следящий электропривод
Классы МПК: | G05D3/00 Управление или регулирование местоположения или направления |
Автор(ы): | Давыдов Владимир Николаевич, Черемис Светлана Юрьевна |
Патентообладатель(и): | Давыдов Владимир Николаевич, Черемис Светлана Юрьевна |
Приоритеты: |
подача заявки:
1994-04-05 публикация патента:
10.05.1997 |
Техническое решение относится к системам автоматического управления, а более конкретно - к приводам и может быть использовано для перемещения объектов в большом диапазоне с высокими точностью и быстродействием в приборостроении и др. Изобретением решается задача повышения точности перемещения и быстродействия. Сущность изобретения: электропривод содержит измеритель 1 положения, компаратор 2 для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь 2 управляющего воздействия, двигатель 4, кинематически связанную с двигателем направляющую 5, базовыми упорами 6 и прижимными упорами 7 направляющей 5, нелинейный блок 8 для задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, а также блок 9, служащий для обеспечения разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
Следящий электропривод, содержащий измеритель положения, компаратор, соответствующими входами соединенный с клеммой сигнала заданного положения объекта и выходом измерителя положения, а выходом через формирователь управляющего воздействия и нелинейный блок с электродвигателем, кинематически связанным с направляющей, сопряженной с базовыми и прижимными упорами, отличающийся тем, что введен приводной блок, входом соединенный с выходом компаратора и кинематически связанный с базовыми и прижимными упорами с возможностью разнонаправленного периодического перемещения этих упоров вдоль хода направляющей, а нелинейный блок выполнен с возможностью задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше суммы этих модулей.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам автоматического управления, в более конкретно к приводам и может быть использовано для перемещения объектов в большом диапазоне с высокими точностью и быстродействием в приборостроении, станкостроении и др. Известен следящий электропривод /1/, содержащий измеритель положения направляющей, компаратор для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь управляющего воздействия двигателя в соответствии с выходным сигналом компаратора, шаговый двигатель, кинематически связанную с двигателем направляющую, базовые и прижимные упоры направляющей. Недостатком такого электропривода являются низкая точность перемещения, ограниченная чувствительностью его к величинам шага, момента трогания и силы сухого трения в направляющей, а также не высокое быстродействие, ограниченное максимальным числом шагов в единицу времени. Известен также следящий электропривод /1/, содержащий измеритель положения направляющей, компаратор для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь управляющего воздействия двигателя в соответствии с выходным сигналом компаратора, двигатель, кинематически связанную с двигателем направляющую, базовые и прижимные упоры направляющей. Недостатками данного электропривода являются низкие точности перемещения и быстродействие, ограниченные чувствительностью его к величинам момента трогания и силы сухого трения в направляющей. Наиболее близким по технической сути к предлагаемому техническому решению является следящий электропривод /2/, принятый в качестве прототипа. Электропривод содержит измеритель положения направляющей, компаратор для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь управляющего воздействия двигателя в соответствии с выходным сигналом компаратора, нелинейное устройство для формирования минимального движущего момента, двигатель, кинематически связанную с двигателем направляющую, базовые и прижимные упоры направляющей. Недостатками данного электропривода являются: низкая точность перемещения, ограниченная чувствительностью его к величине разности между минимальным усилием двигателя и силой сухого трения в направляющей, а также не высокое быстродействие, ограниченное величиной силы сухого трения в направляющей. Предлагаемое техническое решение устраняет указанные недостатки прототипа и позволяет повысить точность и быстродействие перемещения. Указанная задача решается за счет того, что в следящий электропривод, содержащий измеритель положения, компаратор для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь управляющего воздействия, двигатель, направляющую с базовыми и прижимными упорами включены нелинейное устройство для задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, а также устройство, служащее для обеспечения разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается наличием нелинейного устройства для задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, а также устройство, служащее для обеспечения разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. Сравнение заявляемого технического решения с другими решениями в данной и смежной областях в объеме проведенного поиска показывает, что каждый элемент следящего электропривода в отдельности известен, однако, в той взаимосвязи элементов, как это предложено в заявляемом устройстве, а также выполнение отдельных элементов, в частности, нелинейного устройства для задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, позволило повысить точность и быстродействие перемещения. Суть предлагаемого технического решения проиллюстрирована