Разработка системы управления асинхронным двигателем с детальной разработкой программ при различных законах управления (стр. 8 из 20)
или
где Y10, Y20, I10, I20 - векторы потокосцеплений и токов статора и ротора в системе координат, неподвижной относительно поля статора, а
- абсолютное скольжение асинхронного двигателя.Приведем систему уравнений (12) к трем переменным: напряжению статора U1 и потокосцеплениям Y1 и Y2. Для этого из третьего уравнения системы (12) выразим ток статора, представленный во вращающейся системе координат:
, где Y10 - потокосцепление статора во вращающейся системе координат. Подставив найденное значение тока статора в четвертое уравнение системы (12), получим: 
.Приняв, что
- коэффициент электромагнитной связи статора, 
- переходная индуктивность ротора, определим значение тока ротора во вращающейся системе координат: 
. Подставляем найденное значение тока ротора во вращающейся системе координат во второе уравнение системы (12): 
.Откуда, приняв что
, окончательно получим: 
. (13)Приведем первое уравнение системы (12) к вращающейся системе координат. Для этого из четвертого уравнения системы (12) выразим ток ротора, представленный во вращающейся системе координат:
, где Y20 - вектор потокосцепления ротора во вращающейся системе координат. Подставив найденное значение тока ротора в третье уравнение системы (12), получим: 
.Приняв, что
- коэффициент электромагнитной связи ротора, 
- переходная индуктивность ротора, определим значение тока статора во вращающейся системе координат: 
. Подставляем найденное значение тока статора в первое уравнение системы (12): 
.Откуда, приняв что
, окончательно получим: 
. (14)Спроецируем уравнения (13) и (14) на оси d и q вращающейся с частотой поля системы координат, учитывая, что U10 = U10d + j·U10q, Y10 = Y10d + j·Y10q и Y20 = Y20d + j·Y20q:
или преобразовав к нормальной форме Коши:
(15)Уравнение для вращающего момента обобщенной электрической машины, согласно [1], имеет вид:
,или перейдя к проекциям на оси d и q:
(16).Все вышеприведенные рассуждения справедливы для обобщенной двухполюсной машины. В случае реальной многополюснолй машины ее необходимо привести к эквивалентной двухполюсной. С этой целью запишем уравнение движения:
,где w - угловая скорость реальной машины, M' - вращающий момент реальной машины, Mс - механический вращающий момент нагрузки. Перепишем уравнение движения, учитывая, что M’ = p·M и w = W/p, где p - число пар полюсов реальной многополюсной машины:
. (17)Объединив (15), (16) и (17), получим систему уравнений асинхронного двигателя во вращающейся с частотой поля системе координат:
(18)Система уравнений (18) удобна тем, что может быть решена численными методами. Так, задавшись напряжением, статическим моментом и параметрами схемы замещения, можно найти потокосцепления статора и ротора Y10 и Y20, момент М и скорость вращения ротора асинхронной машины w.
3.4 Проектирование робота
3.4.1 Постановка задачи
По заданной кинематической схеме манипулятора и заданному положению выходного звена рассчитать переменные параметры манипулятора, т. е. решить обратную задачу кинематики с использованием матричного метода. Проверку выполнить графическим методом. Размеры звеньев подобрать самостоятельно, шаг изменения размеров 50 мм.
3.4.2 Исходные данные
Положение выходного звена:
X=-250 ; Y=140 ; Z=480
Кинематическая схема манипулятора:
1 0 P 1 1
3.4.3 Основные понятия и определения
Манипулятором называется техническое устройство, предназначенное для воспроизведения некоторых рабочих функций рук человека. Манипулятором называют также исполнительный механизм промышленного робота, оснащенный приводами и рабочим органом, с помощью которого осуществляется выполнение рабочих функций. Способность воспроизводить движения, подобные движениям рук человека, достигается приданием манипулятору нескольких степеней свободы, по которым осуществляется управляемое движение с целью получения заданного движения рабочего органа - схвата.
Числом степеней свободы механической системы называется число возможных перемещений системы.
Твердые тела, входящие в механическую систему манипулятора, называются звеньями. В механике различают входные и выходные звенья. Входным называется звено, которому сообщается движение, преобразуемое механизмом. Выходным называется звено, совершающее рабочее движение.
Таким образом, в манипуляторе число входных звеньев равно числу приводов, а выходное звено, как правило, одно - схват, или рабочий орган.
Подвижное соединение двух соприкасающихся звеньев называется кинематической парой.
3.4.4 Метод матриц в кинематике манипуляторов
Метод матриц можно применять к расчету любого манипулятора с поступательными и вращательными кинематическими парами. Универсальность метода покупается ценой некоторой избыточности вычислений. Этот метод развивался параллельно с развитием вычислительной техники, и он больше приспособлен к расчетам на ЭВМ, нежели к расчетам вручную. Его использование требует свободного обращения с матричным аппаратом.
3.4.5 Выбор систем координат
Осью вращательной пары (i, i+1), составленной из звеньев i и i+1, является ось цилиндрического шарнира, жестко связанная со звеном i, вокруг которой вращается звено i+1. Для поступательной пары (i, i+1) осью является любая прямая, параллельная вектору скорости поступательного движения звена i+1 относительно звена i.
Пронумеруем все звенья манипулятора от стойки (звено 0) до схвата (звена n) и свяжем с каждым из них свою систему декартовых координат, выбранную следующим специальным образом: ось Zi идет по оси кинематической пары (i, i+1); начало координат системы i, жестко связанной со звеном i, лежит на общем перпендикуляре к осям Zi-1 и Zi, либо в точке их пересечения, если таковая имеется, либо в любой точке оси кинематической пары, если ось Zi совпадает с осью Zi-1 или параллельна ей; ось Xi идет по общему перпендикуляру, проведенному к осям Zi-1 и Zi, и направлена от точки пересечения этого перпендикуляра с осью Zi-1 к точке его пересечения с осью Zi (или в любую сторону по нормали к плоскости, содержащей оси Zi-1 и Zi, если они пересекаются, или произвольным образом, если Zi-1 и Zi идут по одной прямой); ось Yi выбирается по правилу правой тройки векторов.
Начало координат системы 0, т.е. системы, жестко связанной со стойкой, может лежать в любой точке оси пары (0,1); ось Xо направляется произвольным образом.
Выбор системы n тоже выпадает из общего правила, так как звено n+1 отсутствует. Поэтому предлагается вообразить любого типа пару (n, n+1) и после этого выбрать систему по общему правилу. Начало выбранной таким образом системы называется центром схвата.
3.4.6 Расширенная матрица перехода для кинематической
пары. Определение положения и ориентации звеньев
Специальный выбор систем координат звеньев манипулятора позволяет с помощью лишь четырех параметров описать переход из одной системы в другую. Систему i-1 можно преобразовать в систему i с помощью поворота, двух сдвигов (переносов) и еще одного поворота, выполняемых в следующем порядке:
1) поворот системы i-1 вокруг оси Zi-1 на угол Qi до тех пор, пока ось Xi-1 не станет параллельной оси Xi;
2) сдвиг повернутой системы вдоль оси Zi на величину Si до тех пор, пока оси Xi-1 и Xi не окажутся на одной прямой;
3) сдвиг вдоль оси Xi на величину ai до тех пор, пока не совпадут начала координат;
4) поворот вокруг оси Xi на угол ai до совмещения оси Zi-1 c осью Zi.
Расширенная матрица имеет следующий вид: