авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью типа люфт в кинематической цепи

1

На правах рукописи

Саранцев Станислав Сергеевич СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ ТИПА «ЛЮФТ» В КИНЕМАТИЧЕСКОЙ ЦЕПИ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара – 2013 2

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и промышленная автоматика» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор ЛЫСОВ Владимир Ефимович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Современное естествознание» ФГБОУ ВПО «Поволжский государственный университет сервиса» КОЗЛОВСКИЙ Владимир Николаевич кандидат технических наук, доцент кафедры «Автоматика и управление в технических системах» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» ЩЕТИНИН Владимир Георгиевич Ведущая организация федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П.Королева (национальный исследовательский университет)

Защита диссертации состоится « 2 » июля 2013 г. в 14 часов 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.217.04 при Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный технический университет» (СамГТУ) по адресу: г. Самара, ул. Первомайская, д. 18, корпус №1, ауд. №4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Самарского государственного технического университета по адресу: 443100, Россия, г. Самара, ул. Первомайская, д. 18.

Отзывы на автореферат просим высылать (в двух экземплярах) по адресу: 443010, Россия, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244, Самарский государственный технический университет, Главный корпус, ученому секретарю диссертационного совета Д212.217.04;

тел.: (846)278-44-96, факс (846) 278-44-00;

e-mail: aleksbazarov@yandex.ru.

Автореферат разослан «31» мая 2013г.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.217.04, доктор технических наук, доцент А.А. Базаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Машиностроение, как системообразующая отрасль отечественной экономики, определяющая уровень производственного и кадрового потенциалов страны, обороноспособности государства, а также устойчивого функционирования всех отраслей промышленности, является главным плацдармом подъма экономики России и придания ей инновационного характера.

Станкостроение России в настоящее время существенно отстает от ведущих мировых производителей металлорежущих станков (Китай, Япония, Германия, Италия, Южная Корея и др.). Российский рынок металлорежущих станков в настоящее время формируется преимущественно в результате импорта (импортная зависимость более 94%). Развитие отечественного станкостроения – задача, важность которой для обеспечения технологической безопасности и ускорения темпов экономического развития страны несомненна.

Современные требования к качеству изготовления и обработки деталей для последующих технологических операций непрерывно возрастают, поле допусков к настоящему времени приблизилось к величине 1-3 мкм. В таких условиях крайне актуальным становится вопрос разработки многооперационных координатно-расточных станков (КРС) класса точности С, способных повысить качество выпускаемой продукции и ее конкурентоспособность. Значительный вклад в области повышения точности координатно-расточных станков за счт введения систем автоматического управления (САУ) был внесн такими учными как: Ж.С. Равва, В.А. Кудинов, В.Г. Митрофанов, Д.Н. Решетов, Ю.М. Соломенцев, С.Я. Галицков. В области исследования нелинейных систем автоматического управления: Ю.И. Топчеев, В.В. Солодовников, Е.И. Хлыпало.

Для достижения высоких точностей при воспроизведении исполнительным органом станка заданной траектории движения, необходимо компенсировать множество помех, одной из которых является люфт в кинематической цепи электропривода. Наличие люфта в кинематической цепи не только снижает статические и динамические показатели качества электропривода, но также может стать причиной неустойчивости его системы автоматического управления.

В настоящей работе исследуется возможность совершенствование структуры и системы управления электропривода, обеспечивающей повышение точности воспроизведения заданной траектории движения за счет компенсации люфта в кинематической цепи передачи движения от исполнительного электродвигателя к подвижному узлу станка. В диссертации рассматривается вопрос разработки корректирующего звена, компенсирующего люфт в кинематической цепи электропривода, разработки алгоритма управления процессом вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, а также методика его включения в структуру системы автоматического управления электропривода.

Работа выполнена в рамках подпрограммы "Развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности" на 2011 - 2016 годы федеральной целевой программы "Национальная технологическая база".

Цель настоящей работы заключается в разработке структуры, параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих компенсацию нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи. Это позволит повысить точность, производительность станка и заявленные показатели качества по обработке деталей.



Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить влияние нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи на точность воспроизведения заданной траектории движения, а также провести анализ технических решений, применяемых для компенсации люфтов.

