МИКРОКОНТРОЛЛЕРНАЯ СИСТЕМА КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОДВИГАТЕЛЕМ

Заявляемая полезная модель относится к гидроавтоматике и может быть использована в электрогидравлических системах станков, прессов, летательных аппаратов, промышленных роботов, манипуляторов и т.д.
Известен электрогидравлический следящий привод, содержащий последовательно связанные задатчик, сравнивающее устройство, усилитель и привод регулирующего насоса, соединенного гидролиниями с гидромотором, с валом которого соединены датчик скорости и положения, последний из которых подключен к отрицательному входу сравнивающего устройства, датчик перепада давления в гидролиниях и корректирующее устройство, связанное входами с датчиками давления и скорости, а выходом - со входом усилителя [1]. Недостатком этого привода является малая точность, так как компенсация сухого трения осуществляется только при движении гидромотора.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является электрогидравлический следящий привод [2], который содержит последовательно связанные задатчик, сравнивающее устройство, усилитель и привод регулирующего органа насоса, соединенного гидролиниями с гидромотором, с валом которого соединены датчики скорости и положения, последний из которых подключен к отрицательному входу сравнивающего устройства, датчик перепада давлений в гидролиниях и корректирующее устройство, связанное входами с датчиками давления и скорости, а выходом - со входом усилителя. Известный электрогидравлический следящий привод, выбранный в качестве прототипа заявляемого привода имеет высокую точность.
Недостаток известного привода заключается в том, что он не обеспечивает решение следующих важных задач управления: возможности дистанционного управления приводом и группового управления приводами, а также возможности алгоритмической синхронизации процесса управления.
Создание полезной модели направленно на повышение качества управления электрогидравлическими приводами, включая дистанционное управление, а также на расширение функциональных возможностей системы управления, за счет использования алгоритмической синхронизации процесса управления, путем введения элементов для применения устройства в различных объектах автоматизации.
Это достигается тем, что в микроконтроллерную систему комбинированного управления гидродвигателем, содержащая усилитель, связанный с приводом регулирующего органа, который подключен к насосу, соединенному гидролиниями с гидродвигателем, с которым связаны датчик положения и
датчик скорости, согласно предлагаемому техническому решению в гидролинии введены датчики давления, выходы которых подключены к первому и второму входам микроконтроллера, при этом его третий вход соединен с выходом датчика положения, пятый вход - с выходом датчика скорости, а вторым выходом со входом блока связи с ЭВМ верхнего уровня, связанного первым выходом с ЭВМ верхнего уровня, а вторым с четвертым входом микроконтроллера, первый выход которого подключен к усилителю.
На фигуре изображена микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем.
Микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем, показанная на фигуре, содержит микроконтроллер 1, соединенный первым выходом с усилителем 2, связанным с приводом 3 регулирующего органа (на чертеже не показан), который подключен к насосу 4, соединенному гидролиниями 5 и 6 с гидродвигателем 9, например гидроцилиндром, с которым связаны датчик положения 10, выход которого связан с третьим входом микроконтроллера 1, и датчик скорости 11, выход которого связан с пятым входом микроконтроллера 1, причем гидролинии 5 и 6 содержат датчики давления 7 и 8, сигнал с которых поступает на первый и второй входы микроконтроллера 1 соответственно, при этом его второй выход соединен со входом блока связи с ЭВМ верхнего уровня 12, который связан первым выходом с ЭВМ верхнего уровня (на чертеже не показана), а вторым с четвертым входом микроконтроллера 1.
Блок связи с ЭВМ верхнего уровня 12 предназначен для получения и передачи информации от микроконтроллера 1 на ЭВМ верхнего уровня.
Микроконтроллерная система комбинированного управления гидродвигателем работает следующим образом. Датчики 7 и 8 выдают информацию о давлении в гидролиниях 5 и 6 в микроконтроллер 1 на первый и второй его входы, которые также являются входами его внутреннего аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Сигнал с датчика положения 10 гидродвигателя 9 поступает на третий вход микроконтроллера 1, а с датчика скорости 11 гидродвигателя 9 - на пятый вход микроконтроллера 1, при этом третий и пятый входы микроконтроллера 1 также являются входами его внутреннего АЦП. После преобразования сигналов с датчиков 7, 8, 10 и 11 микроконтроллер 1 передает информацию о давлении в гидролиниях 5, 6, положении и скорости движения гидродвигателя 9 на ЭВМ верхнего уровня через блок связи с ЭВМ верхнего уровня 12.
