Электропривод механизма выдвижения руки манипулятора (стр. 3 из 4)

Рис.6. Зависимость угловой скорости ω электродвигателя от времени t.

Рис.7. Зависимость момента М электродвигателя от времени t.

Рис.8 Зависимость линейного перемещения L руки манипулятора от времени t.

Рис.9 Зависимость ошибки позиционирования от времени.

Таким образом, из результатов моделирования видно, что при отработке гармонического задания с частотой 2 Гц ошибка слежения ∆L=0,88 мм < 1 мм, что соответствует заданным требованиям.

5. Разработка электрической схемы

Согласно принципиальной электрической схеме в состав электропривода выдвижения руки манипулятора входят:

- интегрированные сервопривод СПШ20-23017;

- переключатель TR26-21C-11D1 (220В, 16А);

- разработанный блок питания.

Блок питания служит для обеспечения интегрированного сервопривода СПШ20-23017 стабилизированным силовым напряжением 80 В и стабилизированным напряжением цепи управления 15В. В его состав входят два преобразователя постоянного фирмы «Александер-Электрик»: DC/DC преобразователь МДМ10-Вт с выходным напряжение 15 В и DC/DC преобразователь MR100 с выходным напряжением 80 В. Также источник питания снащён ключом сброса энергии.

В режиме собственно двигателя, когда мощность источника питания расходуется на создание вращательного момента и в генераторном режиме, когда внешний вращательный момент наводит ЭДС на статорные обмотки и привод превращается в генератор постоянного тока. Переход в генераторный режим происходит всякий раз, когда контроллер сервопривода включает торможение, а инерция ротора и нагрузки заставляет его вращаться дальше. В результате чего накопительные конденсаторы начинают запасать электроэнергию. Кроме повышения КПД, наличие обратного тока направленного от привода в накопительные конденсаторы даёт возможность осуществлять торможение без рассеивания дополнительного тепла в обмотках и «тормозных» резисторах. Блок питания модели комплектуется тремя накопительными конденсаторами суммарной ёмкостью 3000 мкФ на 160 Вольт с максимальным током пульсаций 7.5 Ампер. Ресурс конденсаторов составляет 2000 часов при температуре 105°С.

В задачах требующих резких режимов торможениях сервоприводов и/или в условиях инерционной нагрузки возникают излишки энергии, которые могут превышать возможности накопительных конденсаторов, Для таких применений в состав блока питания включены специальные мощные «тормозные» резисторы и соответствующая схема управления. С помощью этой схемы излишки энергии преобразуются в тепло, которое рассеивается в «тормозных» резисторах. Схема управления «тормозными» резисторами состоит из компаратора «ОУ» и силового ключа на полевом транзисторе. Компаратор сравнивает напряжение пропорциональное силовому (делитель R1, R2) с предустановленным при настройке стабилизированным напряжением, поступающим с потенциометра RP1. Если значение силового напряжения превышает предустановленную величину, компаратор открывает силовой ключ и часть тока заряда накопительных конденсаторов перенаправляется на четыре мощных резистора (R3..R6), облегчая, тем самым, режим работы накопительных конденсаторов.

Отключение установки от питающего напряжения производится выключателем TR26-21C-11D1(220 В,16А).

6. Разработка конструкции

Для соединения элементов используем следующие кабели:

- для соединения блока питания и сервопривода – кабель марки СПОВЭ 4x1мм², подключение с помощью клеммной колодки TB6-RC.

- для соединения блока питания и источника постоянного тока – кабель марки СПОВ 2x1мм², подключение розеткой 216P6 фирмы «ABB».

- для содеинения электропривода с контроллером верхнего уровня используется кабель ELFA 55-790-08, для подключение используется розетка DB-9M.

Согласно заданным климатическим условиям (УХЛ4) по ГОСТ 15150 электропривод манипулятора должен нормально работать при температуре +1…+40

и влажности 80% при 25 . Электропривод СПШ20-23017 полностью соответствует данным условиям.

Степень защиты оболочки для размещения блока питания выбираем по ГОСТ 14254-80: IP54 – относятся щиты защитные, шкафы напольные и навесные. Условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды, выбираются по ГОСТ 15543-70. Выбираем корпус фирмы «Rose» серии Multitronic. Габариты корпуса: с учетом габаритов элементов, входящих в состав блока питания. Высота 140 мм, ширина 200 мм, глубина 80 мм.

