устройство для управления приводом робота

Формула изобретения

Устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор - с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, а выход - к второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, а также первый косинусный и второй синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого и второго функциональных преобразователей, а их выходы - соответственно к второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, а также второй датчик ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой сумматор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и девятый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор и девятый блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, причем второй вход девятого блока умножения подключен к выходу шестого сумматора, первый и второй входы десятого блока умножения - соответственно к выходам квадратора и первого функционального преобразователя, второй вход одиннадцатого блока умножения - к выходу первого датчика скорости и второму входу седьмого сумматора, а его выход - к второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого через второй дифференциатор подключен к выходу третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок умножения и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу десятого сумматора, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен со вторым входом шестнадцатого блока умножения и выходом третьего датчика ускорения, а второй вход - с выходом третьего функционального преобразователя, восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а выход - к пятому входу четвертого сумматора, а также двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков скорости, а выход - к второму входу пятнадцатого блока умножения, отличающееся тем, что в него дополнительно введены последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, третий дифференциатор, девятнадцатый блок умножения, тринадцатый сумматор и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход - с третьим входом одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать первый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а выход - со вторым входом тринадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения и второму входу двадцать первого блока умножения, а второй вход - к второму входу девятнадцатого блока умножения и выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, и четырнадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом семнадцатого блока умножения, а выход - с первым входом восемнадцатого блока умножения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания систем управления приводами робота.

Известно устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, выход - к второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор и с второго по пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, а также первый и второй функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого и второго функционального преобразователя, а их выходы соответственно - ко второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, второй датчик положения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий функциональный преобразователь, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, а его выход - к пятому входу четвертого сумматора (см. патент РФ №2193480, БИ №33, 2002 г.).

Недостатком данного устройства является то, что в нем не учитывается электрическая постоянная времени электродвигателя L. Это во многих случаях может привести к потере устойчивости и снижению динамической точности управления рассматриваемым приводом робота.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, выход - к второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, а также первый косинусный и второй синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого и второго функциональных преобразователей, а их выходы - соответственно к второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, а также второй датчик ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой сумматор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и девятый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор и девятый блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, причем второй вход девятого блока умножения подключен к выходу шестого сумматора, первый и второй входы десятого блока умножения - соответственно к выходам квадратора и первого функционального преобразователя, второй вход одиннадцатого блока умножения - к выходу первого датчика скорости и второму входу седьмого сумматора, а его выход - к второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого через второй дифференциатор подключен к выходу третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок умножения и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен с выходом третьего датчика ускорения и вторым входом шестнадцатого блока умножения, а его второй вход - с выходом третьего функционального преобразователя, и восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а выход - к пятому входу четвертого сумматора, а также двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков скорости, а выход - к второму входу пятнадцатого блока умножения (см. патент РФ №2228257, БИ №13, 2004 г.).

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

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является обеспечение высокой динамической точности привода указанной степени подвижности манипулятора с учетом всех его степеней свободы и электрической постоянной времени якорной цепи электродвигателя.

Технический результат, который достигается при реализации изобретения, выражается в формировании дополнительного форсирующего сигнала управления, подаваемого на вход привода, который точнее компенсирует вредное моментное воздействие со стороны других степеней подвижности манипулятора на качественные показатели работы рассматриваемого устройства.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, усилитель и двигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен к входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, выход - к второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, датчик массы, второй задатчик сигнала, квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и пятый блоки умножения, первый датчик ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, а также первый косинусный и второй синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика положения, выход датчика массы подключен к второму входу первого блока умножения, первому входу шестого сумматора и второму входу пятого сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго и третьего блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого и второго функциональных преобразователей, а их выходы - соответственно к второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через квадратор с выходом второго датчика скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, а выход второго сумматора соединен с третьим входом третьего сумматора, а также второй датчик ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора, последовательно соединенные седьмой сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, седьмой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя, восьмой сумматор, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, и девятый сумматор, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор и девятый блок умножения подключен к выходу первого датчика ускорения, а его выход - к пятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные десятый и одиннадцатый блоки умножения, причем второй вход девятого блока умножения подключен к выходу шестого сумматора, первый и второй входы десятого блока умножения - соответственно к выходам квадратора и первого функционального преобразователя, второй вход одиннадцатого блока умножения - к выходу первого датчика скорости и второму входу седьмого сумматора, а его выход - к второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого через второй дифференциатор подключен к выходу третьего датчика ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок умножения и одиннадцатый сумматор, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь, подключенный входом к выходу десятого сумматора, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора, семнадцатый блок умножения, первый вход которого соединен со вторым входом шестнадцатого блока умножения и выходом третьего датчика ускорения, а второй вход - с выходом третьего функционального преобразователя, восемнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и четырнадцатого блоков умножения, а выход - к пятому входу четвертого сумматора, а также двенадцатый сумматор, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого и второго датчиков скорости, а выход - к второму входу пятнадцатого блока умножения, дополнительно вводятся последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, третий дифференциатор, девятнадцатый блок умножения, тринадцатый сумматор и двадцатый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход - с третьим входом одиннадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать первый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора, а выход - со вторым входом тринадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика ускорения и второму входу двадцать первого блока умножения, а второй вход - к второму входу девятнадцатого блока умножения и выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, и четырнадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом семнадцатого блока умножения, а выход - с первым входом восемнадцатого блока умножения.

