Результат интеллектуальной деятельности: САМОНАСТРАИВАЮЩИЙСЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД МАНИПУЛЯЦИОННОГО РОБОТА

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании электроприводов манипуляторов.

Известно устройство для управления приводом работа, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй 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, второй вход которого образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика постоянного сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик постоянного сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор последовательно соединенные третий датчик положения, первый функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, входы третьего и четвертого функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик постоянного сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик постоянного сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего функционального преобразователя, а выход - с вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, релейный элемент, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, первым входам десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятому входу второго сумматора, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения соединен с вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого соответственно подключены к выходам четвертого функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора (Патент РФ №2372638. Бюл. №31, 2009).

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.

Известно также устройство для управления приводом робота, содержащее последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй 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, второй вход которого образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь и третий квадратор, последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, входы третьего синусного и четвертого косинусного функциональных преобразователей соединены с выходом седьмого сумматора, выходы второго и четвертого косинусных функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы и вторым входом пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый синусный функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала, тринадцатый сумматор, второй вход которого соединен с выходом датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого соединен с выходом третьего синусного функционального преобразователя, а выход - с вторым входом шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой синусный функциональный преобразователь, выход которого соединен с вторым входом пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой синусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, релейный элемент, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, первым входам десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятому входу второго сумматора, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения соединен с вторым входом одиннадцатого блока умножения и выходом четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам четвертого косинусного функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, шестнадцатый сумматор, девятнадцатый блок умножения, семнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу двадцатого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам шестого сумматора и второго датчика ускорения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, а выход - к седьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый сумматор, двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционально преобразователя, последовательно соединенные девятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого сумматора, ко второму входу восемнадцатого блока умножения и к первому входу двадцать пятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и второму входу семнадцатого блока умножения, двадцать шестой блок умножения, девятнадцатый сумматор, двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу семнадцатого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу двадцать восьмого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам десятого сумматора и третьего датчика ускорения, последовательно соединенные десятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, тридцатый блок умножения, выход которого подключен ко второму входу девятнадцатого сумматора и второму входу шестнадцатого сумматора, третий вход которого подключен к выходу двадцать третьего блока умножения, а его второй вход - к выходу восемнадцатого сумматора и к первому входу тридцать первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать пятого блока умножения, последовательно соединенные одиннадцатый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего усилителя, тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тридцать третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу девятнадцатого сумматора, второй вход - к выходу третьего датчика скорости, ко вторым входам шестнадцатого и двадцать седьмого блоков умножения, а также к первому входу восемнадцатого сумматора и к первому входу двадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и ко вторым входам девятнадцатого блока умножения и восемнадцатого сумматора, а выход - ко второму входу двадцать шестого блока умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам шестнадцатого блока умножения и пятнадцатого сумматора, двадцать первый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тридцать первого блока умножения, тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого блока умножения, а выход - к восьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные дифференциатор, тридцать шестой блок умножения, тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого синусного функционального преобразователя, а выход - к девятому входу второго сумматора, последовательно соединенные тридцать восьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения и ко входу дифференциатора, а второй - к выходу четырнадцатого сумматора и к второму входу тридцать шестого блока умножения, тридцать девятый блок умножения, второй вход которого через двенадцатый косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика положения и входу восьмого синусного функционального преобразователя, сороковой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, а выход - к десятому входу второго сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора и подключенный выходом к одиннадцатому входу второго сумматора и к первому входу сорок первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого сумматора, а выход - к двенадцатому входу второго сумматора (Патент РФ №2593735. Б.И. №22, 2016). Это устройство по своей технической сущности является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Недостатком этого устройства является то, что оно предназначено для электропривода манипуляционного робота, имеющего другую кинематическю схему. В результате это устройство не будет точно компенсировать все переменные нагрузочные характеристики рассматриваемого электропривода и обеспечивать требуемую динамическую точность его работы.

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 пяти степеням подвижности.

