устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа
Классы МПК: | F15B11/22 синхронизация движения двух или более сервомеханизмов |
Автор(ы): | Стоялов В.В. |
Патентообладатель(и): | Акционерное общество открытого типа Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-01-21 публикация патента:
27.09.1998 |
Устройство относится к системам управления пространственными многосвязными исполнителями механизмами. Устройство содержит рабочий орган, гидроцилиндры, датчик положения рабочего органа, гидроусилитель, суммирующий элемент, регуляторы, пороговые элементы, блок управления, а также по числу гидроцилиндров переключатели, ключи и элементы памяти, блок вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров, блок ключей, блок сумматоров, блок устройства управления скоростью приводов и задатчик уровня выравнивания подвижной платформы. Рабочий орган соединен с датчиком положения рабочего органа и с гидроцилиндрами. Каждый гидроцилиндр соединен с датчиком положения его штоком и подключен к выходу соответствующего гидроусилителя. Выход каждого суммирующего элемента соединен с соответствующим регулятором. Выход каждого датчика положения штока соединен с первым входом суммирующего элемента. Управляющий вход суммирующего элемента соединен с управляющими входами других ключей. Элемент памяти соединен с соответствующим входом блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров. Задающий вход блока вычислителей соединен с выходом задатчика уровня выравнивания подвижной платформы. Первая и вторая групп выходов блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров соединены с соответствующими первой и второй группами входов блока устройства управления скоростью приводов. Третья и четвертая группы выходов блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров соединены с соответствующими третьей и четвертой группами входов блока устройства управления скоростью приводов, пятая группа входов которого соединена с выходами блока ключей. Управляющий вход блока ключей соединен с управляющими входами каждого переключателя. Первая и вторая группы выходов блока устройства управления скоростью приводов соединены с соответствующими группами входов блока сумматоров. Выходы блока сумматоров соединены с первыми входами соответствующих переключателей, соединенных вторыми входами с выходами блока управления. Входы блока управления соединены с выходами датчика положения рабочего органа. Выходы переключателей соединены с вторыми входами соответствующих суммирующих элементов. Аварийный выход блока управления соединен с управляющими входами пороговых элементов, включенных между регулятором и гидроусилителем в каждом канале. Техническим результатом изобретения является обеспечение в нештатных ситуациях одновременного выравнивания МПП по нескольким координатам за счет синхронного пропорционального управления длинами гидроцилиндров количества операторов, обеспечение автономности процесса разгрузки. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
Устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, содержащее рабочий орган, соединенный с датчиком положения рабочего органа и с гидроцилиндрами, при этом каждый гидроцилиндр соединен с датчиком положения его штока и подключен к выходу соответствующего гидроусилителя, выход каждого суммирующего элемента соединен с соответствующим регулятором, а также пороговые элементы и блок управления, отличающееся тем, что в него введены по числу гидроцилиндров переключатели, ключи и элементы памяти, а также блок вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров, блок ключей, блок сумматоров, блок устройств управления скоростью приводов и задатчик уровня выравнивания подвижной платформы, при этом выход каждого датчика положения штока одновременно соединен с первым входом суммирующего элемента и через соответствующие последовательно соединенные ключ, управляющий вход которого соединен с управляющими входами других ключей, и элемент памяти с соответствующим входом блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров, задающий вход которого соединен с выходом задатчика уровня выравнивания подвижной платформы, первая и вторая группа выходов блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров соединены с соответствующими первой и второй группой входов блока устройств управления скоростью приводов, третья и четвертая группа выходов блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров соединена с соответствующими третьей и четвертой группой входов блока устройств управления скоростью приводов, пятая группа входов которого соединена с выходами блока ключей, управляющий вход которого соединен с управляющими входами каждого переключателя, при этом первая и вторая группы выходов блока устройств управления скоростью приводов соединены с соответствующими группами входов блока сумматоров, выходы которого соединены с первыми входами соответствующих переключателей, соединенных вторыми входами с выходами блока управления, входы которого соединены с выходами датчика положения рабочего органа, а выходы переключателей соединены с вторыми входами соответствующих суммирующих элементов, при этом аварийный выход блока управления соединен с управляющими входами пороговых элементов, включенных между регулятором и гидроусилителем в каждом канале.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к системам управления пространственными многосвязными исполнительными механизмами и может быть использовано в средствах управления, обеспечивающих их совместную работу. Известен многостепенной стенд для натурно-математического моделирования процессов стыковки космических аппаратов [1, стр. 201-208], [2, стр. 193-199] (фиг.1). На стенде моделируются, как правило, нештатные ситуации, т.е. моделируется стыковка объектов с начальными условиями, для которых математическое моделирование однозначного отвода об успешности их завершения не дает. В процессе подобного моделирования часто происходит превышение расчетных нагрузок (сил и моментов) на элементы стыковочных устройств (СТУ) 1, представленных физически, что ведет к вынужденному останову испытаний. Процесс моделирования характеризуется энергичным перемещением верхнего (активного) СТУ на своих амортизаторах 2 и нижнего (пассивного) СТУ, перемещаемого с помощью длинноходовых электрогидроприводов 3 и установленного на рабочем органе стенда - многостепенной подвижной платформе (МПП) 4. В случае превышения нагрузок, контролируемых датчиком 5, процесс блокируется, при этом СТУ находятся в зацеплении после срабатывания защелок и занимают некое произвольное положение в пространстве (фиг. 1). СТУ могут быть разведены путем отвода платформы стенда только после разгрузки защелок СТУ, т.е. когда отклонение по координатам X,Y,Z,![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119068/920.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119067/981.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119597/2119597-2t.gif)
где
i= 1-6 - количество гидроцилиндров, li0 = l10 = ... = l60 - длина штока гидроцилиндра при перемещении МПП только по координате X и равная.
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119597/2119597-3t.gif)
где
X*Bi - координаты верхних шарниров гидроцилиндров в неподвижной системе координат;
YBi, ZBi - координат верхних шарниров гидроцилиндров в подвижной системе координат, связанной с центром платформы (постоянные величины);
xHi, yHi, zHi - координаты нижних шарниров в неподвижной системе координат (также постоянные величины), причем xHi = xH1 = xH6 = ... = x0;
X, Y, Z - координаты МПП при управлении в продольном (X) и поперечном (Y, Z) направлениях;
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119068/920.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119067/981.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119597/2119597-4t.gif)
Одновременная ликвидация приращений
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119068/920.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119067/981.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119068/920.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/936.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119067/981.gif)
dl/dt = kv
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119211/950.gif)
где
1 - сигнал с выхода привода;
X - сигнал управления;
kv - коэффициент усиления привода со скорости;
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119211/950.gif)
dUвых/dt = -Eс/RC = -Iс/C
где
Eс соответствует скачку входного сигнала;
Iс - ток заряда концентратора;
