Тема- Следящий электропривод подачи копировально фрезерного станка
Работа добавлена на сайт samzan.net:
СУЭ Курсовой проект
Московский государственный открытый
университет имени В.С. Черномырдина
Энергетический факультет
Кафедра электропривода и автоматизации
промышленных установок и технологических комплексов
Курсовой проект
По предмету «Системы управления электроприводов»
Тема: «Следящий электропривод подачи копировально- фрезерного станка»
Выполнил:
Учебный шифр:
Специальность: 140604
Проверил: Грехов В.П.
г. Москва 2013 год
Пояснительная записка
Содержание:
1. Задание.
2. Описание технологии копирования.
3. Описание электропривода ЭТЗС.
4. Данные электропривода и электродвигателя
5. Массогабаритнные показатели.
6. Таблица параметров силовой части.
7. Синтез системы электропривода:
7.1. Синтез контура тока.
7.2. Синтез контура скорости.
7.3. Синтез контура положения.
8. Анализ точности обработки контура заданной детали.
9. Выводы по результатам курсового проекта.
10. Литература.
- Задание.
На базе электропривода ЭТЗС 12-11 /220-42/2200 спроектировать следящий электропривод подачи копировально-фрезерного станка, обрабатывающего деталь заданного профиля с требуемой точностью.
Электропривод подачи должен работать в двух основных технологических режимах:
1. В режиме стабилизации скорости при ручном управлении станком;
2. В режиме стабилизации слежения при копировании контура шаблона.
Технологические данные:
Диаметр пальцевой фрезы: dф = 20 мм;
Скорость задающей подачи: VЗП = 40 мм/мин;
Допустимая ошибка копирования:
Где RМИН = 8 мм - минимальный радиус контура шаблона обрабатываемой детали.
Рис.1. Контур шаблона обрабатываемой детали.
Рис.2. Схема расположения элементов копировального прибора.
- Описание технологии копирования.
Копирование контура шаблона осуществляется при одновременной работе электроприводов продольной и поперечной подач. При этом, движение одного привода является задающим, а другого следящим, т.е. один привод работает с постоянной скоростью подачи, а скорость другого определяется профилем шаблона. Например, задающее движение осуществляется приводом по координате X, а следящее - приводом по
координате У.
Контроль за перемещением вдоль контура шаблона осуществляется копировальным прибором, который является датчиком обратной связи по положению следящего электропривода. Копировальный прибор и фрезерная головка установлены на общей стойке, поэтому фрезерная головка воспроизводит контур шаблона. В копировальном приборе размещён дифференциальный трансформатор, преобразующий ошибку
копирования в переменное напряжение, амплитуда которого зависит от величины ошибки. Фаза напряжения ошибки относительно напряжения питания дифференциального трансформатора может быть 0 эл. градусов, или 180 эл. градусов в зависимости от знака ошибки.
Скорость движения по координате Y зависит с одной стороны от скорости задающей подачи VЗП, а с другой стороны - от профиля контура шаблона. На рисунке 3 при движении по координате X с постоянной скоростью, координата Y перемещается из т.1 в т.2, а затем в т.З. При этом скорость следящего привода по координате Y сначала будет
отрицательной , в т. 2 станет равной 0, а затем станет положительной. Ошибка обработки также будет изменять свой знак.
VX - скорость перемещения координаты X
VY - скорость перемещения координаты Y
VР -результирующая скорость рабочего органа относительно копира.
Рис.3. Движение фрезы по обрабатываемому контуру.
- Описание электропривода ЭТЗС.
Электроприводы комплектные постоянного тока серии ЭТЗС предназначены для регулирования скорости и положения рабочих органов станка или других механизмов, могут работать как регулируемые - при задании скорости с помощью задатчика скорости и как следящие - в системе регулирования положения (копирования) или с ЧПУ. Электроприводы предназначены для работы в закрытых отапливаемых помещениях, в машинных залах, в цехах непосредственно возле станка в условиях: высота над уровнем моря не более 1000 м, температура воздуха от 5°С до 45°С, относительная влажность при температуре 20 ± 5°С - 90% , при температуре 40 ± 5°С - 50%. Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов и паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию. Содержание пыли в пределах санитарной нормы.
Привод рассчитан для работы в режимах: кратковременном, продолжительном в соответствии с требованиями ТУ на двигатель.
Приводы обеспечивают чёткую и надёжную работу от трёхфазной сети переменного тока частотой 50 ± 1 Гц, при изменении питания от +10 до -15% от номинального.
Конструкция электропривода.
Электроприводы серии ЭТЗС состоят из тиристорного преобразователя, электродвигателя со встроенным тахогенератором, трёхфазного трансформатора серии ТТ, уравнительных реакторов и задатчиков скорости.
Вся аппаратура электропривода, кроме электродвигателя со встроенным тахогенератором, открытого исполнения и предназначена для установки в электрошкаф. В электроприводах применены электроизоляционные материалы класса нагревостойкости В. Все детали электропривода из черных и цветных металлов покрыты антикоррозионным покрытием.
Устройство и принцип работы электропривода.
Модернизированные электроприводы тиристорные серии ЭТЗС представляют собой трёхконтурную систему автоматического управления.
UЗ
UУ
UЯ
МС
СИФУ
Рис. 4. Структурная схема основного неизменяемого функционального модуля ЭП ЭТЗС.
УМ - усилитель мощности.
БУН - блок управляющих напряжений.
БУ - блок управления.