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

Поставленная задача решается тем, что в самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержащий последовательно соединенные первый сумматор, первый блок умножения, второй 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, второй вход которого образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор, первый квадратор, второй блок умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика массы захваченного груза и четвертый сумматор, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика сигнала и второго квадратора, последовательно соединенные второй задатчик сигнала, пятый сумматор, третий блок умножения, шестой сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости, последовательно соединенные второй датчик положения и седьмой сумматор, последовательно соединенные третий датчик положения, первый синусный функциональный преобразователь и третий квадратор последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения и ко второму входу седьмого сумматора, и четвертый квадратор, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь и пятый квадратор, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь и шестой квадратор, причем выходы третьего, четвертого, пятого и шестого квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора, выходы второго и четвертого косинусных функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего и восьмого сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора, последовательно соединенные третий задатчик сигнала, девятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы и второму входу пятого сумматора, пятый блок умножения, десятый сумматор, второй вход которого подключен к выходу третьего блока умножения, шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика скорости, и одиннадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока умножения, последовательно соединенные второй усилитель, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора и входами третьего синусного и четвертого косинусного функциональных преобразователей, двенадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу второго датчика положения, пятый синусный функциональный преобразователь и седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора, последовательно соединенные четвертый задатчик сигнала и тринадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, и девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу шестого сумматора, последовательно соединенные третий усилитель, вход которого подключен к выходу третьего датчика положения, и шестой синусный функциональный преобразователь, выход которого подключен к второму входу пятого блока умножения, причем второй вход третьего блока умножения через седьмой синусный функциональный преобразователь подключен к выходу второго усилителя, а выход тринадцатого сумматора - к второму входу седьмого блока умножения, а также десятый и одиннадцатый блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора, релейный элемент, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора, а вход - к выходу первого датчика скорости, первым входам десятого и одиннадцатого блоков умножения и пятому входу второго сумматора, причем второй вход десятого блока умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора, второй вход первого блока умножения - к второму входу одиннадцатого блока умножения и выходу четвертого сумматора, последовательно соединенные восьмой синусный функциональный преобразователь, двенадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения, и тринадцатый блок умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор подключен к выходу четырнадцатого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам четвертого косинусного функционального преобразователя и тринадцатого сумматора, а выход - к шестому входу второго сумматора, последовательно соединенные пятый задатчик сигнала, пятнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу датчика массы, и пятнадцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора, последовательно соединенные шестнадцатый блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя, семнадцатый и восемнадцатый блоки умножения, шестнадцатый сумматор, девятнадцатый блок умножения, семнадцатый сумматор, второй вход которого подключен к выходу двадцатого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам шестого сумматора и второго датчика ускорения, двадцать первый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика скорости, а выход - к седьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные восемнадцатый сумматор, двадцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока умножения, двадцать третий блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционально преобразователя, последовательно соединенные девятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора, двадцать четвертый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого сумматора, ко второму входу восемнадцатого блока умножения и к первому входу двадцать пятого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя и к второму входу семнадцатого блока умножения, двадцать шестой блок умножения, девятнадцатый сумматор, двадцать седьмой блок умножения, выход которого подключен к третьему входу семнадцатого сумматора, четвертый вход которого подключен к выходу двадцать восьмого блока умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам десятого сумматора и третьего датчика ускорения, последовательно соединенные десятый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу второго усилителя, двадцать девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора, тридцатый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого сумматора и к первому входу тридцать первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать пятого блока умножения, а выход тридцатого блока умножения подключен ко второму входу девятнадцатого сумматора и второму входу шестнадцатого сумматора, третий вход которого подключен к выходу двадцать третьего блока умножения, последовательно соединенные одиннадцатый косинусный функциональный преобразователь, вход которого подключен к выходу третьего усилителя, тридцать второй блок умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора, и тридцать третий блок умножения, выход которого подключен к третьему входу девятнадцатого сумматора, а второй вход - к выходу третьего датчика скорости, ко вторым входам шестнадцатого и двадцать седьмого блоков умножения, а также к первым входам восемнадцатого сумматора и двадцатого сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго датчика скорости и ко вторым входам девятнадцатого блока умножения и восемнадцатого сумматора, а выход - ко второму входу двадцать шестого блока умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам шестнадцатого блока умножения и пятнадцатого сумматора, двадцать первый сумматор, второй вход которого подключен к выходу тридцать первого блока умножения, тридцать пятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого блока умножения, а выход - к восьмому входу второго сумматора, последовательно соединенные первый дифференциатор, тридцать шестой блок умножения, тридцать седьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого синусного функционального преобразователя, а выход - к девятому входу второго сумматора, последовательно соединенные тридцать восьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения и ко входу первого дифференциатора, а второй - к выходу четырнадцатого сумматора и к второму входу тридцать шестого блока умножения, тридцать девятый блок умножения, второй вход которого через двенадцатый косинусный функциональный преобразователь подключен к выходу первого датчика положения и входу восьмого синусного функционального преобразователя, сороковой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, а выход - к десятому входу второго сумматора, последовательно соединенные четвертый датчик ускорения, установленный на выходном валу редуктора и подключенный выходом к одиннадцатому входу второго сумматора и к первому входу сорок первого блока умножения, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого сумматора, а выход - к двенадцатому входу второго сумматора, дополнительно вводятся пятый датчик ускорения, выход которого через сорок второй и сорок третий блоки умножения подключен к тринадцатому входу второго сумматора, четырнадцатый вход которого через сорок четвертый блок умножения подключен к выходам сорок второго блока умножения и двадцать первого сумматора, последовательно соединенные второй дифференциатор, сорок пятый блок умножения и сорок шестой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого косинусного функционального преобразователя и к второму входу сорок второго блока умножения, а выход - к пятнадцатому входу второго сумматора, последовательно соединенные сорок седьмой блок умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого датчика ускорения и входу второго дифференциатора, а второй - к выходу четырнадцатого сумматора и вторым входам сорок третьего и сорок пятого блоков умножения, сорок восьмой блок умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого синусного функционального преобразователя, и сорок девятый блок умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика скорости, а выход - к шестнадцатому входу второго сумматора.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с его аналогом 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 параметров нагрузки, обусловленного полным эффектом взаимовлияния между всеми степенями подвижности работающего манипулятора.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, где