2. Синтезировать эквивалентное линейное звено, аппроксимирующее нелинейность типа «люфт», оценить точность аппроксимированной модели.

3. Разработать компьютерную модель электропривода при замене нелинейности типа «люфт» его аппроксимированной моделью.

4. Синтезировать структуру и параметры корректирующего звена в составе электропривода, компенсирующего нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать опытно-промышленную САУ электропривода многооперационного КРС.

Предметом исследования данной работы является синтез структуры и параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих повышение точности воспроизведения сигнала задания за счет компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

Объектом исследования работы является электропривод, содержащий нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

Методы исследования: теоретические исследования базируются на методах теории электропривода, автоматического управления линейными и нелинейными системами, линейной алгебры. Вопросы анализа и синтеза систем управления решались методами дифференциального и интегрального исчисления, компьютерного моделирования, численными методами.

Метод экспериментального исследования на стенде-станке использовался для получения исходных данных, проведения и уточнения результатов теоретического анализа.

Научная новизна работы:

1. Разработано дополнительное структурное звено электропривода, компенсирующее нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи;

2. Разработан алгоритм управления процессом вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, отличающийся от известных тем, что при формировании сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» исключается операция дифференцирования.





3. Разработан алгоритм управления процессом автоматического вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», отличающийся тем, что расчет производится с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».

Практическая ценность работы состоит в следующем:

На основе проведенных исследований разработана инженерная методика синтеза структуры и параметров электропривода координатно-расточного станка при компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи, обеспечивающая повышение точности воспроизведения заданной траектории движения за счет снижения влияния нелинейности типа «люфт».

Разработана методика автоматического измерения величины зоны нечувствительности люфта, позволяющая САУ электропривода в процессе эксплуатации станка отслеживать текущее значение величины нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

Результаты работы использовались при разработке алгоритмов управления электроприводами станка модели 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара» (Акт использования в практике инженерного проекта в работе на предприятии ЗАО «Стан-Самара»).

Реализация результатов работы Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:

- на станке 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара»;

- в технические проекты САУ компенсации нелинейности типа «люфт» содержащейся в кинематической цепи электропривода подачи КРС для класса точности С.

Апробация работы Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных научно-технических конференциях: «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2010), «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2011), «Компьютерная интеграция и ИПИ технолоии» (г. Оренбург, 2011).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 из них – в журналах, рекомендованных ВАК РФ (сборник серии «Технические науки», СамГТУ №1(29) – 2011. – С. 179–184.;

сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(33) – 2012. – С. 148–156.;

сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(37) – 2013.- С. 219-222), 3 публикации - в трудах и материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.

На защиту выносятся основные научные положения:

1. Структурно-параметрический синтез электропривода с учетом дополнительного корректирующего звена, компенсирующего влияние нелинейности типа «люфт» на точность воспроизведения заданной траектории движения.

2. Методика синтеза сигнала коррекции нелинейности типа «люфт», при формировании которого исключается операция дифференцирования;

3. Методика вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 161 странице, диссертация содержит: 86 рисунков, таблиц, 1 приложение, библиографический список на 6 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность проведнного исследования, определена его цель, перечень задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели, сформулированы научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе работы проведен анализ и описание возмущений, оказывающих влияние на точность положения инструмента относительно детали в рабочем пространстве координатно-расточного станка, одним из которых является люфт в кинематической цепи электропривода.

Проведен анализ технических решений, применяемых на практике для компенсации люфтов в механических соединениях, произведено их условное деление на классы, а также рассмотрены их достоинства и недостатки.

Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические знания в данной области.

Во второй главе проведен анализ структуры систем электроприводов, содержащих нелинейность типа «люфт», показаны аппаратные и программные способы его компенсации. Произведен анализ достижимых показателей качества электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи, на примере электропривода подачи координатно-расточного станка модели 2440СФ4.

Для электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи, наиболее тяжелым режимом является воспроизведение гармони ческого сигнала задания, поскольку за один период сигнала задания происходит два расцепления кинематической Рисунок 1. Определение порогового значения цепи, сопровождающиеся амплитуды сигнала задания, необходимостью вновь вводить воспроизводимого нелинейной системой механизм в зацепление для продолжения выполнения технологического процесса. На основе характеристик станка (габаритных размеров обрабатываемых деталей, скоростей рабочей подачи), найден диапазон изменения параметров сигнала задания САУ электропривода.