ТП - тиристорный преобразователь.
М – двигатель.
ТГ – тахогенератор.
UУ - напряжение на выходе усилителя мощности.
UЯ - напряжение на якоре двигателя.
UТГ - напряжение тахогенератора.
- скорость вращения вала двигателя.
Тиристорный преобразователь.
Тиристорный преобразователь включает в себя следующие основные узлы:
1. шесть тиристоров, включенных в две трёхфазные однополупериодные схемы (трёхфазные схемы с нулевым выводом);
2. блок управления тиристорами (БУ);
3. блок усилителя мощности (УМ);
4. блок питания электронных узлов схемы электропривода (БП);
4. блок управляющих напряжений (БУН);
5. панель питания обмотки возбуждения тахогенератора;
6. панель индикатора чередования фаз;
7. релейно-контакторная аппаратура.
Блок питания.
Источники питания блока управления усилителя мощности размещены в отдельном блоке питания БП. В состав блока входят все элементы, номер которых в трёхзначном числе начинается с цифры 2. Блок питания состоит из четырёх трёхфазных выпрямителей, выполненных на кремниевых диодах VD201VD224 с конденсаторами C201C204 и два стабилизатора в блоке БСН.
Блок управления.
Блок управления выполняет следующие функции:
- суммирует напряжения, подаваемые в блок от блока БУН и усилителя мощности УМ;
- вырабатывает фазу смещения управляющих импульсов;
- вырабатывает и распределяет по тиристорам управляющие импульсы.
В состав блока входят все элементы, в трёхзначном обозначении которых первой стоит цифра 1.
Блок состоит из трёх однотипных каналов, на входе каждого из которых суммируются три напряжения:
- переменное соответствующей фазы;
- поступающее из блока БУН;
- постоянное, поступающее из усилителя и напряжение смещения, которое регулируется на входном транзисторе каждого из каналов. Каждый канал заканчивается двумя импульсными трансформаторами, вторичные обмотки которых подключены к управляющим электродам тиристоров одной различных групп. В блоке имеется источник напряжения смещения и питания первых каскадов, выполненный на прецизионном стабилитроне VS103, а также стабилизированный источник питания на стабилитронах
VS101 и VS102 для питания слаботочных цепей блока. Для питания предоконечных каскадов служат стабилизаторы на стабилитронах VS104 и VS105, питание всего блока происходит из одного источника. Цепи питания выходных каскадов выведены на
отдельную клемму 63 и подключены к источнику питания контактом реле Р2.
Работу блока рассмотрим на примере функционирования фазы А1. На базу транзистора V101 (точки 141-13) подаётся управляющее U209-13 от блока БУН через резистор R168, выходное напряжение усилителя U141-13 через резистор R169 прикладывается на базу транзистора V I01, с помощью резисторов R102 и R103 подаётся смещение от прецизионного источника.
Рассмотрим случай, когда U141-13 равно нулю.
Транзистор V I01 переключается при переходах управляющего напряжения U209-13 через 0. Транзистор V I02 имеет нагрузку и в коллекторе и в эмиттере. Через резистор R165 напряжение с коллектора V I02 подаётся на базу V I01. Величина R165 выбрана так, что релейный эффект не достигается, но крутизна фронтов улучшается. Предположим,
что транзистор V101 открывается. Транзистор VI02 запирается, запирается и транзистор V103, при этом создаётся цепь заряда конденсатора С103, точка 137-R107-R112-С103- база - эмиттерный переход V105-R119 - точка 13. На время протекания зарядного тока
транзистор V I05 открыт, что создаёт цепь питания базы транзистора V I07 выходного каскада: точка 14-R114 – коллектор - эмиттер V105-VD105-R121 –базо - эмиттерный переход V I07 - точка 13. На время открытого состояния транзистора V I07 в первичной обмотке трансформатора Тр701 прикладывается полное напряжение питания U14-13, которое, трансформируясь во вторичную обмотку, образует управляющий импульс для тиристора VT1. Параллельно управляющему электроду тиристора включен конденсатор С702, предназначенный для защиты тиристора от высокочастотных помех и цепочка R702- светодиод VD702, которая служит для сигнализации наличия импульса напряжения на управляющем электроде. Транзистор V104 коммутируется в противофазе с транзистором
V103, т.е. цепь заряда ёмкости С104 образуется когда V103 открывается и соответственно V104 запирается. Зарядный ток протекает по цепи: точка 137-R111-R117-С104-база - эмиттер V106-R120-точка 13. На время протекания зарядного тока транзистор V106 открыт, что создаёт цепь питания базы транзистора V108 выходного каскада; точка 14-R115-коллектор-эмиттер V106-VD107-R123- база эмиттер V108-точка 13, на время
открытого состояния транзистора V108 к первичной обмотке трансформатора Тр702 прикладывается полное напряжение питания, которое трансформируясь во вторичную обмотку, образует управляющий импульс для тиристора VT4.
Каналы фаз B1 и С1 функционируют аналогично каналу фазы А1 с той разницей, что процессы в каналах этих фаз происходят с отставанием в 120° и 240° относительно фазы А1.
Конструктивно блок выполнен на печатной плате с разъёмом.
Усилитель мощности (УМ).
Усилитель мощности служит для согласования регулирования части системы электропривода с входом блока управления. Блок состоит из элементов, которые на принципиальной схеме обозначены трёхзначным числом, первым элементом которого является цифра 3.
