Результат интеллектуальной деятельности: САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД МАНИПУЛЯТОРА

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

Известен электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно подключенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен ко входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала и пятый сумматор, а также второй датчик скорости, датчик массы, второй задатчик сигнала, первый квадратор, шестой сумматор, второй, третий, четвертый и 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 ко 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 ко второму входу шестого сумматора и первому входу четвертого блока умножения, соединенного вторым входом через первый 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, последовательно соединенные второй датчик положения, седьмой сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, третий функциональный преобразователь и шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, а выход - к пятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель, четвертый функциональный преобразователь, седьмой блок умножения, восьмой сумматор и восьмой блок умножения, последовательно соединенные пятый функциональный преобразователь, девятый и десятый блоки умножения, последовательно соединенные третий датчик скорости и второй квадратор, выход которого подключен ко второму входу восьмого блока умножения, выход которого соединен с шестым входом четвертого сумматора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго задатчика сигнала, его третий вход - к выходу датчика массы, а выход - ко второму входу седьмого блока умножения, причем второй вход десятого блока умножения через шестой функциональный преобразователь подключен к выходу седьмого сумматора и входу второго усилителя, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора, второй вход девятого блока умножения соединен с выходом пятого сумматора, а вход пятого функционального преобразователя - с выходом второго датчика положения, последовательно соединенные третий датчик положения, седьмой функциональный преобразователь, одиннадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, а выход - к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика ускорения, и шестнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого функционального преобразователя, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора (Патент RU №2454695, кл. G05B 13/02, B25J 123/00, Бюл. №18, 2012 г.).

Недостатком этого устройства является то, что в электроприводе рассматриваемого манипулятора не учтена, считаясь малой, электрическая постоянная времени. В результате это устройство не будет точно компенсировать все его переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы.

Известен также самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно соединенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен ко входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, пятый сумматор, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, седьмой сумматор, четвертый блок умножения, восьмой сумматор, и пятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, выход которого подключен к второму входу пятого блока умножения, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь и шестой блок умножения, выход которого подключен к пятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель и второй синусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока умножения, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь и восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого блока умножения, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к входам первого синусный функционального преобразователя, второго усилителя и четвертого косинусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий датчик скорости, второй квадратор и девятый блок умножения, выход которого подключен к шестому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь и десятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу девятого блока умножения, датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого блока умножения, а также пятого, шестого и седьмого сумматоров, первый датчик ускорения, подключенный к второму входу третьего блока умножения, третий задатчик сигнала, подключенный к третьему входу седьмого сумматора, шестой косинусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, а вход - к выходу первого датчика положения и входу пятого синусного функционального преобразователя, причем выход пятого сумматора подключен ко вторым входам шестого, седьмого и десятого блоков умножения, выход второго задатчика сигнала - к третьему входу шестого сумматора, последовательно соединенные десятый сумматор, одиннадцатый и двенадцатый блоки умножения, одиннадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, последовательно соединенные первый дифференциатор и четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения, семнадцатый блок умножения и тринадцатый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, третий, пятый, шестой и седьмой входы которого, соответственно, подключены к выходам третьего сумматора, четырнадцатого, тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, а его восьмой вход через третий датчик ускорения - к двигателю, последовательно соединенные четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу третьего синусного функционального преобразователя, а второй - к выходу первого датчика положения, седьмой косинусный функциональный преобразователь, восемнадцатый блок умножения, пятнадцатый сумматор, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, шестнадцатый сумматор и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, а выход - к второму входу тринадцатого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, подключенный к выходу девятого сумматора, восьмой косинусный функциональный преобразователь, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к второму входу шестнадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, и двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен ко второму выходу одиннадцатого сумматора, а также двадцать пятый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам восьмого сумматора и второго датчика скорости, а выход - ко второму входу семнадцатого блока умножения, двадцать шестой блок умножения, первый вход которого подключен к второму входу двадцать третьего блока умножения и выходу шестого косинусного функционального преобразователя, а выход - к второму входу пятнадцатого сумматора, и семнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к первым входам десятого и двенадцатого сумматоров, а также - к выходу третьего датчика скорости, а второй вход - к вторым входам десятого и двенадцатого сумматоров, двадцать четвертого и двадцать шестого блоков умножения, а также - к выходу первого датчика скорости, а выход - к второму входу восемнадцатого блока умножения, второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, вход первого дифференциатора и второй вход одиннадцатого блока умножения подключены к выходу первого датчика ускорения, а второй вход двенадцатого блока умножения - к выходу пятого синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий датчик положения, девятый косинусный функциональный преобразователь, двадцать седьмой, двадцать восьмой и двадцать девятый блоки умножения, причем выход последнего подключен к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные десятый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать седьмого блока умножения и к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, восемнадцатый сумматор, тридцать второй блок умножения, девятнадцатый сумматор и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать восьмого блока умножения и выходу пятого сумматора, а выход - к девятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого косинусного функционального преобразователя, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - к второму входу восемнадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, второй дифференциатор и тридцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока умножения, а выход - к второму входу девятнадцатого сумматора, причем вторые входы двадцать девятого и тридцать второго блоков умножения, подключены к выходу четвертого датчика ускорения (Патент RU №2562400, кл. G05B 13/02, Бюл. №25, 2015.). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому решению и принято за прототип.