Экспериментальное определение порогового значения амплитуды сигнала задания, воспроизводимого электроприводом, показало, что весь спектр сигналов задания захватывается системой для возникновения в ней вынужденных колебаний. Это позволило рассмотреть возможность структурного представления нелинейного звена типа «люфт» его эквивалентной линейной моделью.

В третьей главе описывается методика синтеза линейного звена, аппроксимирующего нелинейность типа «люфт», содержащуюся в кинематической цепи электропривода.

Исследования, проведенные во второй главе диссертационной работы, показали, что при гармоническом входном сигнале характер выходных сигналов у инерционного и нелинейного звена типа «люфт» совпадает.

Существенным является то, что коэффициент гармонической линеаризации b(A) всегда является отрицателным, т.е. выходной сигнал звена имеет составляющую, отстающую от входного сигнала на 900. Это дает основание искать передаточную функцию гармонически линеаризованного нелинейного элемента типа «люфт» в виде эквивалентного апериодического звена:

k НЭ y (1) x, 1 TНЭ p где k НЭ, TНЭ - искомые параметры линейного звена, аппроксимирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, т.е.

эквивалентный коэффициент усиления и эквивалентная постоянная времени соответственно, определяемые по зависимости:

b( AЗД ) a 2 ( AЗД ) b2 ( AЗД ) b2 ( AЗД ) TНЭ kНЭ a( AЗД ) (2) ;

.

ЗД a( AЗД ) a( AЗД ) a( AЗД ) где a( AЗД ), - коэффициенты гармонической линеаризации нелинейного b( AЗД ) элемента типа «люфт»;

AЗД, ЗД - амплитуда и частота сигнала задания соответственно.

Оценка точности замены нелинейного элемента типа «люфт» аппроксимирующим выражением проводилась методом моделирования в соответствии со структурной схемой, показанной на рисунке 2, где введены обозначения: SЗД ( p), S ( p) - изображение сигнала задания и выходного сигнала;

- передаточные функции регулятора положения и замкнутого WРП ( p), WЗКС ( p) контура регулирования скорости электропривода;

К РЕД - коэффициент передачи редуктора;

передаточные функция линейного звена, WЭЛЗ ( p) аппроксимирующего нелинейность типа «люфт»;

- нелинейный элемент типа «люфт»;

p - оператор Лапласа.

При замене нелинейности типа «люфт» эквивалентным линейным звеном, методика расчета параметров которого представлена ранее, вводится ошибка, вызванная допущениями метода гармонической линеаризации (линейная часть системы обладает свойством фильтра, поэтому при расчете параметров эквивалентного линейного звена учитывается только первая гармоника входного сигнала нелинейного элемента). В работе представлены условия, при удовлетворении которых для расчета параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», необходимо вводить уточняющую поправку, учитывающую третью гармоническую составляющую входного сигнала нелинейного элемента.

а) б) Рисунок 2. Проверка точности замены нелинейного элемента типа «люфт» аппроксимирующим линейным звеном: а) структурная схема для проведения моделировании;

б) графики выходных сигналов систем: S НЭ (t ) – содержащей нелинейный элемент типа «люфт»;

S ЭЛЗ (t ) – содержащей эквивалентное линейное звено В четвертой главе представлена методика синтеза структуры и параметров корректирующего звена, компенсирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи.

Основываясь на теории инвариантности, в системе управления электропривода реализовывался принцип комбинированного управления за счет создания второго канала подачи сигнала задания (Рисунок 3).