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

При этом совокупность существенных признаков отличительной части формулы изобретения позволяет обеспечить полную инвариантность привода к эффектам взаимовлияния между степенями подвижности и моментам трения даже при наличии электрической постоянной времени якорной цепи электродвигателя.

На фиг.2 представлена кинематическая схема исполнительного органа робота. Этот робот имеет пять степеней подвижности. Его первая и четвертая степени подвижности обеспечивают перпендикулярные друг другу линейные перемещения в горизонтальной плоскости (обобщенные координаты q₁ и q₄), вторая и третья степени (обобщенные координаты q₂ и q₃) - вращательные движения второго и третьего звеньев манипулятора в горизонтальной плоскости, а пятая степень - вертикальное перемещение вращающихся звеньев (обобщенная координата q₅). На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для управления приводом третьей степени подвижности манипулятора (координата q ₃).

Устройство для управления приводом робота содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, усилитель 5 и двигатель 6, связанный с первым датчиком скорости 7 непосредственно и через редуктор 8 с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом с входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент 10 и четвертый сумматор 11, второй вход которого подключен к входу релейного элемента 10, второму входу второго сумматора 2 и выходу первого датчика 7 скорости, выход - к второму входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала и пятый сумматор 13, а также второй датчик 14 скорости, установленный во второй степени подвижности манипулятора, датчик 15 массы, второй задатчик 16 сигнала, квадратор 17, шестой сумматор 18, второй 19, третий 20, четвертый 21 и пятый 22 блоки умножения, первый датчик 23 ускорения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, а также первый 24 косинусный и второй 25 синусный функциональные преобразователи, вход каждого из которых соединен с выходом первого датчика 9 положения, выход датчика 15 массы подключен к второму входу первого блока 3 умножения, первому входу шестого сумматора 18 и второму входу пятого 13 сумматора, соединенного выходом с первыми входами второго 19 и третьего 20 блоков умножения, второй вход каждого из которых подключен соответственно к выходу первого 24 и второго 25 функциональных преобразователей, а их выходы - соответственно к второму входу шестого сумматора 18 и первому входу четвертого блока 21 умножения, соединенного вторым входом через квадратор 17 с выходом второго датчика 14 скорости, а выходом - с третьим входом четвертого сумматора 11, четвертый вход которого подключен к выходу пятого блока 22 умножения, соединенного первым входом с выходом первого датчика 23 ускорения, а вторым входом - с выходом шестого сумматора 18, третий вход которого подключен к выходу второго задатчика 16 сигнала, а выход второго сумматора 2 соединен с третьим входом третьего сумматора 4, а также второй датчик 26 ускорения, установленный на валу двигателя и выходом подключенный к четвертому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные седьмой сумматор 27, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 14 скорости, шестой блок 28 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, седьмой блок умножения 29, второй вход которого соединен с выходом второго функционального преобразователя 25, восьмой сумматор 30, восьмой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13, и девятый сумматор 32, второй вход которого через последовательно соединенные первый дифференциатор 33 и девятый блок 34 умножения подключен к выходу первого датчика 23 ускорения, а его выход - к пятому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные десятый 35 и одиннадцатый блоки 36 умножения, причем второй вход девятого блока 34 умножения подключен к выходу шестого сумматора 18, первый и второй входы десятого блока 35 умножения - соответственно к выходам квадратора 17 и первого функционального преобразователя 24, второй вход одиннадцатого блока 36 умножения - к выходу первого датчика 7 скорости и второму входу седьмого сумматора 27, а его выход - к второму входу восьмого сумматора 30, последовательно соединенные второй датчик 37 положения, установленный во второй степени подвижности манипулятора, десятый сумматор 38, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 9 положения, третий синусный функциональный преобразователь 39, двенадцатый блок 40 умножения, второй вход которого через второй дифференциатор 41 подключен к выходу третьего датчика 42 ускорения, установленного в первой степени подвижности манипулятора, тринадцатый блок 43 умножения и одиннадцатый сумматор 44, выход которого подключен к шестому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь 45, подключенный входом к выходу десятого сумматора 38, четырнадцатый 46, пятнадцатый 47 и шестнадцатый 48 блоки умножения, причем выход последнего подключен ко второму входу одиннадцатого сумматора 44, семнадцатый блок 49 умножения, первый вход которого соединен со вторым входом шестнадцатого блока 48 умножения и выходом третьего датчика 42 ускорения, а второй вход - с выходом третьего функционального преобразователя 39, восемнадцатый блок 50 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13 и вторым входам тринадцатого 43 и четырнадцатого 46 блоков умножения, а выход - к пятому входу четвертого сумматора 11, а также двенадцатый сумматор 51, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходам первого 7 и второго 14 датчиков скорости, а выход - к второму входу пятнадцатого блока 47 умножения, последовательно соединенные четвертый датчик 52 ускорения, установленный в четвертой степени подвижности манипулятора, третий дифференциатор 53, девятнадцатый блок 54 умножения, тринадцатый сумматор 55 и двадцатый блок 56 умножения, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 13, а выход - с третьим входом одиннадцатого сумматора 44, последовательно соединенные двадцать первый блок 57 умножения, первый вход которого подключен к выходу третьего функционального преобразователя 39, и двадцать второй блок 58 умножения, второй вход которого соединен с выходом двенадцатого сумматора 51, а выход - со вторым входом тринадцатого сумматора 55, последовательно соединенные двадцать третий блок 59 умножения, первый вход которого подключен к выходу четвертого датчика 52 ускорения и второму входу двадцать первого блока 57 умножения, а второй вход - к второму входу девятнадцатого блока 54 умножения и выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 45, и четырнадцатый сумматор 60, второй вход которого соединен с выходом семнадцатого блока 49 умножения, а выход - с первым входом восемнадцатого блока 50 умножения. Объект управления 61 соединен с выходным валом редуктора 8.