на фиг. 1 изображена блок-схема заявляемого самонастраивающегося электропривода манипуляционного робота,

на фиг. 2 представлена кинематическая схема манипулятора.

Самонастраивающийся электропривод манипуляционного робота, содержит последовательно соединенные первый сумматор 1, первый блок 2 умножения, второй сумматор 3, первый усилитель 4 и электродвигатель 5, связанный с первым датчиком скорости 6 непосредственно и через редуктор 7 с первым датчиком 8 положения, выход которого подключен к первому входу первого сумматора 1, второй вход которого образует вход устройства, последовательно соединенные третий сумматор 9, первый квадратор 10, второй блок 11 умножения, второй вход которого соединен с выходом датчика 12 массы захваченного груза и четвертый сумматор 13, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу первого задатчика 14 сигнала и второго квадратора 15, последовательно соединенные второй задатчик 16 сигнала, пятый сумматор 17, третий блок 18 умножения, шестой сумматор 19 и четвертый блок 20 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости, последовательно соединенные второй датчик 22 положения и седьмой сумматор 23, последовательно соединенные третий датчик 24 положения, первый синусный функциональный преобразователь 25 и третий квадратор 26 последовательно соединенные второй косинусный функциональный преобразователь 27, вход которого подключен к выходу третьего датчика 24 положения и к второму входу седьмого сумматора 23, и четвертый квадратор 28, последовательно соединенные третий синусный функциональный преобразователь 29 и пятый квадратор 30, последовательно соединенные четвертый косинусный функциональный преобразователь 31 и шестой квадратор 32, причем выходы третьего 26, четвертого 28, пятого 30 и шестого 32 квадраторов подключены соответственно к четвертому, пятому, шестому и седьмому входам четвертого сумматора 13, выходы второго 27 и четвертого 31 косинусных функциональных преобразователей подключены соответственно к первым и вторым входам третьего 9 и восьмого 33 сумматоров, а выход последнего подключен ко входу второго квадратора 15, последовательно соединенные третий задатчик 34 сигнала, девятый сумматор 35, второй вход которого подключен к выходу датчика 12 массы и второму входу пятого сумматора 17, пятый блок 36 умножения, десятый сумматор 37, второй вход которого подключен к выходу третьего блока 18 умножения, шестой блок 38 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего датчика 39 скорости, и одиннадцатый сумматор 40, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока 20 умножения, последовательно соединенные второй усилитель 41, вход которого соединен с выходом седьмого сумматора 23 и входами третьего синусного 29 и четвертого косинусного 31 функциональных преобразователей, двенадцатый сумматор 42, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 22 положения, пятый синусный функциональный преобразователь 43 и седьмой блок 44 умножения, выход которого подключен к третьему входу десятого сумматора 37, последовательно соединенные четвертый задатчик 45 сигнала и тринадцатый сумматор 46, второй вход которого подключен к выходу датчика 12 массы, восьмой блок 47 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 27, и девятый блок 48 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя 29, а выход - к второму входу шестого сумматора 19, последовательно соединенные третий усилитель 49, вход которого подключен к выходу третьего датчика 24 положения, и шестой синусный функциональный преобразователь 50, выход которого подключен к второму входу пятого блока 36 умножения, причем второй вход третьего блока 18 умножения через седьмой синусный функциональный преобразователь 51 подключен к выходу второго усилителя 41, а выход тринадцатого сумматора 46 - к второму входу седьмого блока 44 умножения, а также десятый 52 и одиннадцатый 53 блоки умножения, выходы которых подключены соответственно к второму и третьему входам второго сумматора 3, релейный элемент 54, выход которого подключен к четвертому входу второго сумматора 3, а вход - к выходу первого датчика 6 скорости, первым входам десятого 52 и одиннадцатого 53 блоков умножения и пятому входу второго сумматора 3, причем второй вход десятого блока 52 умножения подключен к выходу одиннадцатого сумматора 40, второй вход первого блока 2 умножения - к второму входу одиннадцатого блока 53 умножения и выходу четвертого сумматора 13, последовательно соединенные восьмой синусный функциональный преобразователь 55, двенадцатый блок 56 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 57 ускорения, и тринадцатый блок 58 умножения, второй вход которого через четырнадцатый сумматор 59 подключен к выходу четырнадцатого блока 60 умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам четвертого косинусного функционального преобразователя 31 и тринадцатого сумматора 46, а выход - к шестому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные пятый задатчик 61 сигнала, пятнадцатый сумматор 62, второй вход которого подключен к выходу датчика 12 массы, и пятнадцатый блок 63 умножения, второй вход которого подключен к выходу второго косинусного функционального преобразователя 27, а выход - ко второму входу четырнадцатого сумматора 59, последовательно соединенные шестнадцатый блок 64 умножения, первый вход которого подключен к выходу первого синусного функционального преобразователя 25, семнадцатый 65 и восемнадцатый 66 блоки умножения, шестнадцатый сумматор 67, девятнадцатый блок 68 умножения, семнадцатый сумматор 69, второй вход которого подключен к выходу двадцатого блока 70 умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам шестого сумматора 19 и второго датчика 71 ускорения, двадцать