Система построена как стандартная двухконтурная система автоматического регулирования [3]. В микроконтроллерной системе комбинированного управления гидродвигателем главным контуров регулирования является контур регулирования положения гидродвигателя 9, а внутренним контуром является контур регулирования скорости движения гидродвигателя 9. Сигнал с датчика положения 10 в микроконтроллере 1 сравнивается с заданным положением гидродвигателя 9 и если он не соответствует положению заданному в
микроконтроллере 1 или если поступает сигнал на выполнение программы изменения положения гидродвигателя 9 от ЭВМ верхнего уровня, то в микроконтроллере 1 сигнал равный разности между требуемым и фактическим значением положения гидродвигателя 9 поступает на регулятор положения (реализуемый программно в микроконтроллере 1). Сигнал с датчика скорости 11 в микроконтроллере 1 сравнивается с выходным сигналом регулятора положения, являющегося сигналом задания требуемой скорости перемещения гидродвигателя 9, и если он не соответствует требуемой скорости гидроцилиндра 9, то в микроконтроллере 1 сигнал равный разности между требуемым и фактическим значением скорости гидродвигателя 9 поступает на регулятор скорости (также программно реализуемый в микроконтроллере 1). Сигнал с выхода регулятора скорости выдается через первый выход микроконтроллера 1, являющийся выходом его внутреннего цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), и поступает на усилитель 2, который усиливает управляющий сигнал и подает его на привод 3 регулирующего органа насоса 4, при этом последний изменяет свою подачу, вследствие чего изменяется давление в гидролиниях 5 и 6, а гидродвигатель 9 перемещается в сторону уменьшения сигнала рассогласования между заданным положением гидродвигателя 9 и сигналом датчика положения 10. Система построенная данным образом обладает высоким быстродействием и точностью, зависящей только от точности датчика положения 10, т.к. скорость гидродвигателя 9 зависит от сигнала разности между требуемым и фактическим значением положения гидродвигателя 9.
Одновременно с этим в гидролиниях 5 и 6 датчиками 7 и 8 измеряется давление, и полученные сигналы поступают в микроконтроллер 1, информация о положении и скорости гидродвигателя 9, а также о давлении в гидролиниях 5 и 6, также поступает на ЭВМ верхнего уровня. Микроконтроллер 1 вырабатывает управляющий сигнал до тех пор, пока гидродвигателя 9 не будет равно заданному, что соответствует прекращению подачи управляющего сигнала от микроконтроллера 1 на усилитель 2. Если в одной из гидролиний 5 или 6 возникнет давление, определяющееся пользователем, при котором возможна авария, то микроконтроллер 1 прекращает подачу управляющего сигнала на усилитель 2, а также посылает сигнал об опасном давлении в силовых гидролиниях 5 или 6 на ЭВМ верхнего уровня.
Связь с ЭВМ верхнего уровня осуществляется микроконтроллером 1 через последовательный интерфейс по двухпроводной витой паре путем усиления и согласования сигналов по мощности в блоке связи с ЭВМ верхнего уровня 2. С ЭВМ верхнего уровня, при желании пользователя, возможно изменять задание положения гидродвигателя 9, кроме того, на нем, при желании пользователя, могут создаваться файлы отчета о давлении в гидролиниях 5 и 6, а также о положении гидродвигателя 9 в процессе работы привода.
Использование предлагаемой микроконтроллерной системы комбинированного управления гидродвигателем позволяет по сравнению с существующим прототипом повысить качество управления электрогидравлическими
приводами, включая дистанционное управление, а также расширить функциональные возможности системы управления, за счет использования алгоритмической синхронизации процесса управления, путем введения элементов для применения устройства в различных объектах автоматизации, таких как гидроприводы прессов, станков, роботов и т.п., а также создания на ее базе распределенных систем автоматического управления.
Список использованной литературы
1. Авторское свидетельство СССР №928093, кл. F 15 В 9/03, 1981.
2. Авторское свидетельство СССР №1105700, кл. F 15 В 9/03, 1984, (прототип).
3. Автоматическое управление в химической промышленности: Учебник для вузов. Под ред. Е.Г.Дудникова. - М.: Химия, 1987. С.41-43.