Недостатком является то, что оно предназначено для электропривода манипулятора с другой кинематической схемой. В результате оно не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики и обеспечивать требуемую динамическую точность работы рассматриваемого электропривода рассматриваемого манипулятора. Поэтому возникает задача построения такой самонастраивающейся коррекции, которая обеспечила бы высокую динамическую точность работы именно рассматриваемого электропривода с учетом всех его моментных воздействий.

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

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

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипулятора, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, второй сумматор, первый блок умножения, третий сумматор, первый усилитель и электродвигатель, связанный с первым датчиком скорости непосредственно и через редуктор с первым датчиком положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно соединенные релейный элемент и четвертый сумматор, второй вход которого подключен ко входу релейного элемента, второму входу второго сумматора и выходу первого датчика скорости, а выход - ко второму входу третьего сумматора, последовательно соединенные первый задатчик сигнала, пятый сумматор, второй блок умножения, шестой сумматор и третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, седьмой сумматор, четвертый блок умножения, восьмой сумматор, и пятый блок умножения, выход которого подключен к четвертому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй датчик скорости и первый квадратор, выход которого подключен к второму входу пятого блока умножения, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь и шестой блок умножения, выход которого подключен к пятому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные второй усилитель и второй синусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока умножения, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь и восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого блока умножения, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора, последовательно соединенные второй датчик положения и девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу первого датчика положения, а выход - к входам первого синусный функционального преобразователя, второго усилителя и четвертого косинусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий датчик скорости, второй квадратор и девятый блок умножения, выход которого подключен к шестому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь и десятый блок умножения, выход которого подключен к второму входу девятого блока умножения, датчик массы, выход которого подключен ко вторым входам первого блока умножения, а также пятого, шестого и седьмого сумматоров, первый датчик ускорения, подключенный к второму входу третьего блока умножения, третий задатчик сигнала, подключенный к третьему входу седьмого сумматора, шестой косинусный функциональный преобразователь, выход которого подключен ко второму входу второго блока умножения, а вход - к выходу первого датчика положения и входу пятого синусного функционального преобразователя, причем выход пятого сумматора подключен ко вторым входам шестого, седьмого и десятого блоков умножения, выход второго задатчика сигнала - к третьему входу шестого сумматора, последовательно соединенные десятый сумматор, одиннадцатый и двенадцатый блоки умножения, одиннадцатый сумматор и тринадцатый блок умножения, последовательно соединенные первый дифференциатор и четырнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора, последовательно соединенные двенадцатый сумматор, пятнадцатый и шестнадцатый блоки умножения, последовательно соединенные второй датчик ускорения, семнадцатый блок умножения и тринадцатый сумматор, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора, третий, пятый, шестой и седьмой входы которого, соответственно, подключены к выходам третьего сумматора, четырнадцатого, тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, а его восьмой вход через третий датчик ускорения - к двигателю, последовательно соединенные четырнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к выходу второго датчика положения и входу третьего синусного функционального преобразователя, а второй - к выходу первого датчика положения, седьмой косинусный функциональный преобразователь, восемнадцатый блок умножения, пятнадцатый сумматор, девятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора и вторым входам тринадцатого и шестнадцатого блоков