модуль измерения люфта;

модуль формирования структуры корректирующего звена p SКЗ(p) СЕ Д(p) WКЗ(p) SОПД(p) S(p) SЗД(p) KРЕД 1 СМ WСП(p) WРП(p) WРС(p) WРТ(p) p RЭ(TЭp+1) Jp IЭ(p) WДТ(p) WДС(p) WДП(p) Рисунок 3. Структурная схема электропривода с звеном, корректирующим нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи На рисунке 3 введены следующие обозначения: SКЗ ( p) - изображение сигнала коррекции нелинейности типа «люфт»;

WРС ( p), WРТ ( p) - передаточные функции регуляторов скорости и тока соответственно;

W ДП ( p), W ДС ( p), W ДТ ( p) передаточные функции датчиков положения, скорости и тока соответственно;

WСП ( p) - силового преобразователя;

WКЗ ( p) - корректирующего звена;

RЭ активное сопротивление статорной обмотки электродвигателя;

TЭ электромагнитная постоянная времени электродвигателя;

J - приведнный к валу электродвигателя момент инерции;

CE, CM - конструктивные постоянные электродвигателя;

I Э ( p) - изображение тока электродвигателя;

Д ( p) изображение сигнала частоты вращения электродвигателя S ОПД ( p) изображение сигнала обратной связи по положению ротора электродвигателя.

Исходя из известных зависимостей для нахождения параметров инвариантной связи по управляющему воздействию, было найдено выражение для нахождения параметров корректирующего звена, которое показало, что она представляет собой дифференцирующее звено третьего порядка (3). Введение в систему дифференцирующего звена третьего порядка невозможно, поскольку это снизит помехозащищенность системы.

W КЗ ( p) K КЗ TЗКС TНЭ p 3 K КЗ (TЗКС TНЭ ) p 2 K КЗ p (3) K ЗКС K Ред K НЭ TЗКС p 1 p TНЭ p где K КЗ.

K Ред K НЭ K ЗКС Аналитически была найдена зависимость для нахождения формы и параметров сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» при гармонической форме сигнала задания:

S Кор (t ) K1 cos t K 2 sin t;

(4) K1 K КЗ AЗД ЗД K КЗ TЗКС Т НЭ AЗД ЗД 3 ;

K 2 K КЗ TНЭ AЗД ЗД 2 K КЗ TЗКС AЗД ЗД 2. (5) Следует заметить, что представленная методика формирования корректирующего сигнала имеет ограничение в области применения:

амплитуда гармонического сигнала задания должна удовлетворять условию ( 2C AЗД 10C ). Использование представленной методики без учета диапазона применения может привести к некорректности замены люфта эквивалентным линейным звеном. В связи с этим, для использования представленной в работе методики формирования корректирующего сигнала, необходимо разделить работу системы на следующие режимы: 1) в периоды времени 0 t1 ;

t (Рисунок 4) - система является линейной и наличие люфта в кинематической цепи можно не учитывать;

2) в периоды времени t1 t 2 ;

(Рисунок 4) - система выбирает люфт при отработке гармонического сигнала задания.

Отработка системой гармонического сигнала S ЗД (t ) AЗД sin ЗД (t ) на промежутке времени (t1 t 2 ) эквивалентно воспроизведению системой сигнала S ЭКВ1 (t ), представляющего собой гармонический сигнал S ЭКВ (t ) AЭКВ sin( ЭКВ t ), смещенный относительно нуля на величину ( AЗД AЭКВ ) (Рисунок 4), причем амплитуда эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала AЭКВ выбирается исходя из условий, при которых метод гармонической линеаризации дает удовлетворительный результат (на рисунке 4 AЭКВ 5C, где С – величина полузоны нечувствительности люфта).

Рисунок 4. Представление режимов работы системы, содержащей нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи Проведенное исследование по нахождению оптимального значения амплитуды ( AЭКВ ) гармонического сигнала, эквивалентного сигналу задания, показало (Рисунок 5), что максимального отклонения сигнала ошибки системы ( (t ) ) будет минимально при величине амплитуды, равной AЭКВ 5C.

Тогда, согласно представленному допущению, на промежутке времени (t1 t 2 ), по известным параметрам эквивалентного гармонического сигнала задания, можно найти параметры линейного звена, аппроксимирующего люфт. Далее, используя найденные параметры эквивалентного линейного звена, по представленной методике, Рисунок 5. График изменения ошибки формируется сигнал коррекции люфта системы () в зависимости от выбранного значения амплитуды ( AЭКВ ) эквивалентного в кинематической цепи электропривода.

