Автор работы: Пользователь скрыл имя, 06 Мая 2013 в 09:34, курсовая работа
С применением микропроцессоров в станках возрастает число программируемых координат. Это приводит к увеличению скоростей рабочих подач и перемещений. В связи с этим повышаются и требования к показателям привода - быстродействию, точности, надежности. Без решения этих вопросов невозможно реализовать возрастающие возможности управления механизмами с применением микропроцессорной техники. Для снижения потерь мощности и нагрева, увеличению надежности и упрощения обслуживания гидравлические приводы были заменены электрическими.
Введение-------------------------------------------------------------------------------3
Основная часть----------------------------------------------------------------------4
2.1 Описание функциональной схемы---------------------------------------------4
2.2 Расчет параметров структурной схемы---------------------------------------5
2.3 Расчет параметров регулятора тока электропривода--------------------- 8
2.4 Расчет параметров регулятора скорости привода-------------------------14
2.5 Расчет параметров контура регулятора положение электропривода-20
2.6 Моделирование САУ---------------------------------------------------------------24
Таблица переходных процессов--------------------------------------------------29
Заключение-----------------------------------------------------------------------------31
Список литературы------------------------------------------------------------------32
Содержание
Введение.
В станках с ЧПУ важное значение имеет привод. С его помощью происходит перемещение рабочих органов станка, он выполняет функцию преобразования электрической энергии в механическую. С развитием ЧПУ появилась возможность замены кинематических связей электронными, управление приводами от отдельных микропроцессоров. Микропроцессорные системы ЧПУ имеют более высокие характеристики по сравнению с электрической системой привода. Это позволяет, практически без инерционно, сформировать сигналы управления движением механизмов. С применением микропроцессоров в станках возрастает число программируемых координат. Это приводит к увеличению скоростей рабочих подач и перемещений. В связи с этим повышаются и требования к показателям привода - быстродействию, точности, надежности. Без решения этих вопросов невозможно реализовать возрастающие возможности управления механизмами с применением микропроцессорной техники. Для снижения потерь мощности и нагрева, увеличению надежности и упрощения обслуживания гидравлические приводы были заменены электрическими. Наибольшее применение получили следящие приводы с высокомоментным двигателем постоянного тока, обеспечивающие 10-15 кратные пиковые моменты без размагничивания. Так же были заменены коллекторы со щетками, снижающие эксплуатационные характеристики привода. Они были заменены на вентильные двигатели и приводы с синхронным и асинхронным двигателями. Все эти преобразования привели к улучшению моментных характеристик, а значит к увеличению точности станков.
2.1 Описание функциональной схемы.
Изображение функциональной схемы расположено в приложении на листе 30.
В функциональную схему входят:
БУ – блок управления;
ТП – тиристорный преобразователь;
ДТ – датчик тока;
ЭД – электродвигатель типа – 2ПБ;
Р – редуктор;
ТГ – тахогенератор;
ДП – датчик положения;
2.2 Расчет параметров структурной схемы.
1. Определим угловую скорость вращения двигателя:
П * nном 3,14*1500
Wном = ––––––––– = ––––––––––– = 157 (рад/с)
30 30
2. Определим коэффициент магнитного потока двигателя:
Vном – Rя * Iном 110-0,52*10
Кф = ––––––––––––––– = ––––––––––––––––– = 0,668
Wном 157
Р 1100
Iном = –––––– = –––––––– = 10А
Vном 110
3. Определим постоянную времени якоря двигателя:
Lя 0,021
Тя = –––– = –––––––––– = 0,004 (с.)
Rя 0,52
4. Для определения
механической постоянной
I∑ = 2 * Iдв = 2 * 0,003 = 0.006 (кг * м2)
5. Механическая постоянная
I∑ * Rя 0.006*0,52
Тм = ––––––– = ––––––––––– = 0,047(с.)
(Кф)2 0,668
6. Постоянная времени преобразователя:
1 1
Тп = ––––––– = –––––––––– = 0,002(с.)