умножения, шестнадцатый сумматор и двадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора, а выход - к второму входу тринадцатого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, подключенный к выходу девятого сумматора, восьмой косинусный функциональный преобразователь, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, и двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора, а выход - к второму входу шестнадцатого сумматора, последовательно соединенные двадцать третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора, и двадцать четвертый блок умножения, выход которого подключен ко второму выходу одиннадцатого сумматора, а также двадцать пятый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам восьмого сумматора и второго датчика скорости, а выход - ко второму входу семнадцатого блока умножения, двадцать шестой блок умножения, первый вход которого подключен к второму входу двадцать третьего блока умножения и выходу шестого косинусного функционального преобразователя, а выход - к второму входу пятнадцатого сумматора, и семнадцатый сумматор, первый вход которого подключен к первым входам десятого и двенадцатого сумматоров, а также - к выходу третьего датчика скорости, а второй вход - к вторым входам десятого и двенадцатого сумматоров, двадцать четвертого и двадцать шестого блоков умножения, а также - к выходу первого датчика скорости, а выход - к второму входу восемнадцатого блока умножения, второй вход пятнадцатого блока умножения подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, вход первого дифференциатора и второй вход одиннадцатого блока умножения подключены к выходу первого датчика ускорения, а второй вход двенадцатого блока умножения - к выходу пятого синусного функционального преобразователя, последовательно соединенные третий датчик положения, девятый косинусный функциональный преобразователь, двадцать седьмой, двадцать восьмой и двадцать девятый блоки умножения, причем выход последнего подключен к седьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные десятый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать седьмого блока умножения и к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя, тридцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, восемнадцатый сумматор, тридцать второй блок умножения, девятнадцатый сумматор и тридцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать восьмого блока умножения и выходу пятого сумматора, а выход - к девятому входу третьего сумматора, последовательно соединенные одиннадцатый синусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора, тридцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого косинусного функционального преобразователя, и тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - к второму входу восемнадцатого сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, второй дифференциатор и тридцать шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока умножения, а выход - к второму входу девятнадцатого сумматора, причем вторые входы двадцать девятого и тридцать второго блоков умножения, подключены к выходу четвертого датчика ускорения, дополнительно вводятся последовательно соединенные пятый датчик ускорения, тридцать седьмой блок умножения и тридцать восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора, последовательно соединенные третий дифференциатор и тридцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тридцатого блока умножения и к второму входу тридцать седьмого блока умножения, а выход - к третьему входу девятнадцатого сумматора, последовательно соединенные сороковой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу одиннадцатого синусного функционального преобразователя, а второй - к выходу десятого синусного функционального преобразователя, сорок первый блок умножения, и сорок второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, а выход - к четвертому входу девятнадцатого сумматора, последовательно соединенные сорок третий блок умножения, первый вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока умножения, а второй - к выходу пятого датчика ускорения, к входу третьего дифференциатора и к второму входу сорок первого блока умножения, и сорок четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, а выход - к пятому входу девятнадцатого сумматора.

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

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

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого самонастраивающегося электропривода манипулятора, на фиг. 2 представлена его кинематическая схема.