сигналу задания гармонического сигнала В работе произведен анализ ошибки, вносимой заменой сигнала задания ( S ЗД (t ) ), эквивалентным ему гармоническим сигналом ( S ЭКВ (t ) ), который показал, что максимальное значение ошибки, вносимой заменой увеличивается с увеличением амплитуды сигнала задания (Рисунок 6).

Расчеты показали, что для максимального значения амплитуды гармонического сигнала задания электропривода подачи координатно расточного станка модели 2440СФ4, значения максимального и среднеарифметического отклонений эквивалентно сигнала ( S ЭКВ1 (t ) ) от сигнала задания ( S ЗД (t ) ) составляют соответственно 0,0008 мм и 0,0004 мм, что значительно ниже требований к точности координатно-расточного станка класса «С» (0,0025 мм).

Рисунок 6. Зависимость максимального значения ошибки ( ЭКВ ( АЗД ) ), вносимой MAX заменой сигнала задания ( S ЗД (t ) ) эквивалентным сигналом ( S ЭКВ1 (t ) ), от амплитуды сигнала задания ( AЗД ) В пятой главе производятся экспериментальные исследования электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи. Для проверки теоретических положений и представленной в диссертационной работе методики повышения точности воспроизведения заданной траектории движения за счет коррекции нелинейности типа «люфт», был разработан экспериментальный стенд, фотография которого представлена на рисунке 7.

Экспериментальный стенд представляет собой упрощенную схему электропривода координатно-расточного станка, управляемого устройством числового программного управления (УЧПУ). Механическая часть экспериментального стена представляет собой цилиндрический редуктор, в котором имеется возможность регулирования величины зоны люфта.

Экспериментальный стенд работает в двух режимах: в режиме автоматического измерения люфта и в режиме автоматической компенсации люфта.

Основным параметром, характеризующим нелинейность типа «люфт» является величина зоны нечувствительности. В процессе эксплуатации станков, процесс измерения величины люфта в кинематической цепи электропривода и соответствующая настройка узлов станка производится только раз в год, во время юстировки станка. Это недопустимо, поскольку износ механизмов станка происходит непрерывно. В связи с этим был разработан алгоритм автоматического управления процессом измерения величины зоны нечувствительности нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, блок-схема которого представлена на рисунке 8.

Рисунок 7. Фотография экспериментального стенда Процесс измерения разделен на три этапа: 1) введение зубьев редуктора, содержащего люфт, в зацепление для обеспечения одинаковых начальных условий процесса измерения;

2) проверка отсутствия внешних воздействий, способных повлиять на результат измерения;

3) процесс измерения. Для реализации процесса измерения в структуру электропривода была введена дополнительная обратная связь по положению ротора электродвигателя (Рисунок 3). Практическая апробация процесса измерения была произведена на представленном экспериментальном стенде.

На основе произведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований, была разработан алгоритм управления процессом коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, блок-схема которого представлена на рисунке 9.

Проведенные на экспериментальной установке исследования показали, что с введением корректирующего сигнала ошибка воспроизведения заданной траектории движения снижается в 6,36 раза, что говорит об эффективности представленного в работе метода коррекции люфта в кинематической цепи электропривода.

Представленная методика коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода была проверена на стенде-станке модели 2440СФ4. Для этого в кинематических цепях электроприводов подачи стола и салазок станка был преднамеренно создан люфт.

Рисунок 8. Блок-схема алгоритма управления процессом автоматического измерения величины зоны нечувствительности люфта Испытания проводились в режиме круговой интерполяции в плоскости координат X - Y. Результаты эксперимента показали (Рисунки 10 - 12, где R ЗД радиус заданной окружности;

R ДОП 2,5 мкм - допустимое отклонение радиуса воспроизводимой окружности), что с введением коррекции нелинейности типа «люфт» в электроприводах подачи линейных интерполирующих координата Х и Y, точность воспроизведения радиуса отрабатываемой окружности повысилась в 2,3 раза ( Rmax 0,0042 мм - ошибка воспроизведения заданного радиуса окружности без введения коррекции люфта;

- при Rmax 0,0018 мм введении коррекции) за счет увеличения точности синхронного перемещения исполнительных органов станка (максимальное значение ошибки положения стола (линейная координата Х) составляет: S X 0,005 мм - без введения корректирующего сигнала, - с введением).

