Проектирование системы управления приводом подачи, адаптированной к изменениям параметров процессов резания (стр. 2 из 3)
3. Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура
Структурную схему составим на основании функциональной схемы, используя данные курсовой работы по САУ
Преобразователь энергии, с точки зрения динамики процесса является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция:
Значение постоянных времени T1 и T2 дано в исходных данных, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя.
Согласно системе уравнений:
;двигатель можно представить в виде следующей схемы (рис. 5):
 |
Рис. 5 - Схема электропривода
Передаточная функция двигателя рассчитывается следующим образом:
; 
кг*м2; откуда: 
,где 
(рад/сек); 
(кг*м2); 
;Передаточная функция имеет следующий вид:
Передаточное устройство является линейным звеном. Зная номинальные значения частоты вращения вала двигателя и подачи на зуб фрезерного станка, запишем передаточную функцию:
, 
=0,008 
тогда Wпу(р) =
[мм*мин/(зуб*об)]Процесс резания как объект управления с учетом возмущений опишем используя формулу (4). Но описанный процесс резания будет нелинейным звеном, а в данной части ТАУ мы изучаем линейные звенья. Поэтому нам придется линеаризовать это звено. Для этого построим график изменения погрешности обработки от подачи и проведем касательную в рабочей точке этой зависимости (рис. 6).
Δ[мкм]
S[мм/об]Рис. 6 - Линеаризация процесса резания
Уравнение касательной будет иметь вид:
Для получения коэффициента передачи при действии возмущении tп проанализируем уравнение
, где 
; т.к. здесь tп в первой степени, то зависимость уравнения с аргументом tп можно считать линейной. Значит коэффициент усиления по возмущению tп К1 = 1 .Таким образом, процесс резания представляется в следующем виде (рис. 7):
Рис. 7 - Линеаризованный процесс резания
Где К – тангенс угла наклона касательной к графику в рабочей точке. К = 253.2. Δ0 – отклонение касательной от начала координат. Δ 0 = 4.3. 
- возмущение, действующее на систему. K1 – коэффициент передачи системы при действии возмущения. К1=1
Датчик обратной связи, Wду(р)=Кду/(Тду*р+1); Wду(р)=5/14.35=0.348 В/мкм
Усилитель УС. Для обеспечения требуемых свойств САР то коэффициент принимаем исходя из следующих условий:
т.к. Δз = Δр/(1+Крс),
и Δз = 0.001*Δр, тогда:
Δр/(1+Крс)= 0.001*Δр;
1+Крс=1000;
Крс =999;
Крс = 999 = Кус*Кпэ*Кд*Кпу*Кпр*Кду = 0,046*Кус, откуда Кус = 21546.
Учитывая все сказанное выше составляется структурная схема САР (рис. 8):
Рис. 8 - Структурная схема САР
Корректирующее устройство.
В качестве корректирующего устройства принимаем интегродифференцирующее звено с передаточной функцией вида:
После расчета корректирующего устройства по методу анализа и синтеза САР с использованием ЛЧХ принимаем:
В качестве корректирующего устройства
Переходный процесс получившейся САР (идет стабилизация возмущения на 10 секунде моделирования) (рис. 9, 10):
Рис. 9 - Основной контур системы
Рис. 10 - Структурная схема системы
4. Обоснование необходимости адаптивного управления
Данная схема обеспечивает лишь устойчивость системы при отсутствии параметрических возмущений или при их весьма маленьком воздействии. На практике с течением времени могут меняться параметры объекта управления. Данная система не может обеспечить требуемое качество переходного процесса при значительных возмущениях, поэтому необходимо синтезировать систему управления, способную компенсировать действие параметрических возмущений.
Обеспечение высокой точности изготовления деталей современных машин при использовании обычных методов лезвийной обработки сопряжено с большими материальными затратами, высокой трудоёмкостью и связано с понижением производительности обработки. Традиционные методы решения этой задачи, такие как увеличение точности и жёсткости станков, в настоящее время уже исчерпали себя. Эту проблему можно решить путём применения станков с программным управлением, системами адаптивного управления движениями резания. Адаптивное резание - это способ механической обработки, обеспечивающий оптимизацию процесса за счёт изменения условий обработки, прежде всего режимов резания в зависимости от конкретных условий. АдСУ перерабатывают непрерывно поступающую информацию о величине принятого для регулирования критерия, например силы, температуры, интенсивности вибраций.
Коэффициент передачи процесса резания за один проход может изменяться более чем в 100 раз. Кроме рассмотренных факторов на изменение системы могут оказывать влияние и другие факторы: изменение условий среды, в которой происходит обработка (изменение свойств СОЖ), изменение физико-химических свойств обрабатываемого и инструментального материала. При таких вариациях коэффициента передачи процесса резания обычные САУ с постоянными параметрами корректирующих и управляющих элементов не смогут обеспечить требуемые условия точности в изменяющихся условиях процесса резания.
Например, при изменении коэффициента передачи процесса резания в 10 раз переходный процесс обычной САУ будет выглядеть так, как показано на рисунке. Видно, что система не может справиться с такими возмущениями (рис. 11).
Рис. 11
Для обеспечения требуемых свойств системы необходимо синтезировать структуру АдСУ, инвариантную к изменению коэффициента передачи объекта управления.
5. Выбор класса адаптивной системы управления
По типу контура адаптации выбираем замкнутую систему. По способу адаптации различаются адаптивная система управления с прямой и непрямой адаптацией. Так как математическая модель процесса точения известна, то адаптивная система управления должна приблизить движение реальной системы управления к движению «эталонной модели», т.е. выбираем адаптивная система управления с прямой адаптацией.
6. Разработка структурной схемы АдСУ
Для того, чтобы исключить влияние изменения коэффициента резания при действии возмущенийна погрешность обработки, необходимо построить систему, которая бы отслеживала изменение этого коэффициента и вводила в основной контур корректирующий сигнал, обратно пропорциональный коэффициенту передачи процесса резания. При этом управляющее воздействие привода подачи изменится, значит изменится и скорость вращения двигателя, а следовательно и подача, причем ее изменение будет пропорционально изменению коэффициента резания.
7. Выбор метода и алгоритма адаптивного управления
По характеру настройки устройства управления основного контура выбираем самый простой тип адаптивной системы управления – самонастраивающаяся:
8. Разработка функциональной схемы АдСУ
Сигнал с преобразователя энергии подаётся на модель и реальный объект, которые включают в себя двигатель и процесс резания. Далее, выходной сигнал реального объекта делится на выходной сигнал модели, получаем сигнал, пропорциональный изменению коэффициента передачи процесса резания. Затем, напряжение на выходе преобразователя изменяем в соответствующую сторону делением выхода преобразователя на полученный сигнал (рис. 12).
Рис. 12 - Функциональная схема АдСУ
9. Синтез АдСУ