Самонастраивающийся электропривод манипулятора содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, второй сумматор 2, первый блок 3 умножения, третий сумматор 4, первый усилитель 5 и электродвигатель 6, связанный с первым датчиком 7 скорости непосредственно и через редуктор 8 с первым датчиком 9 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, соединенного вторым входом со входом устройства, последовательно соединенные релейный элемент 10 и четвертый сумматор 11, второй вход которого подключен ко входу релейного элемента 10, второму входу второго сумматора 2 и выходу первого датчика 7 скорости, а выход - ко второму входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные первый задатчик 12 сигнала, пятый сумматор 13, второй блок 14 умножения, шестой сумматор 15 и третий блок 16 умножения, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные второй задатчик 17 сигнала, седьмой сумматор 18, четвертый блок 19 умножения, восьмой сумматор 20, и пятый блок 21 умножения, выход которого подключен к четвертому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные второй датчик 22 скорости и первый квадратор 23, выход которого подключен к второму входу пятого блока 21 умножения, последовательно соединенные первый синусный функциональный преобразователь 24 и шестой блок 25 умножения, выход которого подключен к пятому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные второй усилитель 26 и второй синусный функциональный преобразователь 27, выход которого подключен ко второму входу четвертого блока 19 умножения, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь 28 и седьмой блок 29 умножения, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь 30 и восьмой блок 31 умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого блока 29 умножения, а его выход - ко второму входу восьмого сумматора 20, последовательно соединенные второй датчик 32 положения и девятый сумматор 33, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 9 положения, а выход - к входам первого синусного функционального преобразователя 24, второго усилителя 26 и четвертого косинусного функционального преобразователя 30, последовательно соединенные третий датчик 34 скорости, второй квадратор 35 и девятый блок 36 умножения, выход которого подключен к шестому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные пятый синусный функциональный преобразователь 37 и десятый блок 38 умножения, выход которого подключен к второму входу девятого блока 36 умножения, датчик 39 массы, выход которого подключен ко вторым входам первого блока 3 умножения, а также пятого 13, шестого 15 и седьмого 18 сумматоров, первый датчик 40 ускорения, подключенный к второму входу третьего блока 16 умножения, третий задатчик 41 сигнала, подключенный к третьему входу седьмого 18 сумматора, шестой косинусный функциональный преобразователь 42, выход которого подключен ко второму входу второго блока 14 умножения, а вход - к выходу первого датчика 9 положения и входу пятого синусного 37 функционального преобразователя, причем выход пятого сумматора 13 подключен ко вторым входам шестого 25, седьмого 29 и десятого 38 блоков умножения, а выход второго 17 задатчика сигнала - к третьему входу шестого 15 сумматора, последовательно соединенные десятый сумматор 43, одиннадцатый 44 и двенадцатый 45 блоки умножения, одиннадцатый сумматор 46 и тринадцатый блок 47 умножения, последовательно соединенные первый дифференциатор 48 и четырнадцатый блок 49 умножения, второй вход которого подключен к выходу шестого сумматора 15, последовательно соединенные двенадцатый сумматор 50, пятнадцатый 51 и шестнадцатый 52 блоки умножения, последовательно соединенные второй датчик 53 ускорения, семнадцатый блок 54 умножения и тринадцатый сумматор 55, выход которого подключен к четвертому входу третьего сумматора 4, третий, пятый, шестой и седьмой входы которого, соответственно, подключены к выходам третьего сумматора 2, четырнадцатого 49, тринадцатого 47 и шестнадцатого 52 блоков умножения, а его восьмой вход через третий датчик 56 ускорения - к двигателю 6, последовательно соединенные четырнадцатый сумматор 57, первый вход которого подключен к выходу второго датчика 32 положения и входу третьего синусного функционального преобразователя 28, а второй - к выходу первого датчика 9 положения, седьмой косинусный функциональный преобразователь 58, восемнадцатый блок 59 умножения, пятнадцатый сумматор 60, девятнадцатый блок 61 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13 и вторым входам тринадцатого 47 и шестнадцатого 52 блоков умножения, шестнадцатый сумматор 62 и двадцатый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого квадратора 23, а выход - к второму входу тринадцатого сумматора 55, последовательно соединенные третий усилитель 64, подключенный к выходу девятого сумматора 33, восьмой