2mf 2 * 6 * 50
7. Коэффициент передачи датчика тока:
3* Iном 3*10
Кт = –––––––– = ––––––––– = 6
5 5
8. Коэффициент передачи преобразователя:
Vном 110
Кn = –––––– = –––––– = 11
10 10
9. Коэффициент передачи тахогенератора:
10 10
Кс = –––––––– = –––––––– = 0,064
Wном 157
В дальнейших расчетах коэффициент обратной связи по току Кт принято брать равным 1, а не рассчитанному значению, в этом же пункте, равным 38,184.
Wрт (р) = Кр * Т, при Кр * Т = 1.
2.3 Расчет параметров регулятора тока электропривода.
Обратная связь по э.д.с. якоря двигателя действует на много медленнее, чем обратная связь по току якоря. Поэтому при расчете параметров контура тока ее не учитывают. Структурная схема контура тока примет следующий вид.
Структурная схема контура тока.
Рассчитаем параметры контура тока при использовании пропорционального регулятора:
1. Определим передаточную функцию разомкнутого контура тока:
Крт * Кn * Кя
Wр1(р) = ––––––––––––––– ;
(Тпр + 1)*(Тяр + 1)
2. Определим передаточную функцию ошибки контура тока от входного сигнала:
1 (Tnp+1)*(Tяp+1)
S(p) = –––––––––– = –––––––––––––––––––––––––– ;
1+ Wp1(p) (Tnp+1)*(Tяp+1) + Крт*Кп*Кя
3. Определим выражения для относительной ошибки от входного сигнала:
100
Еi = S(0)*100% = ––––––––––––– ;
1+Kpт*Кп*Кя
4. Определим требуемые значения регулятора тока Крт, при котором величина ошибки превосходит 1%:
100
––––––––– = 1%; 1+Крт*Кп*Кя = 100%;
1+Крт*Кп
99 99 99
Крт = –––––––– = –––––– * Rя = ––––– * 0,52 = 4,68
Кп*Кя Кп 11
1 1
Кя = ––––––– = –––––––– = 1,923
Rя 0,52
5. Для исследования
устойчивости определим
Wp1(p) Крт * Кп * Кя
Wз.к(p) = ––––––––––– = ––––––––––––––––––––––––––––––
1+Wp1(p) (Тпр+1)* (Тяр + 1) + Крт * Кп *Кя
6. Обозначим общий коэффициент передачи разомкнутого контура:
Кр1 = Крт * Кп * Кя = 4,68*11*1,923 = 99
7. Определим относительную ошибку от входного сигнала:
100 100
Еi = S(о)*100% = ––––––––––––– = ––––––––––––––––– = 3,601 %
1+Крт*Кп*Кя 1+4,68*11*1,923
8. Приведем передаточную функцию замкнутого контура тока для колебательного звена:
Кр1
Wзк (р) = –––––––––––––––––––––––––––– = ––––––––––––––––– ;
Тп * Тя *р2 + (Тр + Тя)* р +1+Кр1 Т12*р2 + 2ЗТ1р + 1
Кр1
где К1 = –––––––
1+ Кр1
9. Для определения
коэффициента затухания
Тп * Тя 0,002 * 0,04
Т1 = ––––––– = ––––––––––––––– = 0,001
1 + Кр1 1 + 99
10. Определяем коэффициент затухания:
Тп + Тя 0,002 + 0,04
З = ––––––––––– = ––––––––––––––– = 21
2 * Т1(1 + Кр1) 2 * 0,001
Определим значения коэффициента регулятора тока, при котором получается оптимальное качество процесса регулирования с коэффициентом затухания равным 0,707:
Тп + Тя 0,002 + 0,04
То1 = ––––––– = –––––––––––––––––– = 0,001 (с.)
2*З 2 * 21
tр = 3 * Т01 = 3 * 0,001 = 0,003 (с.)