Питание УМиБР получают от стабилизатора на стабилитронах VS301-VS305. От источника на стабилитронах VS304 и VS305 питаются интегральные усилители БР, а от источника на стабилитронах VS302, VS303 получают питание усилитель мощности на транзисторе V301.
Между эмиттером транзистора V301 и выходом усилителя включен диод VD301, падение напряжения на котором компенсирует падение напряжения на база – эмиттерном переходе транзистора V301. Ток через диод регулируется изменением величины резистора R307.
Блок управляющих напряжений (БУН).
В состав БУН входят все элементы, в трехзначном обозначении которых первой стоит цифра 4.
Блок БУН вырабатывает три периодических переменных напряжения сложной формы, сдвинутые между собой на угол 120°. Каждое из этих напряжений состоит из суммы синусоидального и импульсного напряжений. Такая форма управляющих напряжений обеспечивает достаточно широкий диапазон изменения фазы управляющих импульсов и устойчивую работу блока БУ в переходных режимах. Блок состоит из трех идентичных схем, получающих питание от отдельных обмоток, каждая из которых вырабатывает сумму синусоидального и импульсного напряжений.
Принцип работы блока рассмотрим на примере формирования управляющего напряжения для фазы A1. Питание эта часть схемы получает от обмоток трансформатора Тр1 в точках 5 и 7. Ток, проходя по цепи (точка 7) R406 R414- С410 - точка 5, создает падение напряжения на конденсаторе С410 отстающее по фазе относительно 5-7 на угол близкий 90°. Ток, протекающий по цепи точка 7-C401-R404-R413-VS401-VS404- точка 5
создает на стабилитронах падение напряжения практически прямоугольной формы.
Последнее дифференцируется цепочкой C407-R419. Сумма падений напряжений на С410 и на R419 и служит управляющим напряжением для фазы A1.
При согласованном управлении вентилями различных групп должно соблюдаться условие:
где -угол управления тиристора данной фазы в выпрямительной группе;
- угол «зажигания» тиристора этой же фазы в инверторной группе;
-запас который должен компенсировать разброс углов управления тиристоров.
Чтобы соблюдать это условие в описываемой схеме управления тиристорами необходимо, чтобы управляющее напряжение отставало от напряжения на аноде тиристора на угол 120°+4°. Этот сдвиг обеспечивается за счёт соединения первичных обмоток Тр.1 в треугольник, за счёт суммирования напряжений вторичных обмоток 105 и 1-7 трансформатора Тр1 и за счёт сдвига напряжения на угол, близкий к 90° на конденсаторе С410. При необходимости фазовый сдвиг можно увеличить использовав
отпайки 2а и 2в.
Конденсатор С401 служит для коррекции фазы импульсного напряжения. Конденсатор С404 с резистором R404 образуют фильтр высокочастотных составляющих напряжения. Резистор R406 служит для корректировки величины синусоидальной составляющей управляющего напряжения. Управляющее напряжение для фаз В1 и С1 формируется аналогично с соответствующими фазовыми сдвигами.
Конструктивно блок выполнен на печатной плате с разъёмом.
Трансформатор.
В электроприводах постоянного тока серии ЭТЗС для согласования напряжения электродвигателя с напряжением сети используется трансформатор трёхфазной сети ТТ с номинальной мощностью 11 кВА.
Гарантийные обязательства.
Срок гарантии устанавливается 2,5 года с момента сдачи ЭП в эксплуатацию, но не позднее 6 месяцев со дня поступления их к потребителю.
Рис. 5. Блок управления.
Рис. 6. Блок управляющих напряжений.
- Данные электропривода и двигателя.
1. Тип двигателя: ПБСТ-42;
номинальная скорость вращения: nн = 2200 об/мин.
2. Тип электропривода: ЭТ3С12-11/220-42/2200 (электропривод комплектный тиристорный следящерегулируемый постоянного тока серии ЭТЗС);
Таблица 4.1
|
Тип привода |
Электродвигатель |
Трансформатор |
|||
|
Тип |
Мощность, кВт |
Напряжение, В |
Тип |
Мощность, кВА |
|
|
ЭТЗС12-11/220-42/2200 |
ПБСТ-42 |
2,9 |
220 |
ТТ-11 |
11 |
Силовые согласующие трансформаторы серии ТТ, применяемые в ЭТЗС, выполняются с тремя обмотками и имеют следующие параметры короткого замыкания:
- напряжение короткого замыкания UК = 10%;
- активная составляющая UКА = 3,1%;
- реактивная составляющая UКР = 9,5%.
3. Полные технические данные двигателя ПБСТ – 42.
Таблица 4.2
|
Параметр |
Обозначение |
Единица измерения |
Величина |
|
Угловая номинальная скорость вращения |
н |
с-1 |
230,38 |
|
Номинальная скорость вращения |
nн |
об/мин |
2200 |
|
Мощность |
РН |
кВт |
2,9 |
|
Напряжение |
UН |
В |
220 |
|
Ток |
IН |
А |
15 |
|
Момент |
МН |
Нм |
12,6 |
|
Магнитный поток |
ФН |
Вб |
3,4810-3 |
|
КПД |
Н |
% |
88 |
|
Максимальная скорость при ослаблении потока |
nМАКС |
об/мин |
4000 |
|
Момент инерции |
J |
кгм2 |
0,045 |
|
Число витков якоря |
WЯ |
вит |
400 |
|
Сопротивление якоря при 15ºС |
RЯД |
Ом |
0,47 |
|
Сопротивление добавочных полюсов при 15ºС |
RДП |
Ом |
0,244 |
|
Число витков обмотки возбуждения на полюс |
WШ |
вит |
3300 |
|
Сопротивление обмотки возбуждения при 15ºС |
RШ |
Ом |
666 |
|
Температурный коэффициент |
Кt |
1,54 |
Расчетное сопротивление обмотки якоря двигателя, нагретого до допустимой температуры:
- Массогабаритные показатели.