косинусный функциональный преобразователь 65, двадцать первый блок 66 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора 50, и двадцать второй 67 блок умножения, второй вход которого подключен к выходу седьмого сумматора 18, а выход - к второму входу шестнадцатого сумматора 62, последовательно соединенные двадцать третий блок 68 умножения, первый вход которого подключен к выходу второго квадратора 35, и двадцать четвертый блок 69 умножения, выход которого подключен ко второму выходу одиннадцатого сумматора 46, а также двадцать пятый блок 70 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам восьмого сумматора 20 и второго датчика 22 скорости, а выход - ко второму входу семнадцатого блока 54 умножения, двадцать шестой 71 блок умножения, первый вход которого подключен к второму входу двадцать третьего блока 68 умножения и выходу шестого косинусный функционального преобразователя 42, а выход - ко второму входу пятнадцатого сумматора 60, и семнадцатый сумматор 72, первый вход которого подключен к первым входам десятого 43 и двенадцатого 50 сумматоров, а также - к выходу третьего датчика 34 скорости, а второй вход - к вторым входам десятого 43 и двенадцатого 50 сумматоров, двадцать четвертого 69 и двадцать шестого 71 блоков умножения, а также - к выходу первого датчика 7 скорости, а выход - к второму входу восемнадцатого блока 59 умножения, второй вход пятнадцатого блока 51 умножения подключен к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 30, вход первого дифференциатора 48 и второй вход одиннадцатого блока 44 умножения подключены к выходу первого датчика 40 ускорения, а второй вход двенадцатого блока 45 умножения - к выходу пятого синусного функционального преобразователя 37, последовательно соединенные третий датчик 73 положения, девятый косинусный функциональный преобразователь 74, двадцать седьмой 75, двадцать восьмой 76 и двадцать девятый 77 блоки умножения, причем выход последнего подключен к седьмому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные десятый синусный функциональный преобразователь 78, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения 73, тридцатый блок 79 умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать седьмого блока 75 умножения и к выходу четвертого косинусного функционального преобразователя 30, тридцать первый блок 80 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 22 скорости, восемнадцатый сумматор 81, тридцать второй блок 82 умножения, девятнадцатый сумматор 83 и тридцать третий блок 84 умножения, второй вход которого подключен к второму входу двадцать восьмого блока 76 умножения и выходу пятого сумматора 13, а выход - к девятому входу третьего сумматора 4, последовательно соединенные одиннадцатый синусный функциональный преобразователь 85, вход которого подключен к выходу четырнадцатого сумматора 57, тридцать четвертый блок 86 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого косинусного функционального преобразователя 74, и тридцать пятый блок 87 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора 50, а выход - к второму входу восемнадцатого сумматора 81, последовательно соединенные четвертый датчик 88 ускорения, второй дифференциатор 89 и тридцать шестой блок 90 умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока 75 умножения, а выход - к второму входу девятнадцатого сумматора 83, причем вторые входы двадцать девятого 77 и тридцать второго 82 блоков умножения, подключены к выходу четвертого датчика 88 ускорения, последовательно соединенные пятый датчик 91 ускорения, тридцать седьмой блок 92 умножения и тридцать восьмой блок 93 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 13, а выход - к восьмому входу четвертого сумматора 11, последовательно соединенные третий дифференциатор 94 и тридцать девятый блок 95 умножения, второй вход которого подключен к выходу тридцатого блока 79 умножения и к второму входу тридцать седьмого блока 92 умножения, а выход - к третьему входу девятнадцатого сумматора 83, последовательно соединенные сороковой блок 96 умножения, первый вход которого подключен к выходу одиннадцатого синусного функционального преобразователя 85, а второй - к выходу десятого синусного функционального преобразователя 78, сорок первый блок 97 умножения, и сорок второй блок 98 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора 50, а выход - к четвертому входу девятнадцатого сумматора 83, последовательно соединенные сорок третий блок 99 умножения, первый вход которого подключен к выходу двадцать седьмого блока 75 умножения, а второй - к выходу пятого датчика 91 ускорения, к входу третьего дифференциатора 94 и к второму входу сорок первого блока 97 умножения, и сорок четвертый блок 100 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 22 скорости, а выход - к пятому входу девятнадцатого сумматора 83, объект управления 91.