Определим требуемый коэффициент передачи разомкнутого контура:
(Тя + Тп)2 (0,002+0,4)2
Кр1 = [––––––––– - 1] * Кт = [–––––––––––––––––––– -1] * 1 = 12,997
2Тя * Тп 2*0,04*0,002
Проверим расчет запаса устойчивости системы путем построения ЛАЧХ:
Рис. 3 «ЛАЧХ контура тока с П – регулятором.»
φ3 (wcp2) = П - arctg (Tя * wcp1) – arctg (Tп * wcp1);
φ3 (wcp2) = 180 – arctg (0,04*598,8) – arctg (0,002*598,8) = 42,253
φ3 (wcp1) = П – arctg (Tя * wcp2) – arctg (Тп * wcp2);
φ3 (wcp1) = 180 – arctg (0,04*25) – arctg (0,002*25) = 132,138
R0 = 100 кОм;
R1 = R2 = R0/Крт = 100000/0,795 = 125,786 кОм.
Расчет параметров пропорционально - интегрального регулятора.
ПИ – регулятор обеспечивает астатизм контура регулирования тока, т.е. статические ошибки от входного воздействия и от возмущения будет равен нулю. Для обеспечения высокого качества процесса регулирования рассчитывается оптимальные параметры регулятора, при которых компенсируется инерционность цепи якоря двигателя и коэффициент затухания З = 0,707:
1. Определим передаточную
2. Определим коэффициент передачи регулятора тока:
Тя * Rя 0,04*0,52
Крт = ––––––––––––– = ––––––––––––––––––– = 0,795
2Тп * Кп * Кт 2*0,002*11*6
3. Определим передаточную
Крт*(Тртр + 1) * Кп * Кя * Кт 1
Wр1(р) = ––––––––––––––––––––––––––– = –––––––––– ;
(Трт Р + 1) * Тя * (Тпр + 1) 2р(Тпр + 1)
4. Определим передаточную
Wр1(р) 1 1
Wзс(p) = –––––––––– = ––––––––––––––– = –––––––––––––– =
1 + Wр1(р) 2р * (Тпр + 1) +1 2Тпр2 + 2р + 1
Т1 = 2*Тп = 2*0,002 = 0,003 (с)
При построении ЛАЧХ (лист 10)контура регулирования тока с П – регулятором к необходимым требованием подходит только ЛАЧХ с оптимальным коэффициентом затухания З равным 0,707, а ЛАЧХ с рассчитанным коэффициентом равным 0,2131 не удовлетворяет необходимым требованиям. Не удовлетворяют так же требованиям рассчитанным запасы устойчивости по фазе, которые должны укладывается в пределах от 300 до 600. И напротив, рассчитанный запас устойчивости по фазе (лист 12) контура тока с ПИ – регулятором удовлетворяет выше описанным требованиям.
Построим ЛАЧХ для ПИ –
Рис. 4 «ЛАЧХ контура тока с ПИ – регулятором».
φ3 (wср) = –––– - arctg (Тп wср);
φ3 (wср) = 90 - arctg (0,002*1120) = 179,95
Крт = –––––;
R1
Ro = 100 кОм
Ro 100000
R1 = –––––– = –––––– = 125,789 кОм
Крт 0,795
Трт = Ro*C; C = –––– = –––––––– = 0,4 мкФ
Ro 100000
Трт = 100000 * 0,0000004 = 0,04
2.4 Расчет параметров
регулятора скорости привода.
Структурная схема контура регулирования скорости имеет следующий вид:
Рис.5 «Структурная схема контура регулирования скорости.»
Пропорциональный регулятор в контуре скорости обеспечивает астатизм по входному сигналу, но под действием момента нагрузки Мн возникшая ошибка в регулировании скорости. Передаточная функция системы по ошибке от момента нагрузки:
Крс * К1 * Кс * Rя
Wp2(p) = ––––––––––––––––––––––––––– ;
(Т12 Р2 + 2З*Т1р + 1)* Кф * Тмр