Массогабаритные показатели электродвигателя серии ПБСТ- 42:
L = 713 мм; Н = 365 мм; B1 = 247 мм; В2 = 152 мм; GДВ=111 кг.
Массогабаритные показатели трансформатора ТТ- 11:
Р = 11 кВА; В = 235 мм; L = 376 мм; А = 187 мм; Н = 340 мм; Н1= 290 мм;
GТР = 70 кг.
Массогабаритные показатели тиристорного преобразователя;
НМАХ =350 мм; LMАХ = 550 мм; ВМАХ = 300 мм; GТП =32 кг.
Массогабаритные показатели реактора РТП – 2:
L = 124 мм; В = 112 мм; S = 2 мм; Н = 117 мм; А = 140±0,2 мм;
А1= 76 ± 2,5 мм; GУР = 7,1 кг.
Расчёт удельной массы электропривода:
где РН - номинальная мощность электропривода.
Расчет объема каждого функционального элемента:
VТП = 0,350,550,3 = 0,05775 м3;
VТР = 0,2350,376(0,34+0,29) = 0,056 м3;
VУР = 0,1120,1240,117 = 0,0016 м3;
VДВ = 0,7130,365(0,247+0,152) = 0,104 м3.
Определяем суммарный объем привода :
Определяем удельный объем электропривода :
- Таблица параметров электропривода.
Коэффициенты и постоянные времени силовой части электропривода и звеньев системы.
Таблица 6.1.
|
Наименование параметра |
Обозначение и расчетное соотношение |
Размерность |
Величина параметра |
|
Конструктивный коэффициент электродвигателя |
- |
254,648 |
|
|
Номинальный поток возбуждения |
ФН |
Вб |
0,00348 |
|
Коэффициент момента электродвигателя |
Нм/А |
0,886 |
|
|
Коэффициент ЭДС электродвигателя |
В/рад/с |
0,886 |
|
|
Сопротивление якорной цепи |
RЯЦ |
Ом |
2,628 |
|
Коэффициент якорной цепи |
1/Ом |
0,381 |
|
|
Индуктивность якоря двигателя |
Гн |
0,016 |
|
|
Индуктивность якорной цепи |
LЯЦ |
Гн |
0,069 |
|
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи |
с |
0,026 |
|
|
Суммарный момент инерции |
кгм2 |
0,056 |
|
|
Коэффициент интегрирования двигателя |
1/с |
17,857 |
|
|
Электромеханическая постоянная времени |
с |
0,187 |
|
|
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя |
- |
33,578 |
|
|
Постоянная времени тиристорного преобразователя |
с |
0,007 |
|
|
Коэффициент передачи тахогенератора |
В/рад/с |
0,732 |
7. Синтез системы электропривода.
7.1. Синтез контура тока.
D = 250 – диапазон регулирования скорости.
где
ас = 4,5 – коэффициент параметра настройки контура скорости;
-постоянная времени тиристорного преобразователя, определяемая схемой выпрямления.
Таблица 7.1.
|
Наименование параметра |
Обозначение и расчетное соотношение |
Размерность |
Величина параметра |
|
Коэффициент момента электродвигателя |
Нм/А |
0,886 |
|
|
Коэффициент ЭДС электродвигателя |
В/рад/с |
0,886 |
|
|
Коэффициент якорной цепи |
1/Ом |
0,381 |
|
|
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи |
с |
0,026 |
|
|
Электромеханическая постоянная времени |
с |
0,187 |
|
|
Коэффициент преобразования напряжения в трехфазной нулевой схеме с учетом минимального возможного угла регулирования |
- |
0,914 |
|
|
Коэффициент усиления тиристорного преобразователя |
- |
33,578 |
|
|
Постоянная времени тиристорного преобразователя |
с |
0,007 |
|
|
Коэффициент передачи тахогенератора |
В/рад/с |
0,732 |
Рис.8. Расчетная структурная схема контура регулирования тока.
I
UЗТ
( )
─
-Едв
Передаточные функции контура тока и регулятора тока.
Контур регулирования тока настроен на модульный оптимум и имеет три динамических звена.
- Часть электродвигателя
- апериодическое звено с малой некомпенсируемой постоянной:
- в данном случае тиристорный преобразователь – регулятор тока:
-передаточная функция контура регулирования тока, настроенного на модульный оптимум, где
ТМТ = ТТП - некомпенсируемая постоянная времени контура тока.
В контуре тока применен ПИ-регулятор тока с передаточной функцией:
После преобразования получается общепринятая форма записи передаточной функции регулятора тока:
- где
- коэффициент передачи регулятора тока.
Постоянная времени интегрирования регулятора тока:
Таким образом:
Порядок передаточной функции контура тока может быть понижен до первого с эквивалентной постоянной времени 2ТМТ, т.е
Построим переходную функцию i = f(t) при воздействии максимально допустимого значения U3T = U3T MAX =8В и
Построим механическую характеристику = f(M) при четырех фиксированных значениях UЗТ = КОТI, где I = 0,5IН; IН; 2IН; 4IН,
считая, что ток якоря не зависит от скорости.