первый блок 72 умножения, второй вход которого подключен к выходу первого датчика 6 скорости, а выход - к седьмому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные восемнадцатый сумматор 73, двадцать второй блок 74 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого блока 47 умножения, двадцать третий блок 75 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого косинусного функционально преобразователя 31, последовательно соединенные девятый косинусный функциональный преобразователь 76, вход которого подключен к выходу двенадцатого сумматора 42, двадцать четвертый блок 77 умножения, второй вход которого подключен к выходу тринадцатого сумматора 46, ко второму входу восемнадцатого блока 66 умножения и к первому входу двадцать пятого блока 78 умножения, второй вход которого подключен к выходу третьего синусного функционального преобразователя 29 и к второму входу семнадцатого блока 65 умножения, двадцать шестой блок 79 умножения, девятнадцатый сумматор 80, двадцать седьмой блок 81 умножения, выход которого подключен к третьему входу семнадцатого сумматора 69, четвертый вход которого подключен к выходу двадцать восьмого блока 82 умножения, первый и второй входы которого, соответственно, подключены к выходам десятого сумматора 37 и третьего датчика 83 ускорения, последовательно соединенные десятый косинусный функциональный преобразователь 84, вход которого подключен к выходу второго усилителя 41, двадцать девятый блок 85 умножения, второй вход которого подключен к выходу пятого сумматора 17, тридцатый блок 86 умножения, второй вход которого подключен к выходу восемнадцатого сумматора 73 и к первому входу тридцать первого блока 87 умножения, второй вход которого подключен к выходу двадцать пятого блока 78 умножения, а выход тридцатого блока 86 умножения подключен ко второму входу девятнадцатого сумматора 80 и второму входу шестнадцатого сумматора 67, третий вход которого подключен к выходу двадцать третьего блока 75 умножения, последовательно соединенные одиннадцатый косинусный функциональный преобразователь 88, вход которого подключен к выходу третьего усилителя 49, тридцать второй блок 89 умножения, второй вход которого подключен к выходу девятого сумматора 35, и тридцать третий блок 90 умножения, выход которого подключен к третьему входу девятнадцатого сумматора 80, а второй вход - к выходу третьего датчика 39 скорости, ко вторым входам шестнадцатого 64 и двадцать седьмого 81 блоков умножения, а также к первым входам восемнадцатого 73 сумматора и двадцатого 91 сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго датчика 21 скорости и ко вторым входам девятнадцатого блока 68 умножения и восемнадцатого 73 сумматора, а выход - ко второму входу двадцать шестого блока 79 умножения, последовательно соединенные тридцать четвертый блок 92 умножения, первый и второй входы которого подключены, соответственно, к выходам шестнадцатого блока 64 умножения и пятнадцатого сумматора 62, двадцать первый сумматор 93, второй вход которого подключен к выходу тридцать первого блока 87 умножения, тридцать пятый блок 94 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого блока 56 умножения, а выход - к восьмому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные первый дифференциатор 95, тридцать шестой блок 96 умножения, тридцать седьмой блок 97 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого синусного функционального преобразователя 55, а выход - к девятому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные тридцать восьмой блок 98 умножения, первый вход которого подключен к выходу первого датчика ускорения 57 и ко входу первого дифференциатора 95, а второй - к выходу четырнадцатого сумматора 59 и к второму входу тридцать шестого блока 96 умножения, тридцать девятый блок 99 умножения, второй вход которого через двенадцатый косинусный функциональный преобразователь 100 подключен к выходу первого датчика 8 положения и входу восьмого синусного функционального преобразователя 55, сороковой блок 101 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика 102 скорости, а выход - к десятому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные четвертый датчик 103 ускорения, установленный на выходном валу редуктора 7 и подключенный выходом к одиннадцатому входу второго сумматора 3 и к первому входу сорок первого блока 104 умножения, второй вход которого подключен к выходу одиннадцатого сумматора 40, а выход - к двенадцатому входу второго сумматора 3, пятый датчик 105 ускорения, выход которого через сорок второй 106 и сорок третий 107 блоки умножения подключен к тринадцатому входу второго сумматора 3, четырнадцатый вход которого через сорок четвертый блок 108 умножения подключен к выходам сорок второго блока 106 умножения и двадцать первого сумматора 93, последовательно соединенные второй дифференциатор 109, сорок пятый блок 110 умножения и сорок шестой блок 111 умножения, второй вход которого подключен к выходу двенадцатого косинусного функционального преобразователя 100 и к второму входу сорок второго блока 106 умножения, а выход - к пятнадцатому входу второго сумматора 3, последовательно соединенные сорок седьмой блок 112 умножения, первый вход которого подключен к выходу пятого датчика 105 ускорения и входу второго дифференциатора 109, а второй - к выходу четырнадцатого сумматора 59 и вторым входам сорок третьего 107 и сорок пятого 110 блоков умножения, сорок восьмой блок 113 умножения, второй вход которого подключен к выходу восьмого синусного функционального преобразователя 55, и сорок девятый блок 114 умножения, второй вход которого подключен к выходу четвертого датчика 102 скорости, а выход - к шестнадцатому входу второго сумматора 3. Объект управления 115.

