Разработка цифрового электропривода продольной подачи токарно-винторезного станка (стр. 6 из 8)

4.2 Моделирование работы привода под нагрузкой

Модель системы для определения скоростной ошибки приведена на рис.4.4, а график переходного процесса - на рис. 4.5.

Рисунок 4.4 – Модель системы для оценки ошибки по скорости

Рисунок 4.5 – График переходного процесса при подаче ступенчатого сигнала

По результатам моделирования определяем скоростную ошибку. Из рис. 1 видно, что она составляет

Время переходного процесса составляет не меньше 0,22c, что обеспечивает максимальную скорость при допустимом ускорении

(

с).

Делаем вывод, что система удовлетворяет заданным показателям.

Реакция системы на наброс нагрузки

Введем в систему момент сопротивления. Для этого из неизменяемой части выделим механическую часть двигателя

, Определим значение

, которое для дискретной ПФ будет иметь вид :

Перед подачей момента сопротивления используем дифференциальное звено с коэффициентом усиления:

После подачи момента используем интегрирующее звено. В качестве момента сопротивления подадим номинальный момент двигателя.

В результате получим модель, показанную на рисунке 4.6. График переходного процесса при набросе и снятии нагрузки показан на рисунке 4.7.

Промоделируем ситуацию, когда нагрузка на двигатель будет сразу при его включении (т.е. рабочий инструмент станка изначально нагружен). График такого переходного процесса показан на рисунке 4.8.

Промоделируем ситуацию при ступенчатом увеличении значения момента сопротивления от Мн до 2Мн (рисунок 4.9)

Рисунок 4.6 – Модель системы при моделировании подачи момента сопротивления

Рисунок 4.7 – График переходного процесса при набросе и снятии нагрузки

Рисунок 4.8 – График переходного процесса при включении двигателя под нагрузкой

Рисунок 4.9 – График переходного процесса при при ступенчатом увеличении значения момента сопротивления от Мн до 2Мн

5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СРЕДСТВ СОПРЯЖЕНИЯ

Проектирование средств сопряжения с объектом связано с определением конкретных величин, от которых зависят точность и быстродействие системы привода.

Для проектирования средств сопряжения необходимо, прежде всего, определить период дискретности системы управления.

Для электроприводов постоянного тока с тиристорным преобразователем период дискретности зависит от частоты сети

и количества тиристоров

(5.1)

где

Гц – частота питающей сети.

Для электроприводов постоянного тока с транзисторными ШИП период дискретности зависит от требуемой точности обработки

при движении по круговой траектории радиусом

с угловой скоростью

. (5.2)

В любом случае период дискретности должен удовлетворять условию:

T₀<2/λ₃. (5.3)

В приводах переменного тока с частотными преобразователями для обеспечения требуемого диапазона скорости вращения и, соответственно, частоты питающей сети управление преобразователями осуществляется с дискретностью от 2 до 100 мкс.

Квантование по уровню определяет разрядность цифрового представления переменных.

Контроль положения рабочего органа осуществляется ротационными или линейными датчиками, характеристики которых приведены в [1].

Для ввода сигналов датчиков в систему управления предусматриваются специальные средства сопряжения, обеспечивающие передачу кодов в требуемом формате.

При определении разрядности кода положения

рабочего органа необходимо знать цену дискреты

. Цена дискреты – это точность позиционирования инструмента относительно детали. Обычно она выбирается в диапазоне

мм.

Разрешающая способность датчика положения или угла поворота – это количество импульсов на выходе датчика на один шаг измерительной системы. Для поворотных датчиков шагом измерительной системы является один оборот, что соответствует линейному перемещению на шаг винта

. Из этого следует, что для измерения линейного перемещения требуется ротационный датчик с разрешающей способностью:

(имп/об). (5.4)

Так, при шаге винта

= 5 мм и цене дискреты 0,01 мм должен быть установлен датчик

(имп/об).

Для станков нормальной (Н) и повышенной (П) точности применяют круговые фотоэлектрические датчики или вращающиеся трансформаторы, для станков высокой точности класса В – линейные оптические системы, например, типа RОD-260.

Необходимая емкость счетчика пути по координате зависит от длины винта

и рассчитывается по соотношению:

( дискрет). (5.5)

Для представления кода положения

его разрядность

определяется с помощью выражения:

(разряда). (5.6)

Код управления

и код фактической скорости

, вводимые по каналу обратной связи, имеют обычно одинаковую разрядность, которая зависит от диапазона регулирования скорости

. (5.7)

Регулирование скорости осуществляется в диапазоне D_с = 1000. Тогда для управления скоростью потребуется 10 двоичных разрядов (2¹⁰=1024).

Для измерения фактической угловой скорости применяют цифровое дифференцирование перемещения или угла поворота. Если датчик угла поворота установлен на двигателе, то код фактической скорости двигателя определяется выражением:

, (5.8)

где

– коэффициент передачи канала измерения скорости;

– разность показаний датчика угла поворота за период дискретности;

– скорость двигателя в текущем периоде дискретности.

Зная диапазон регулирования скорости

, можно определить число импульсов/оборот, которое должен иметь датчик, чтобы на минимальной скорости за период дискретности

на его выходе был минимум 1 импульс:

(5.9)

При

, необходимо применить датчик с разрешающей способностью:

имп/об. (5.10)

Значит, из справочника для датчика скорости выбираем фотоэлектрические датчики угла поворота фирмы НЕIDЕNНАІ

RОD-260 – для повышенных частот вращения с частотой считывания 1МГц,