Пределы изменения скорости при заданных характеристиках определяются положением характеристик разомкнутого электропривода соответствующих ЭДС.
- максимальная выпрямленная ЭДС тиристорного преобразователя (из к.р. №1);
- расчетная ЭДС вторичной обмотки трансформатора (из к.р. №1);
коэффициент запаса по напряжению (из к.р. №1).
Определяем значения UЗТ при I = 0,5IН; IН; 2IН; 4IН (IН = 15А):
Таблица 7.2.
|
Ток I, А. |
UЗТ, В. |
|
|
0,5 IН |
7,5 |
0,998 ≈ 1 |
|
IН |
15 |
1,995 ≈ 2 |
|
2 IН |
30 |
3,99 ≈ 4 |
|
4 IН |
60 |
7,98 ≈ 8 |
Уравнение механической характеристики:
Вычисляем значения момента М при разных значениях тока I:
Подставляем значения момента М в уравнение механической характеристики; результаты сводим в таблицу 7.3.
Данные для построения механической характеристики = f (М):
Таблица 7.3.
|
Момент М, Нм. |
0 |
6,645 |
13,29 |
26,58 |
53,16 |
|
Скорость ,рад/с. |
302,7 |
280,454 |
258,208 |
213,716 |
124,723 |
I=4IH
I=2IH
I=IH
I=0,5IH
7.2. Синтез контура скорости.
1. Контур скорости настроен на оптимум подобный симметричному и имеет три динамических звена:
- часть электродвигателя (преобразователь скорости в угловое перемещение);
- свернутый контур тока;
- регулятор скорости.
Рис.8. Структурная схема контура регулирования скорости.
2. При настройке этого контура на оптимум, подобный симметричному оптимуму, его передаточная функция по управляющему воздействию U3C приложенному непосредственно к сумматору будет иметь вид:
Где ТМС = 2ТМТ = 2 0,007 = 0,014 с - некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования скорости.
Такая передаточная функция может быть получена, если в контуре регулирования скорости используется ПИ-регулятор скорости с передаточной функцией:
После преобразования передаточной функции WРС(р) получается общепринятая форма записи передаточной функции регулятора скорости:
где коэффициент передачи регулятора скорости:
Постоянная времени интегрирования регулятора скорости:
Коэффициент обратной связи по скорости КОС вычисляется таким же образом, как и коэффициент обратной связи по току КОТ, т.е.
где ωН - номинальная рабочая скорость электропривода.
Если на входе системы установить фильтр с передаточной функцией
то передаточную функцию по управляющему воздействию UЗС2 можно записать в следующем виде:
Находим из структурной схемы на рис.8 передаточную функцию от управляющего воздействия:
Также находим из структурной схемы на рис.8 передаточные функции от воздействия возмущения по моменту МС:
3. Построение переходных функций:
а) передаточная функция от управляющего воздействия по скорости:
б) передаточная функция от управляющего воздействия по току:
в) передаточная функция от возмущения по скорости:
г) передаточная функция от возмущения по току:
4. Построим механические характеристики = f (М) при трех фиксированных значениях UЗС.
UЗС = КОС, где = 0,1Н; 0,5Н; Н;
КОС = 0,035 – коэффициент обратной связи по скорости.
Н = 230,38 1/с.
С учетом ограничения тока на заданном уровне IДОП = 4IН, учитывая замечания жесткости механических характеристик:
IДОП = 4IН = 415 = 60А;
МДОП = IДОП С = 600,886 = 53,16 Нм; (С = СМ = Се = 0,886).
= 230,38
= 23
= 115,1
6. Системы подчиненного регулирования
Системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией обладают большими возможностями по формированию оптимальных переходных процессов пуска и торможения электроприводов. Требуется ограничение тока IЯ величиной стопорения IСТ (при Ф = const - момента стопорения МСТ), в системе подчиненного регулирования тока
достаточно ограничить значение UВЫХ.Р.С.MAX сигнал на выходе регулятора скорости PC, т.е. задающий сигнал для контура тока.
Когда рассогласование UВХ.Р.С. = UЗ.С.С. на входе PC вводит его в зону ограничения, напряжение на выходе регулятора постоянно и равно UЗ.Т.MAX.
Система работает на поддержание постоянства тока якоря двигателя.
IН = IСТ = const.
Ограничение уровня выходного сигнала PC осуществляется при помощи добавления в цепь обратной связи регулятора скорости двух встречно последовательно включённых стабилитронов Ст1 и Ст2, которые выбираются исходя из необходимого напряжения стабилизации на выходе регулятора скорости в нашем случае 8 В.
Выбираем стабилитроны Ст1. Ст2 - КС182Б.
Рис. 9. Схема ограничения выходного напряжения РС.
Расчёт элементов регуляторов выполняется следующим образом. Передаточная функция регулятора, реализуемого на операционном усилителе, определяется соотношением:
W(p)РЕГ = ZОС(p) + ZBX(p), где ZОС(p) и ZBX(p) - операторные сопротивления на входе и в цепи обратной связи.
А) ПИ-регулятор тока реализуется в виде схемы, изображенной на рис.10, для которой:
UЗТ
RВХ Т
СОС Т
RОС Т
UУ СИФУ
UОТ
RВХ ОТ
4
5
10
+
-
РТ
Рис. 10. Схема входных цепей регулятора тока.