Корпус является навесным одностороннего обслуживания, односекционным. Корпус цельный, литой, выполнен из алюминия. Задняя стенка представляет собой монтажную панель для установки платы блока питания. В нижней части шкафа предусмотрена вводная кабельная панель, необходимая для вывода и вывода сетевых проводов.

Монтаж интегрированного сервопривода следует производить к плоской

металлической поверхности с центральным отверстием диаметром не менее

38,1±0,03 мм с помощью четырех шпилек или винтов М4.

Класс чистоты обработки монтажного места должен быть не ниже 1.6. Для снижения уровня вибраций и шума, а также при значительной шероховатости монтажной поверхности допускается применение полужесткой подвески с применением эластичной теплопроводной прокладки из силиконовой резины толщиной не более 1,5 мм.

При монтаже устройства следует обеспечить свободный доступ к интерфейсным и питающим разъемам. Соединительные кабели должны быть закреплены к неподвижным деталям конструкции так, чтобы исключить их случайное соприкосновение с подвижными частями и деталями механизма. При монтаже кабели не должны испытывать натяжение и нагрузки на разъемы. Они должны образовывать у разъемов небольшие петли без существенного провисания и колебаний в процессе работы механизма в сборе.

7. Методика настройки привода

Ниже приведена стандартная последовательность действий, которые необходимо совершить при настройке параметров СПШ10:

1. Выполнить подключение линий питания и интерфейсов в соответствии с описанием и схемой, приведенной в документе «Руководство пользователя».

2. Подать цифровое и силовое напряжения питания на СПШ10.

3. Подключить кабель USB к ПК.

4. Установить программное обеспечение Мотомастер© и драйвер виртуального COM-порта, находящиеся на CD-диске в соответствие с описанием, приведенном в документе «Руководство пользователя.pdf».

5. Запустить Мотомастер©.

6. Подключитесь к приводу.

7. Сделать экспорт параметров (резервное копирование). Это позволит быстро восстановить параметры привода после повреждения СПШ10 или в случае его замены.

Настройка контура скорости:

8. Перейти к вкладке «Статические параметры/Контур позиции».

9. Разомкнуть контур позиции.

10. Перейти к вкладке «Статические параметры/Контур скорости».

11. Замкнуть контур скорости.

12. Для анализа качества переходного процесса рекомендуется временно отключить режим плавного разгона, если это допускает механическая система, к которой подключается привод (параметр vp9 = «Режим с максимальной динамикой»).

13. Установить максимально допустимую скорость вращения, коэффициент

обратной связи и требуемое ускорение.

14. Перейти к вкладке «Параметры тестирования».

15. Установить параметр Tp1 в «Приращение скорости».

СПШ10 поддерживает тестовый режим, с помощью которого можно проанализировать качество переходных процессов в приводе. Эксперимент проводится

следующим образом:

1. Пользователь настраивает параметры теста.

2. Далее настраивает осциллограф и выполняет запуск эксперимента.

3. СПШ10 отрабатывает эксперимент и сохраняет 3000 выборок каждого пара-

метра (не более трех), с заданным интервалом.

4. СПШ10 передает сохраненные значения в Мотомастер©.

Описание: задает текущий тестовый режим:

1. Непрерывный режим — режим непрерывного сканирования заданных

координат.

2. Ступенька — приращение позиции на заданный шаг.

3. Синус — синусоидальное изменение позиции с заданными параметрами.

4. Приращение скорости.

5. Синусоидальное изменение скорости.

6. Параболическое изменение скорости.

7. Измерение без задания — в данном режиме задающее воздействие не вносится, происходит лишь сканирование требуемых координат в течение определенного времени.

16. Настроить параметры tp2, tp5, tp6.

Описание: параметр определяет, с какой частотой будет выполняться опрос требуемых параметров. Длительность всего эксперимента составляет Tp2•3000мксек.

Описание: если параметр Tp1=Ступенька/ Приращение скорости, то Tp5 определяет время после начала эксперимента, через которое будет выполнено приращение задающего воздействия.

Если параметр Tp1=Синус/ Синусоидальное изменение скорости, то Tp5 определяет амплитуду синусоидального задания контура позиции/скорости.

Описание: если параметр Tp1=Ступенька/ Приращение скорости, то Tp6 определяет приращение, которое будет добавлено к текущей позиции/скорости в момент проведения теста. Если параметр Tp1=Синус/ Синусоидальное изменение скорости, то Tp6 определяет амплитуду синусоидального задания контура позиции/скорости.