На указанных фигурах введены следующие обозначения:

α_вх - сигнал с выхода программного устройства; ε - сигнал ошибки; U*, U - соответственно, усиливаемый сигнал и сигнал управления двигателем; q_i; - обобщенные координаты соответствующих степеней подвижности манипулятора m_i, m_г - массы соответствующих звеньев манипулятора и груза l₂, l₃ - длины соответствующих звеньев; l^*₂, l^*₃ - расстояния от осей вращения соответствующих звеньев манипулятора до их центров масс; - скорости изменения соответствующих обобщенных координат манипулятора; - скорость вращения ротора электродвигателя первой степени подвижности манипулятора; - ускорение вращения ротора электродвигателя первой степени подвижности манипулятора; - ускорения соответствующих степеней подвижности манипулятора.

Кроме того, полагается, что J_si - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно их продольных осей J_Ni - моменты инерции соответствующих звеньев манипулятора относительно поперечных осей, проходящих через их центры масс (i=2, 3).

Рассматриваемый электропривод при работе с различными грузами, а также за счет взаимовлияния между всеми степенями подвижности манипулятора обладает переменными моментными нагрузочными характеристиками, которые могут меняться в широких пределах. Это снижает динамическую точность и даже приводит к потере устойчивости его работы. В результате для повышения динамической точности и устойчивости работы этого электропривода необходимо обеспечить инвариантность его динамических свойств к изменениям моментных нагрузочных характеристик.

Устройство работает следующим образом.

На вход подается воздействие α_вх, обеспечивающее требуемый закон управления рассматриваемой степенью подвижности манипулятора. На выходе сумматора 1 вырабатывается сигнал ошибки ε, который после коррекции в элементах 2 и 3, усиливаясь, поступает на вход электродвигателя 5 с редуктором 7, приводя его вал во вращательное движение с направлением и скоростью (ускорением), зависящими от величины поступающего сигнала U и внешнего моментного воздействия М_в на привод.

С помощью уравнения Лагранжа 2-го рода можно записать, что моментное воздействие на выходной вал электропривода, управляющего координатой q₁, при движении манипулятора с грузом имеет вид

С учетом соотношения (1), а также уравнений электрической и механической

цепей электродвигатель постоянного тока с постоянными магнитами или независимого возбуждения, управляющий координатой q₁, описывается дифференциальным уравнением

где R, L - соответственно, активное сопротивление и индуктивность якорной цепи электродвигателя 5; J - моменты инерции его якоря и вращающихся частей редуктора 7, приведенных к валу электродвигателя; K_M, K_ω - коэффициенты крутящего момента противоЭДС электродвигателя 5, соответственно; K_B - коэффициент вязкого трения; i_p - передаточное отношение редуктора 7; М_СТР - момент сухого трения; K_y - коэффициент усиления 4; i - ток якоря электродвигателя 5,

Датчики 22 и 24 измеряют обобщенные координаты q₃ и q₂, соответственно. Поэтому на выходах квадраторов 26 и 28, соответственно, формируются сигналы sin²q₂ и cos²q₂. Сумматор 23 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усилия. Поэтому на выходе квадраторов 30 и 32, соответственно, формируются сигналы sin²(q₂+q₃), cos²(q₂+q₃).

Усилители 41 и 49 имеют коэффициенты усиления 2. Первый отрицательный (со стороны усилителя 41) и второй положительный входы сумматора 42 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе этого сумматора формируется сигнал 2q₂+q₃.

Первые (со стороны функционального преобразователя 27) положительные входы сумматоров 33 и 9 имеют коэффициенты усиления l₂, а вторые положительные и l₃, соответственно. В результате на выходе квадратора 15 формируется сигнал , а на выходе блока 11 - сигнал m_Г[l₂cosq₂+l₃cos(q₂+q₃)]², т.к. датчик 12 измеряет массу захваченного груза m_г.

На выходе задатчика 14 формируется сигнал . Первый (со стороны блока 11) и второй (со стороны задатчика 14) положительные входы сумматора 13 имеют единичные коэффициенты усиления. Его третий (со стороны квадратора 15), четвертый (со стороны квадратора 26), пятый (со стороны квадратора 28), шестой (со стороны квадратора 30) и седьмой (со стороны квадратора 32) положительные входы, соответственно, имеют коэффициенты усиления m₃, J_S2, , и J_S3 J_N3. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал .

Датчики 102, 39 и 21 измеряют , и соответственно. На выходе задатчика 34 формируется сигнал . Первый (со стороны задатчика 34) и второй положительные входы сумматора 35 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный , соответственно. В результате на выходе блока 36 формируется сигнал .

Задатчик 16 формирует сигнал . Первый (со стороны задатчика 16) и второй положительные входы сумматора 17 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления , соответственно. В результате на выходе блока 18 формируется сигнал

Задатчик 45 формирует сигнал . Первый (со стороны задатчика 45) и второй положительные входы сумматора 46 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 21₂l₃, соответственно. В результате на выходе блока 44 формируется сигнал .