На фиг.1 и 2 введены следующие обозначения: _вх - сигнал желаемого положения третьей степени подвижности манипулятора; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат; - ускорения соответствующих обобщенных координат; - ошибка привода (величина рассогласования); m ₁, m₂, m₃, m_г - соответственно массы первого, второго, третьего звеньев исполнительного органа и захваченного груза; - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев до их центров масс; l₂, l ₃ - длины соответствующих звеньев; - соответственно, скорость и ускорение вращения ротора двигателя третьей степени подвижности манипулятора; U ^*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем 5.

Устройство работает следующим образом. Сигнал ошибки с сумматора 1 после коррекции в блоках 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_в. 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 электропривода и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате возникает задача, связанная с обеспечением 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 q ₃, зависят от изменения обобщенных координат и массы захваченного груза. В связи с этим для качественного управления координатой q₃ необходимо точно компенсировать отрицательное влияние изменения указанных координат, а также переменной массы груза m_г на динамические свойства рассматриваемого привода поворота (координата q₃).

На основе уравнений Лагранжа 2-го рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал привода, управляющего координатой q₃, при движении робота (фиг.2) с грузом имеет вид

С учетом соотношения (1), а также уравнений электрической и механической цепей двигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, рассматриваемый привод, управляющий координатой q₃, можно описать следующим дифференциальным уравнением

где R и L - соответственно активное и индуктивное сопротивление якорной цепи двигателя; J - момент инерции якоря двигателя и вращающихся частей редуктора, приведенных к валу двигателя; K_м - коэффициент крутящего момента; K - коэффициент противоЭДС; K_в - коэффициент вязкого трения; i_p - передаточное отношение редуктора; М_стр - момент сухого трения; K_у - коэффициент усиления усилителя 5; i - ток якоря; - ускорение вращения вала двигателя третьей степени подвижности.

Из (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры привода, управляющего координатой q ₃, являются существенно переменными, зависящими от величин m_г, q₂, q ₃, В результате в процессе работы привода существенно меняются его динамические свойства и для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое стабилизировало бы параметры привода таким образом, чтобы он описывался дифференциальным уравнением с постоянными желаемыми параметрами.