на чертеже, где показана блок-схема описываемого электропривода. Электропривод содержит измеритель положения 1, компаратор 2 для вычисления сигнала рассогласования между заданным положением объекта и показаниями измерителя, формирователь 3 управляющего воздействия, двигатель 4, кинематически связанную с двигателем направляющую 5, базовыми упорами 6 и прижимными упорами 7 направляющей 5, нелинейное устройство 8 для задания минимального движущего усилия, величина которого больше разности модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, а также устройство 9, служащее для обеспечения разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. Следящий электропривод работает следующим образом. Компаратор 2 вычисляет сигнал рассогласования между заданным положением объекта U3 и показателями измерителя Un и передает результат вычисления на устройство 9 и формирователь 3, который вычисляет управляющее воздействие в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. Нелинейное устройство 8 сравнивает управляющее воздействие формирователя 3 с равным по модулю и противоположным по знаку пороговыми величинами, модули которых соответствуют усилению двигателя, находящего в диапазоне больше разностей модулей сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющей и меньше их суммы, и в случае, когда модуль управляющего усилия превышает по модулю пороговое значение, передает на двигатель управляющее воздействие, в противном случае передает пороговое воздействие. Двигатель 4 перемещает направляющую 5 в заданное положение. Измеритель перемещения 1 определяет положение направляющей и передает его на компаратор 2. Устройство 9 обеспечивает разнонаправленное периодическое движение базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей в соответствии с сигналом рассогласования компаратора. Статическая ошибка прототипа привода U3, вызванная действием сухого трения в направляющих, лежит в диапазоне[-(Fтс-Fнmin)/K3+(Fтс-Fнmin)/K]
где Fтс сила сухого трения в направляющей; Fнmin - минимальное усилие двигателя; K коэффициент передачи, характеризующий жесткость системы. U3 является случайной ошибкой, среднее значение которой равно нулю, а предельное значение пропорционально Fтс. Для минимизации U3 значение Fнmin необходимо подбирать как можно ближе к Fтс. Изменение разности Fтс и Fнmin, вызванное, например, изменением сил трения, в процессе работы приводит к увеличению U3. Уменьшение U3 в заявляемом решении достигается путем разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей. При таком движении
Fтс=-Fтс1sign(Vн-Vп)-Fтс2sign(Vн+Vб),
где Fтс1, Fтс2 силы сухого трения в узлах направляющая - базовые упоры и направляющая прижимные упоры соответственно; Vн, Vб, Vп скорость направляющей, базовых и прижимных упоров соответственно. При перемещении базового и прижимного упоров со скоростями Vб=Vп, сила
т. е. смещение упоров со скоростью /Vп/ >/Vн/ приводит к уменьшению Fтс, а при Fтс1=Fтс2 действие сил сухого трения на направляющую равно нулю. Величина Fmin задается пороговыми уровнями нелинейного устройства следующим образом:
Во время действия на направляющую Fнmin (например, во время подхода в заданное положение), при направляющей испытывает действие суммарного сухого трения и замедляет движение до полной остановки или до момента, когда /Vн/ становится меньше , в последнем случае сила сухого трения резко уменьшается до величины и направляющая начинает увеличивать скорость до установившегося значения или до момента времени, когда опять превысить и опять начнется процесс торможения. При условии, что скорость упоров меньше максимальной скорости движения направляющей, последняя начинает отслеживать движение упоров в направлении действия движущей силы. При периодическом изменении, включающем моменты времени, когда Vп=0, Vн также будет равной нулю. Такое смещение упоров задает режим пошагового движения направляющей. Величина шага пропорциональна интегралу от Vп на интервале между соседними промежутками времени, когда Vп=0. Величина шага, определяемая амплитудой Vп, изменяется в зависимости от величины сигнала рассогласования U3. При попадании в заданную зону Vп и Vб устанавливаются равными нулю, смещение упоров прекращается и направляющая фиксируется трением. Если сила Fтс1 не равна Fтс2, то при на направляющую будет действовать суммарное сухое трение (Fтс1+Fтс2), при и положительной разности скоростей (Vн-Vп) трение равно (Fтс1-Fтс2), при отрицательной разности скоростей (Vн-Vп) сила трения составляет (Fтс2-Fтс1). В момент времени, когда (например на участке разгона) за счет взаимной компенсации сил сухого трения в базовых и прижимных упорах направляющая перемещается с более высоким ускорением по сравнению с направляющей прототипа, что приводит к повышению быстродействия привода. Устройство для разнонаправленного периодического движения базовых и прижимных упоров вдоль хода направляющей может быть выполнено на базе пьезокерамики, электромагнитов, механических кулачков и других средств. Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения по сравнению с прототипом заключается в повышении точности перемещения за счет нечувствительности его к величине разности между минимальным усилием двигателя и силой сухого трения в направляющей, а также в повышении быстродействия за счет компенсации силы сухого трения в направляющей.
Класс G05D3/00 Управление или регулирование местоположения или направления