Усилители серии К553УД2 должны иметь:
200 кОм ≥ RВХ ≥ 10 кОм;
0,1 мкФ ≤ СОС ≤ 1,0 мкФ.
ТИТ = 0,024 с – постоянная времени интегрирования регулятора тока.
Выбираем емкость К-74-8, СОС Т = 0,55 мкФ.
Выбираем резистор МЛТ-0,125-43 кОм; RВХ Т = 43 кОм.
Величину RОС Т рассчитываем из условия требуемого коэффициента регулятора тока КРЕГ, т.е.
КРЕГ = 1,09 – коэффициент передачи регулятора тока.
Выбираем резистор МЛТ-0,125-43 кОм; RОС Т = 43 кОм.
Ёмкость СК в усилителях К553УД2 обычно используется для коррекции. Её величина обычно составляет 1030 пФ.
Выбираем ёмкость СК: КТ-1 15пФ 160 В ± 5%.
Б) ПИ- регулятор скорости реализуется и рассчитывается аналогично ПИ – регулятору тока.
ТИС = 0,00367 – постоянная времени интегрирования регулятора тока.
Выбираем емкость СОС С: К-74-8 0,18 мкФ 50В ±10%.
Выбираем резистор МЛТ-0,125-22 кОм; RВХ С = 22 кОм.
Величину RОС С рассчитываем из условия требуемого коэффициента регулятора скорости КРЕГ. С, т.е.
КРЕГ. С = 15,25 – коэффициент передачи регулятора скорости.
Выбираем резистор МЛТ-0,125-330 кОм; RОС С = 330 кОм.
С) Выбор элементов фильтра производится так же, как и для элементов ПИ – регулятора.
Выбираем емкость СОС Ф: К-74-8 1мкФ.
ТМС = 2ТМТ = 2 0,007 = 0,014 с - некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования скорости.
RВХ Ф = RОС Ф =56 кОм.
Выбираем резистор МЛТ-0,125-62 кОм; RОС Ф = RВХ Ф =62 кОм.
RЗАД << RФ т.е RЗАД = 0.1 RФ, следовательно сопротивление потенциометра практически не будет влиять на параметры входного фильтра.
Выбираем переменный резистор СПЗ-39а 10кОм; RЗП = 10 кОм.
Спецификация на выбранные элементы регуляторов, фильтры и узлы токоограничения.
|
№ |
Позиция, обозначение |
Наименование |
Тип |
Кол-во |
|
1. |
RЗАД. |
Задающий потенциометр |
Переменный резистор РПЗ – 39а 10кОм |
1 |
|
2. |
RВХ. Ф. |
Входное сопротивление фильтра |
МЛТ-0,125-62кОм ±5% |
1 |
|
3. |
RОС. Ф. |
Сопротивление обратной связи фильтра |
МЛТ-0,125-62кОм ±5% |
1 |
|
4. |
СОС. Ф. |
Емкость обратной связи фильтра |
К-74-8-1мкФ 50В ±10% |
1 |
|
5. |
Ф |
Усилитель фильтра |
К553 УД-2 |
1 |
|
6. |
RВХ. С. |
Входное сопротивление регулятора скорости |
МЛТ-0,125-22кОм ±5% |
1 |
|
7. |
RОС. С. |
Сопротивление обратной связи регулятора скорости |
МЛТ-0,125-330кОм ±5% |
1 |
|
8. |
СОС. С. |
Емкость обратной связи регулятора скорости |
К-74-8-0,18мкФ 50В ±10% |
1 |
|
9. |
RC |
Усилитель регулятора скорости |
К553 УД-2 |
1 |
|
10. |
RВХ. Т. |
Входное сопротивление регулятора тока |
МЛТ-0,125-43кОм ±5% |
1 |
|
11. |
RОС. Т. |
Сопротивление обратной связи регулятора тока |
МЛТ-0,125-43кОм ±5% |
1 |
|
12. |
СОС. Т. |
Емкость обратной связи регулятора тока |
К-74-8-0,55мкФ 50В ±10% |
1 |
|
13. |
RT |
Усилитель регулятора тока |
К553 УД-2 |
1 |
|
14. |
RВХ. П. |
Входное сопротивление регулятора положения |
МЛТ-0,125-100кОм ±5% |
1 |
|
15. |
RОС. П. |
Сопротивление обратной связи регулятора положения |
МЛТ-0,125-130кОм ±5% |
1 |
|
16. |
RП |
Усилитель регулятора положения |
К553 УД-2 |
1 |
|
17. |
СК. |
Емкость коррекции |
КТ-1 15пФ 160В ±5% |
3 |
|
18. |
СТ1, СТ2 |
Стабилитроны |
КС182Б |
2 |
7.3. Синтез контура положения.
1. Датчиком положения в следящем электроприводе копировально-фрезерного станка является копировальный прибор, который осуществляет контроль за перемещением вдоль контура шаблона. Копировальный прибор и фрезерная головка воспроизводит контур шаблона. В копировальном приборе размещен дифференциальный трансформатор, преобразующий ошибку копирования в переменное напряжение, амплитуда которого зависит от величины ошибки. Фаза напряжения ошибки относительно напряжения питания дифференциального трансформатора может быть 0 эл. град. или 180
эл. град. в зависимости от знака ошибки.
2. В качестве задающего элемента и датчика применяются линейные вращающиеся трансформаторы (ЛВТ) с фазочуствительным выпрямителем (ФЧВ). Назначение ФЧВ - преобразование входного сигнала переменного тока UВХ определенной фазы в сигнал постоянного тока UВЫХ определенной полярности (т.е. при изменении фазы UВХ на обратную должна измениться на обратную полярность UВЫХ); усиление сигнала UВХ и ограничение максимального уровня сигнала UВЫХ.
В простейшем случае ФЧВ выполнит только первую функцию, т.е. является демодулятором. Часто демодулятор называют фазовым детектором или дискриминатором – ФД.
Рис.11. Схема фазочувствительного выпрямителя.
Предложим, что оба трансформатора Тр1 и Тр2 имеют коэффициенты
трансформации равные единице. В случае, когда синусоидальный входной сигнал UВХ = 0, напряжения переменного тока в контуре обоих диодов одинаковы и равны опорному напряжению UОП. В течение одного полупериода переменного тока оба диода открыты, через них проходят одинаковые токи i1 и i2, поэтому падения напряжения на сопротивлениях R одинаковы и UВЫХ = 0. В течение второго полупериода оба диода заперты, i1 = i2 = 0.
В общем случае UОП = UОП sint и UВХ = UВХ(sint+φ), где угол сдвига фазы φ может принимать положительные и отрицательные значения в пределах от 0 до ± π.
Если входной сигнал UВХ > 0 находится в фазе с опорным напряжением, то в контуре диода Д1 будет действовать напряжение переменного тока U1 = UОП + UВХ, а в контуре диода Д2 - напряжение переменного тока U2 = UОП - UВХ. Поэтому i1 >i2, UВЫХ > 0.
Если фаза UВХ изменится на угол π, то U1 = UОП - UВХ и U2 = UОП + UВХ,
следовательно i2 >i1 и и UВЫХ < 0.
При наличии конденсатора фильтра С, постоянная составляющая U0 падения напряжения на сопротивлении R пропорционально амплитуде UМАХ переменного напряжения, действующего в контуре, т.е. U0 = R1 UМАХ, где коэффициент R1 зависит от соотношения сопротивлений R и внутреннего сопротивления диода RД (R1 = 1);
UВЫХ = R1 (U1МАХ – U2МАХ) = ± 2R1 UВХ.
Знак UВЫХ (+ или -) зависит от сдвига фаз (0 или π). Величину амплитуды UОП выбирают большей максимально возможной амплитуды UВХ с тем, чтобы диоды Д1 и Д2 всегда работали на участке вольт-амперной характеристики, близком к линейному.
3. Контур положения настроен на оптимум, подобный модульному, и имеет три динамических звена:
- Интегрирующее звено -
- Свернутый контур скорости;
- Регулятор положения.
Рис.12. Упрощенная структурная схема следящего электропривода.
4. Для реализации настройки, подобный модульному оптимуму, необходимо принять ПИ-регулятор положения с передаточной функцией:
где, аСЛ = 2 – коэффициент настройки следящего электропривода, заданный в табл. 3.1 ( с.48 – методичка).
К - суммарный коэффициент усиления функциональных узлов контура регулирования положения;
ТМСЛ – некомпенсируемая постоянная времени контура регулирования положения;
5. При настройке ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура следящего электропривода воспользуемся эквивалентной структурной схемой.
Рис.13. Расчетная структурная схема следящего электропривода.
ЛАЧХ и ЛФЧХ звена второго порядка, входящего в эту структуру, могут быть построены по нормализованным ЛАЧХ и ЛФЧХ. Для этого передаточную функцию звена второго порядка записываем в следующем виде:
Строим ЛАФЧХ в программе «Полином».
- Значение единицы деления ординаты амплитуды в Дб: 20.
- Значение единицы деления ординаты фазы в градусах: 60.
- Значение начальной координаты оси частот: 3.
Для построения ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутого контура запишем передаточную функцию системы:
Строим ЛАФЧХ в программе «Полином».
- Значение единицы деления ординаты амплитуды в Дб: 10.
- Значение единицы деления ординаты фазы в градусах: 90.
- Значение начальной координаты оси частот: 3.
- Передаточные функции по управляющему и возмущающему воздействию.
Передаточная функция выходной координаты по управляющему воздействию:
Строим график передаточной функции в программе «Полином».
- Значение единицы деления ординаты амплитуды: 0,3.
- Значение единицы деления оси времени в сек: 0,06.
Передаточная функция ошибки от возмущения по моменту:
Строим график передаточной функции (ошибки от возмущения по моменту) в программе «Полином».
- Значение единицы деления ординаты амплитуды: 0,3.-?
- Значение единицы деления оси времени в сек: 0,06.-?
- Построение графика изменения ошибки обработки контура детали.
График изменения ошибки обработки контура детали определим функцией вида
Где SХ - координаты детали по оси X в направление задающей подачи.
Скорость задающей подачи:
Для построения графика ошибки контур шаблона разбивается на участки и каждый из этих участков последовательно описывается аналитическим уравнением, как функция задающей подачи, т.е. получается уравнение для которых на передаточной функции или по ЛАЧХ, если задающее воздействие гармоническое, рассматривается установившиеся значения ошибок, как это сделано в
контрольной работе №4. Контур шаблона разбит на участки. Чертеж контура шаблона обрабатываемой детали рисунок приведён выше на рис.1.
Допустимая ошибка копирования:
где RМИН = 8 мм - минимальный радиус контура шаблона обрабатываемой детали.