RC = T - постоянная времени интегратора. Управление постоянной времени T интегратора (током Iс) обеспечивает управление скорости Uвых интегратора и, следовательно, скоростью выравнивания соответствующего гидроцилиндра. Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на фиг. 3, где блоки 4-14 выполняют функции и имеют те же обозначения, что и на фиг. 2; 15-переключатель, 16-блок сумматоров, 17-блок устройств управления скоростью приводов, 18-блок ключей, 19-блок вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров, 20-задатчик уровня выравнивания подвижной платформы, 21-элемент памяти, 22-ключ. Принципиальная схема блоков 15-22 и связи между ними приведены на фиг. 4. Реализация дана для одного канала, т.к. все шесть каналов идентичны. Элементы памяти 21 реализован на ОУ 25 с единичной отрицательной обратной связью (ООС), на прямой вход которого сигнал с выхода ключа 22 поступает через резистор 23, при этом конденсатор 24 включен между прямым входом ОУ и землей. Выход ОУ 25 соединен через резисторы 26 и 39 с инверсными входами ОУ 31 и 41 блока вычислителей приращений длин штоков гидроцилиндров 19, при этом инверсные входы ОУ 31 и 41 дополнительно соединены через резисторы 27 и 40 с выходом задатчика уровня выравнивания подвижной платформы 20, а их прямые входы через резисторы 28 и 42 соединены с землей. ООС ОУ 31 образована диодом 30, включенным в прямом направлении от инверсного входа ОУ к его выходу и параллельной диоду 30 цепью, образованной из последовательно включенных диодов 32, 33, 34 и резистора 29, причем диоды 32, 33, 34 включены встречно диоду 30, а анод диода 34 соединен с выходом ОУ. Между выходом ОУ и землей включены последовательно соединенные резистор 35 и светодиод оптрона 36.1, подключенный катодом к земле. ООС ОУ 41 образована диодом 38, включенным в обратном направлении от инверсного входа ОУ к его выходу и параллельной диоду 38 цепью, образованной из последовательно включенных диодов 43, 44, 45 и резистора 37, причем диоды 43, 44, 45 включены встречно диоду 38, а катод диода 45 соединен с выходом ОУ. Между выходом ОУ и землей включены последовательно соединенные резистор 46 и светодиод оптрона 47.1, подключенный анодом к земле. Точки соединения резистора 29 и диода 32 и резистора 37 и диода 43 соединены с инверсными входами ОУ 48 и 54 соответственно в блоке устройств управления скоростью приводов 17. Выход ОУ 48 (54) через фототодиод оптрона 36.2 (47.2), включенный в прямом (обратном) направлении и резистор 49 (55) соединен с инверсным входом ОУ 51 (56), прямой вход которого через резистор 52 резистор 52 (53) соединен с землей. В обратную связь ОУ 51 (56) включен конденсатор 50 (57), параллельно которому включен соответствующий ключ в блоке ключей 18, а выход ОУ 51 (56) соединен одновременно с прямым входом ОУ 48 (54) и через резистор 59 (60) с инверсным входом ОУ 62 в блоке сумматоров 16, при этом прямой вход ОУ 62 через резистор 61 соединен с землей, ООС ОУ 62 образована резистором 58, а выход ОУ соединен с первым входом переключателя 15. Устройство работает следующим образом. После возникновения нештатной ситуации и блокировки платформы от средств контроля оператор замыкает на короткое время (несколько секунд) и затем размыкает ключи 22. Элемент памяти 21 запоминает напряжение, соответствующее длине штока гидроцилиндра. Сигнал X0, соответствующий уровню выравнивания по координате X и устанавливаемый до начала испытаний, поступает с задатчика уровня выравнивания подвижной платформы 20, реализованного на многооборотном потенциометре. В блоке 19 на ОУ 31 либо 41 происходит раздельное (положительное либо отрицательное) выделение приращение длины штока гидроцилиндра
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119181/8801.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119181/8801.gif)
![устройство синхронного перемещения гидроцилиндров рабочего органа, патент № 2119597](/images/patents/352/2119098/916.gif)
1. В. С. Сыромятников. Стыковочные устройства космических аппаратов. М. Машиностроение. 1984. стр.201-208. 2. Кудрявцев В. В. , Стоялов В.В. Автономное управление многостепенной подвижной платформой. // Российская Академия Наук. Техническая кибернетика. 1993 г N 6, стр.193-199. 3. Авторское свидетельство 454371, 1974 г. Устройство синхронизации гидроцилиндров проходческого щита. 4. Авторское свидетельство 920272, 1982 г. Способ синхронизации исполнительных органов. 5. Авторское свидетельство 501164, 1974 г. Способ синхронной подачи гидроцилиндров рабочего органа проходческого щита. 6. Баженов А.И., Гамынин Н.С., Карев В.И. и др. Проектирование следящих гидравлических приводов летательных аппаратов. М.Машиностроение. 1981.
Класс F15B11/22 синхронизация движения двух или более сервомеханизмов