Первый положительный вход сумматора 2 (со стороны сумматора 1) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления K /K_у. Первый, третий и четвертый положительные входы сумматора 11 (соответственно со стороны релейного элемента 10, блока 21 и блока 22) имеют единичные коэффициенты усиления, пятый положительный (со стороны блока 50) - коэффициент усиления l/l₂, а его второй положительный вход (со стороны датчика 7) - коэффициент усиления (K _мK /R+K_в). Причем выходной сигнал релейного элемента 10 с нулевой нейтральной точкой имеет вид

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

Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3) имеет коэффициент усиления второй положительный (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления R/(K_мK_у), а третий положительный (со стороны сумматора 2) - коэффициент усиления где J_н - номинальное (желаемое) значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому приводу заданные динамические свойства и показатели качества.

Первый положительный вход сумматора 13 (со стороны датчика 15) имеет коэффициент усиления l₂l ₃/i_p, а его второй положительный вход (со стороны задатчика 12) - единичный коэффициент усиления. Сигнал с выхода задатчика 12 равен а задатчика 16 сигнала - Первый (со стороны блока 19) и третий (со стороны задатчика 16) положительные входы сумматора 18 имеют единичные коэффициенты усиления, а второй положительный вход (со стороны датчика 15) - коэффициент усиления Таким образом, на выходе сумматора 13 формируется сигнал Функциональный преобразователь 24 формирует сигнал cosq ₃, поэтому на выходе блока 19 появляется сигнал а на выходе сумматора 18 - сигнал

Датчик 23 измеряет ускорение вращения второй степени подвижности (координату поэтому на выходе блока 22 формируется сигнал Датчик 14 измеряет скорость вращения второй степени подвижности (координату а функциональный преобразователь 25 формирует сигнал sinq ₃. Поэтому на выходе блока 20 появляется сигнал а на выходе блока 21 - сигнал

Датчик 37 измеряет обобщенную координату q ₂. Первый и второй положительные входы сумматора 38 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе функционального преобразователя 39 формируется сигнал sin(q₂ +q₃), а на выходе функционального преобразователя 45 - сигнал cos(q₂+q₃ ). Датчик 42 измеряет ускорение В результате на выходе блока 43 формируется сигнал

Датчик 52 измеряет ускорение В результате на выходе блока 59 формируется сигнал Входы сумматора 60 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе блока 50 формируется сигнал

С учетом отмеченных выше коэффициентов усиления соответствующих входов сумматора 11 на его выходе формируется сигнал

На выходе сумматора 2 формируется сигнал а на выходе блока 3 - сигнал

Датчик 26 измеряет ускорение вращения выходного вала электродвигателя четвертый положительный вход сумматора 4 (со стороны датчика 26) имеет коэффициент усиления Первый положительный вход сумматора 27 (со стороны датчика 14) имеет коэффициент усиления 2, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления l/i_p. В результате на выходе блока 29 формируется сигнал На выходе блока 34 формируется сигнал На выходе блока 36 формируется сигнал Первый (со стороны блока 29) положительный вход сумматора 30 имеет единичный коэффициент, а его второй положительный вход - коэффициент усиления l/i_p. В результате на выходе блока 31 формируется сигнал

Первый положительный вход сумматора 51 (со стороны датчика 7) имеет коэффициент усиления l/i_p , а его второй положительный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на его выходе формируется сигнал

На выходе блока 58 формируется сигнал на выходе блока 48 - сигнал а на выходе блока 54 - сигнал Первый положительный (со стороны блока 54) и второй отрицательный входы сумматора 55 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 56 - сигнал Все положительные входы сумматора 44 имеют коэффициенты усиления l/l₂, поэтому на его выходе формируется сигнал

Первый и второй положительные входы сумматора 32 имеют единичные коэффициенты усиления, а пятый и шестой (со стороны сумматоров 32 и 44) положительные входы сумматора 4 - коэффициенты усиления L/(K_уK _м). Таким образом, с учетом указанных коэффициентов усиления соответствующих входов сумматора 4 на его выходе окончательно формируется сигнал

Несложно показать, что поскольку при движении привода достаточно точно соответствует М _стр, то, подставив полученное значение U ^*(3) в соотношение (2), получим уравнение которое имеет постоянные желаемые параметры, т.е. привод, управляющий координатой q₃, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.