S X 0,0012 мм Рисунок 9. Блок-схема алгоритма управления процессом формирования сигнала коррекции люфта а) б) Рисунок 10. График ошибки положения стола в режиме отработки круговой интерполяции:

а) без введения коррекции нелинейности типа «люфт»;

б) с введенной коррекцией а) б) Рисунок 11. График ошибки воспроизведения радиуса заданной окружности: а) без введения коррекции нелинейности типа «люфт»;

б) с введенной коррекцией а) б) Рисунок 12. Воспроизведение окружности электроприводами с люфтом в кинематической цепи: а) без введения коррекции люфта;

б) с введенной коррекцией Для снижения ошибки положения подвижных органов станка прибегают к снижению скорости перемещения соответствующей линейной интерполирующей координаты, что сказывается на производительности станка.

Применение представленного в работе алгоритма компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода позволяет не только повысить точность воспроизведения заданной траектории движения, но и избежать снижения скорости обработки детали. Экспериментальное исследование показало на сокращение времени растачивания отверстия при получистовой обработке на 20% (снижение времени обработки отверстия диаметром 250 мм с 51 сек, до 41 сек). Анализ времени обработки деталей показал на увеличение производительности станка от 2,5 до 12,5% в зависимости от сложности обрабатываемой детали, связанной с коррекцией нелинейности типа «люфт» в кинематических цепях электроприводов, что говорит об эффективности представленного метода.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Основные научные и практические результаты, достигнутые в работе, заключаются в следующем:

1. Разработан алгоритм вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, компенсирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, позволяющий избежать операции дифференцирования при формировании сигнала коррекции;

2. Разработан алгоритм управления процессом автоматического измерения величины люфта в кинематической цепи электроприводов координатно расточного станка, для реализации которого введена дополнительная информационная связь по положению ротора исполнительного электродвигателя. Внедрение представленного алгоритма позволяет отслеживать величину люфта в кинематической цепи во время эксплуатации станка;

3. Разработана методика расчета параметров линейного звена, аппроксимирующего нелинейность типа «люфт», с использованием эквивалентного гармонического сигнала задания, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи. Применение данного подхода позволяет расширить границы использования теоретических основ метода гармонической линеаризации;

4. Разработана методика включения сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» в момент расцепления кинематической цепи электропривода, позволяющая обеспечить заявленную точность воспроизведения заданной траектории движения, а также повысить производительность станка в среднем на 7,5%.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

- в ведущих рецензируемых периодических изданиях:

1. Саранцев, С.С. Повышение динамической точности позиционно следящего электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер.

«Технические науки» № 1(29) – 2011. – С. 179–184.

2. Саранцев, С.С. Синтез корректирующего звена следящего электропривода подачи координатно-расточного станка для компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1(33) – 2012. – С. 148–156.

3. Саранцев, С.С. Экспериментальное определение величины зоны нечувствительности люфта в кинематической цепи привода подачи координатно-расточного станка / С.С. Саранцев, Я.И.Пешев // Вестник Самар.

гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1(37) – 2013. – С. 219-222.

- в прочих сборниках:

4. Саранцев, С.С. Повышение динамической точности воспроизведения заданной траектории движения синхронно-следящей системы // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА:

Шестнадцатая Междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл.

В 3 т. Т.2.М.: Издательский дом МЭИ, 2010.- С. 147-148.

5. Саранцев, С.С. Система автоматического управления мехатронным модулем прецизионного поворотного стола цепи / С.С. Саранцев, М.В.

Хоренко// Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения) III Том. Электротехника. – Иваново, 2011. – С 246-247.

6. Саранцев, С.С. Математическая модель позиционно-следящего электропривода с линеаризованной нелинейностью в кинематической цепи цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Компьютерная интеграция и ИПИ технологии. Сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции. – Оренбург: ИП Осиночкин Я.В., 2011. – С. 277-282.

Личный вклад автора. В работах [1, 5] автору принадлежит постановка задачи исследования, в работе [3] разработка алгоритма автоматического измерения величины люфта, в работах [2, 4] разработка математических моделей, работа [6] написана автором лично.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.