На рисунках приведены следующие обозначения: α_вх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки электропривода; U^*, U - соответственно усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем; q_i - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора ; m_i, _mг - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза ; l₂, l₃ - длины соответствующих звеньев; , - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев манипулятора до их центров масс; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат манипулятора; соответственно, скорость и ускорение вращения ротора электродвигателя третьей степени подвижности манипулятора; - ускорения в остальных степенях подвижности манипулятора.

Заявляемый самонастраивающийся электропривод манипулятора работает следующим образом.

На его вход подается воздействие α_ВХ, обеспечивающее требуемый закон управления третьей обобщенной координатой q₃ (фиг. 2). На выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки ε=α_ВХ-q₃, который после коррекции в элементах 2 и 3, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 6 с редуктором 8, приводя его вал во вращение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия М_в.

На основании уравнения Лагранжа 2-го рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q₃, при движении манипулятора с грузом имеет вид

где J_S3 и J_N3 - моменты инерции третьего звена манипулятора относительно его продольной и поперечной осей, проходящих через его центр масс, соответственно, g - ускорение свободного падения. С учетом соотношения (1), а также уравнений электрической и механической

цепей электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения рассматриваемый электропривод, управляющий координатой q₃, можно описать дифференциальным уравнением:

где R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя 6; J - момент инерции якоря электродвигателя 6 и вращающихся частей редуктора 8, приведенных к валу электродвигателя 6; K_M - коэффициент крутящего момента; K_ω - коэффициент противоЭДС электродвигателя 6; 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.

Отметим, что при получении выражения (2) для упрощения последующей реализации учитывалось известное соотношение 2 sin(q₂)cos(q₂+q₃)=sin(2q₂+q₃)-sin(q₃), которое получено из формулы где A=2q₂+q₃, B=q₃.

Из уравнения (2) видно, что параметры этого уравнения, а следовательно, и параметры электропривода, управляющего координатой q₃, являются существенно переменными, зависящими от величин m_г, q₂, q₃, . В результате в процессе работы рассматриваемо электропривода меняются (притом существенно) его динамические свойства. Поэтому для реализации поставленной выше задачи необходимо сформировать такое корректирующее устройство, которое застабилизировало бы параметры этого электропривода так, чтобы он всегда 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_ω/K_y. В результате на выходе блока 3 формируется сигнал

Сигнал с выхода задатчика 12 равен , а с выхода задатчика 17 - . Первый положительный вход сумматора 13 (со стороны задатчика 12) имеет единичный коэффициент усиления, а его второй положительный вход - коэффициент усиления l₂l₃/i_P. Первый (со стороны блока 14) и третий (со стороны задатчика 17) положительные входы сумматора 15 имеют единичные коэффициенты усиления, а его второй положительный вход (со стороны датчика 39) - коэффициент усиления . Датчик 40 измеряет ускорение . В результате на выходе сумматора 13 формируется сигнал , на выходе блока 14 - сигнал на выходе сумматора 15 - сигнал на выходе блока 16 - сигнал а на выходе блока 49 - сигнал

Датчик 34 измеряет скорость , поэтому на выходе блока 36 формируется сигнал

Датчик 32 измеряет угол q₂, сумматор 33 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления, поэтому на выходе функционального преобразователя 24 формируется сигнал sin(q₂+q₃), на выходе блока 25 сигнал , а на выходе блока 31 - сигнал .

Первый (со стороны задатчика 17) положительный вход сумматора 18 имеет единичный коэффициентом усиления, второй положительный (со стороны датчика 39) - коэффициент усиления , а с выхода задатчика 41 на его третий отрицательный вход с единичным коэффициентом усиления поступает сигнал J_S3/i_P. В результате на выходе сумматора 18 формируется сигнал

Усилитель 26 имеет коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 19 формируется сигнал а на выходе сумматора 20, первый (со стороны блока 19) и второй положительные входы которого имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, - сигнал

Датчик 73 измеряет угол q₁, а датчики 88 и 91, соответственно, - ускорения поэтому на выходе блоков 77 и 93 формируются сигналы и

Выходной сигнал релейного элемента 10 имеет вид

где - величина момента сухого трения при движении.