Три положительных входа сумматора 37 имеют единичные коэффициенты усиления. Поэтому на выходе блока 38 формируется сигнал

На выходе блока 47 формируется сигнал . Поскольку оба положительных входа сумматора 19 имеют единичные коэффициенты усиления, то на выходе блока 20 формируется сигнал

.

Оба отрицательных входа сумматора 40 имеют единичные коэффициенты усиления, поэтому на его выходе формируется сигнал h=-(А+В).

Датчики 57 и 105, соответственно, измеряют , . В результате на выходе блока 106 формируется сигнал , a на выходе блока 56 - сигнал . На выходе задатчика 61 формируется сигнал, равный . Первый (со стороны задатчика 61) и второй положительный входы сумматора 62 имеют единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный l₂. В результате на выходе этого сумматора формируется сигнал , а на выходе блока 63 - сигнал .

Первый (со стороны блока 60) и второй положительные входы сумматора 59 имеют, единичный коэффициент усиления и коэффициент, 1/2l₂, соответственно. Поэтому на выходе блоков 58 и 107 формируются сигналы и , соответственно, которые являются слагаемыми выражения - М_вн.

Второй (со стороны датчика 21) и первый положительные входы сумматора 91 имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 79 формируется сигнал . Сумматор 73 имеет положительные входы с единичными коэффициентами усиления. Первый (со стороны блока 79) и третий (со стороны блока 90) положительные входы сумматора 80 имеют единичные коэффициенты усиления, а его второй положительный - коэффициент усиления, равный 2. В результате на выходе блока 81 формируется сигнал

Третий (со стороны блока 75) и второй (со стороны блока 86) положительные входы сумматора 67 имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный 2, а его первый отрицательный вход - единичный коэффициент усиления. В результате на выходе блока 68 формируется сигнал .

Датчики 71 и 83 измеряют , и соответственно. Поэтому на выходах блоков 70 и 82, соответственно, формируются сигналы

и

Все отрицательные входы сумматора 69 имеют единичные коэффициенты усиления. В результате на его выходе формируется сигнал .

Первый (со стороны блока 92) и второй положительные входы сумматора 93 имеют, соответственно, единичный коэффициент усиления и коэффициент усиления, равный . В результате на выходах - блока 94 формируется сигнал , блока 108 - сигнал , блока 97 - сигнал , блока 111 - сигнал , блока 101 - сигнал ,

а блока 114 - сигнал ,

коорые являются слагаемыми выражения .

На первый положительный вход сумматора 3 (со стороны блока 2) с коэффициентом усиления поступает сигнал , на его второй положительный вход (со стороны блока 52) с коэффициентом усиления - сигнал на третий отрицательный (со стороны блока 53) с коэффициентом усиления - сигнал , на четвертый положительный (со стороны релейного элемента 54) с коэффициентом усиления - сигнал на пятый положительный (со стороны датчика 6) с коэффициентом усиления - сигнал , а на его шестой и тринадцатый отрицательные (со стороны блоков 58 и 107, соответственно) с коэффициентами усиления - сигнал - М_вн, где М_Т=const - величина момента сухого трения при движении электродвигателя 5. На выходе датчика 103 формируется сигнал . Седьмой (со стороны блока 72) и одиннадцатый (со стороны датчика 103) положительные входы сумматора 3 имеют коэффициенты усиления, равные и , соответственно, а восьмой, четырнадцатый и шестнадцатый положительные (со стороны блоков 94, 108, 114), а также девятый, десятый и пятнадцатый отрицательные (со стороны блоков 97, 101, 111) - коэффициенты усиления, равные , а двенадцатый положительный вход имеет коэффициент усиления, равный . В результате на выходе сумматора 3 формируется сигнал

Поскольку при движении рассматриваемого электропривода величина достаточно точно соответствует М_стр, то, как несложно убедиться, сформированный сигнал U^* (3) обеспечивает превращение уравнения (2) с существенно переменными параметрами в уравнение с номинальными постоянными (желаемыми) параметрами

,

обеспечивающими этому электроприводу заданные динамические свойства и качественные показатели работы за счет выбора желаемых постоянных значений J_N и K_y.