Диаметр пальцевой фрезы: dф = 20 мм.
Радиус пальцевой фрезы:
Коэффициент настройки контура регулирования положения: aСЛ = 2.
ТМСЛ = 0,032.
Участок №1. Обработка наклонного контура.
Длина участка: L1 = 78 мм.
Время обработки:
Участок №2. Обработка вогнутого контура.
Длина участка: L2 = 8+24 = 32 мм.
Время обработки:
Амплитуда:
Частота:
Для упрощения расчета ошибки на выпуклом и вогнутом участках разобьем их на наклонные участки.
Участок №3. Обработка наклонного контура.
Длина участка: L3 = 55 мм.
Время обработки:
Участок №4. Обработка выпуклого контура.
Длина участка: L4 = 16 мм.
Время обработки:
Амплитуда:
Частота:
Участок №5. Обработка наклонного контура.
Длина участка: L5 = 40-8 = 32 мм.
Время обработки:
Участок №6. Обработка вогнутого контура.
Длина участка: L6 = 47 мм.
Время обработки:
Амплитуда:
Частота:
График изменения ошибки обработки контура детали
Пути повышения точности копирования.
Решающим показателем качества следящих систем является точность
воспроизведения определенного профиля изделия, заданного в виде шаблона или в качестве программы. Если в качестве показателя, характеризирующего динамические свойства системы, берется переходная функция системы, то её можно характеризовать временем регулирования tР, величиной перерегулирования G или максимальным значением отношения НМ выходной величины к установившемуся значению, временем tР, в течение которого переходная функция достигает своего максимального значения, и частотой
колебания t или числом колебаний nК. Под временем регулирования понимаем время, после которого регулируемая величина отличается от своего установившегося значения на величину менее 5%. Перерегулирование G равно отклонению максимального выброса регулируемой величины к установившемуся значению и выражается в процентах. Перерегулирование G связано с максимальным значением отклонения выходной величины к установившемуся значению выражением:
G = (НМ -1)100%.
При синтезе следящих систем копировально-фрезерных станков и станков с программным управлением величина перерегулирования G может выбираться равной 15 - 40%; т.е. НМ равно от 1,15 до 1,4.
Обычно целесообразно для следящих систем применять G = 20%.
Время регулирования tS желательно выбирать минимальным, однако переходная функция при этом не должна быть сильно колебательной.
Следовательно, пути повышения точности копирования, зависят:
а) от уменьшения времени регулирования tS;
б) от уменьшения перерегулирования G;
в) от времени tР, в течение которого переходная функция достигает своего максимального значения;
г) от частоты колебания t или числом колебаний переходного процесса, т.е.
уменьшением времени переходного процесса.
Точность следящего электропривода в режиме копирования может быть повышена двумя способами:
- Уменьшением скорости задающей подачи VЗП;
- Изменением типа настройки контура положения с целью повышения порядка астатизма по задающему и возмущающему воздействию.
Вывод.
В задании на курсовой проект допустимая ошибка копирования составляет 0,08 мм. Обработка большинства участков данной детали выполняется с ошибкой, превышающей допустимое значение.
Спроектированный следящий электропривод подачи копировально – фрезерного станка не удовлетворяет технологическим требованиям.
Наиболее эффективным методом повышения точности следует считать
повышение астатизма системы регулирования. Контур положения настроен на модульный оптимум и считается системой с астатизмом первого порядка (ЛАЧХ -20: -20: -60).
Чтобы повысить порядок астатизма систему настраивают на симметричный оптимум (ЛАЧХ -40: -20: -60). В этом случае ошибки на наклонных участках равны нулю, а ошибки на криволинейных участках существенно уменьшаются, так как возрастает коэффициент усиления на частотах воздействия криволинейных участков.
ЛИТЕРАТУРА
1. “Системы управления электроприводов”, В.П. Грехов, издательство МГОУ, 2009.
2. Вавилов А.А., Верхолат М.Е., Рубашкин И.Б. “Электромеханические следящие системы копировально-фрезерных станков”, Машиностроение, 1964.
3. “Автоматизированный электропривод промышленных установок”, под общей редакцией Г.Б. Онищенко.
4. “Руководство по проектированию систем автоматического управления”, под ред. В.А. Бесекерского. М., Высшая школа, 1983.
2. Выбор и расчёт фильтр-устройства тяговой подстанции постоянного тока
3. Excel
4. Тема уроку- Тематична контрольна робота 3
5. .jpg ivnov2.jpg или ivnovperemen
6. Взаимосвязь уровня тревожности и социальной адаптации у студентов к обучению в ВУЗе
7. Політологія Тести
8. Контрольная работа по физике 3 Вариант 1 Два точечных заряда находясь в воздухе на расстоянии 20см др
9. Лекционный курс в 9 семестре для специальности 7
10. Реферат- Ответы на вопросы.html
11. На тему- Медицинское страхование
12. Дежурные части территориальных ОВД в системе органов внутренних дел
13. Саудовская Аравия в Новое врем
14. 50 ПК ИЯ Окулова З
15. а реформация б реабилитация в транслокация г трансплантация 2
16. Диагноз- Клиническая смерть
17. Я ЛЮБЛЮ ТЕБЯ Только об этом будут мысли дальше
18. а повтором одной и той же глагольной формы Он ехал ехал; б усеченными глагольными формами Тут родня дверя
19. Муравьи
20. а как центрального объекта в основе большой многоуровневой системы называемой средой