Первый, третий и шестой положительные входы сумматора 11 (соответственно, со стороны релейного элемента 10, а также блоков 16 и 36) имеют единичные коэффициенты усиления, его второй (со стороны датчика 7), пятый (со стороны блока 25), седьмой (со стороны блока 77) положительные входы - коэффициенты усиления (K_MK_ω/R+K_B), g/l₂, 1/l₂, соответственно, а четвертый и восьмой отрицательные (со стороны блоков 21 и 93) - коэффициенты усиления 1/2 и 1/l₂, соответственно. В результате на выходе сумматора 11 формируется сигнал

Первый (со стороны датчика 34) и второй положительные входы сумматора 50 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/i_P, соответственно. В результате на его выходе формируется сигнал , где , а на выходе блока 52 - сигнал

Первый положительный вход сумматора 43 (со стороны датчика 34) имеет коэффициент усиления, равный 2, а его второй отрицательный вход - коэффициент усиления, равный 1/i_P. В результате на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 45 - сигнал

На выходе блока 68 формируется сигнал Первый (со стороны блока 45) и второй положительные входы сумматора 46 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/i_P, соответственно. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал а на выходе блока 47 - сигнал

Датчик 22 измеряет скорость , а датчик 53 - ускорение , поэтому на выходе блока 54 формируется сигнал

Второй (со стороны датчика 9) и первый положительные входы сумматора 57 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, соответственно, поэтому на его выходе формируется сигнал 2q₂+q₃. Первый (со стороны датчика 34) и второй положительные входы сумматора 72 имеют коэффициенты усиления, равные 2 и 1/i_P, соответственно, поэтому на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 59 - сигнал

Первый положительный (со стороны блока 59) и второй отрицательный входы сумматора 60 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 1/i_P, соответственно. В результате на его выходе формируется сигнал а на выходе блока 61 - сигнал

Усилитель 64 имеет коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 66 формируется сигнал , а на выходе блока 67 - сигнал

Первый (со стороны блока 61) и второй положительные входы сумматора 62 имеют коэффициент усиления, равный 1/2, и единичный коэффициент усиления, соответственно. В результате на выходе блока 63 формируется сигнал

Первый (со стороны блока 54) и второй положительные входы сумматора 55 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал

На выходе блока 90 формируется сигнал на выходе блока 95 - сигнал на выходе блока 98 - сигнал а на выходе блока 100 - сигнал

Первый и второй положительные входы сумматора 81 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на выходе блока 82 формируется сигнал

Первый, третий и пятый (соответственно со стороны блоков 82, 95 и 100) положительные, а также второй и четвертый отрицательный входы сумматора 83 имеют коэффициенты усиления, равные 1/l₂, поэтому на выходе блока 84 формируется сигнал который поступает на десятый отрицательный вход сумматора 4, имеющий единичный коэффициент усиления.

Первый положительный вход сумматора 4 (со стороны блока 3) имеет коэффициент усиления второй положительный (со стороны сумматора 11) - коэффициент усиления R/(K_MK_y), третий положительный (со стороны сумматора 2) - коэффициент усиления (где J_H - желаемое значение приведенного момента инерции, обеспечивающее рассматриваемому электроприводу требуемые динамические свойства и показатели качества), четвертый (со стороны сумматора 55) и девятый (со стороны блока 84) отрицательные, пятый (со стороны блока 49), шестой (со стороны блока 47) положительные входы - коэффициент усиления L/(K_MK_y), седьмой положительный (со стороны блока 52) - коэффициент усиления Lg/(K_MK_уl₂), восьмой положительный (со стороны датчика 56, измеряющего) - коэффициент усиления LK_B/(K_mK_y).

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 . Это уравнение имеет постоянные желаемые параметры. То есть электропривод, управляющий координатой q₃, будет обладать постоянными желаемыми динамическими свойствами и качественными показателями.