второй и третьей степенях подвижности исполнительного органа робота и измеряют обобщенные координаты g₂ и q₃ соответственно. Датчики 28 и 22 скорости установлены, соответственно, во второй и третьей степенях его подвижности и измеряют скорости и . Датчики 37 и 23 ускорения установлены, соответственно, во второй и третьей степенях подвижности этого исполнительного органа и измеряют ускорения и , соответственно. В результате на выходе блока 21 формируется сигнал cosq₂, на выходе блока 26 - сигнал на выходе блока 30 - сигнал на выходе блока 38 - сигнал на выходе блока 24 - сигнал на выходе блока 33 - сигнал на выходе блока 36 - сигнал а на выходе блока 53 - сигнал

Задатчики 12 и 14 формируют сигналы соответственно.

Положительные входы сумматоров 11 и 13 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал +q₃, а на выходе сумматора 14 - сигнал +l₂+q₃ Задатчики 41, 45 и 48 формируют сигналы , m₂ и m₁, соответственно. Положительные входы сумматоров 46 и 47 и первый положительный вход сумматора 42 (со стороны задатчика 41) имеют единичные коэффициенты усиления, второй положительный вход сумматора 42 имеет коэффициент усиления r². В результате на выходах сумматоров 46, 47 и 42 формируются сигналы m₂+m_Г, m₁ +m₂+m_Г и (m₁+m₂+m _Г)r²+ , соответственно.

На выходе блока 3 умножения формируется сигнал на выходе блока 15 - сигнал а на выходе блока 49 - сигнал

Положительные входы сумматора 17 имеют единичные коэффициенты усиления. Первый (со стороны блока 24) положительный вход сумматора 25 имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления 2. В результате на выходах сумматоров 17 и 25 формируются сигналы и соответственно, а на выходе блока 27 - сигнал

Первый отрицательный вход сумматора 32 (со стороны блока 30) и его второй положительный вход имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал а на выходе блока 18 - сигнал

Выходной сигнал релейного элемента 43 имеет вид

где |M_T| - величина момента сухого трения при движении.

На выходе блока 50 формируется сигнал , а на выходах блоков 34 и 51 - сигналы и соответственно. Первый отрицательный вход сумматора 35 (со стороны блока 34) имеет коэффициент усиления 3, его второй положительный (со стороны блока 34) и третий отрицательный - единичные коэффициенты усиления. В результате на выходе сумматора 35 формируется сигнал а на выходе блока 59 - сигнал

На выходе блока 55 формируется сигнал , а на выходах блоков 44, 56 и 57 - сигналы и соответственно. Первый отрицательный (со стороны блока 44), третий (со стороны блока 56) и четвертый (со стороны блока 57) положительные входы сумматора 54 имеют коэффициенты усиления, равные 3, а второй положительный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе блока 58 формируется сигнал

Датчик 39 установлен на выходном валу редуктора 8 и измеряет ускорение . Первый положительный вход сумматора 40 (со стороны

датчика 39) имеет коэффициент усиления k_B i_p, а его второй (со стороны блока 58) и третий (со стороны блока 59) положительные входы - коэффициенты усиления r/i_P. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 3), второй (со стороны датчика 7), третий (со стороны сумматора 40), четвертый (со стороны релейного элемента 43), пятый (со стороны сумматора 47), шестой (со стороны блока 18) и седьмой положительные входы сумматора 4 имеют коэффициенты усиления

соответственно,

где J_H - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции электропривода.

В результате на выходе сумматора 4 формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку при движении электропривода достаточно точно соответствует М_стр, то, подставив полученное значение U* (3) в соотношение (2), получим уравнение которое имеет постоянные желаемые параметры. То есть предложенный электропривод, управляющий координатой q₄, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.

Таким образом, за счет введения дополнительных элементов и новых связей удалось обеспечить полную инвариантность рассматриваемого электропривода к действующим на него силовым воздействиям. Это позволяет получить стабильно высокое качество управления в любых его режимах работы.