Главная » 2014 » Июль » 28 » Скачать Глубокорегулируемый быстродействующий электропривод для механизмов подачи станков с ЧПУ. Смотров, Евгений Александрович бесплатно
3:35 AM
Скачать Глубокорегулируемый быстродействующий электропривод для механизмов подачи станков с ЧПУ. Смотров, Евгений Александрович бесплатно
Глубокорегулируемый быстродействующий электропривод для механизмов подачи станков с ЧПУ
Диссертация
Автор: Смотров, Евгений Александрович
Название: Глубокорегулируемый быстродействующий электропривод для механизмов подачи станков с ЧПУ
Справка: Смотров, Евгений Александрович. Глубокорегулируемый быстродействующий электропривод для механизмов подачи станков с ЧПУ : диссертация кандидата технических наук : 05.09.03 Одесса, 1983 217 c. : 61 85-5/1278
Объем: 217 стр.
Информация: Одесса, 1983
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
11 Обзор современных (перспективных) быстродействующих станочных механизмов подачи
12 Требования к электроприводам станочных механизмов подачи
13 Обзор существующих систем электроприводов
14 Цели и задачи диссертации
2 ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕХАНИЗМОВ ПОДАЧИ
21 Безлюфтовые механизмы
22 Статическая нагрузка
23 Усилитель мощности Нв
24 Обобщенная структура электропривода с учетом особенностей механизмов подачи
25 Влияние нагрузки на полосу пропускания замкнутой нелинейной системы электропривода
26 Выводы
3 СИНТЕЗ ЛИНЕЙНОЙ СИСТЕМЫ С УЧЕТОМ СПЕЦИФИКИ МЕХАНИЗМА
31 Методика синтеза
32 Структурная схема электропривода
33 Выводы
4 ПОВЫШЕНИЕ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОДАЧИ
В НИЖНЕЙ ЧАСТИ ДИАПАЗОНА РЕГУЛИРОВАНИЯ
41 Обзор и сравнительный анализ методов повышения быстродействия в нижней части диапазона
42 Выбор схемы регулятора скорости с переменными параметрами
43 Повышение быстродействия за счет компенсации зон нечувствительности
44 Определение коэффициентов гармонической линеаризации регулятора скорости с переменными параметрами и параметров релейного сигнала [Hi
45 Синтез параметров разработанной схемы в электроприводе ЭШИР 1^
46 Выводы
5 РАЗРАБОТКА ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
51 Технические характеристики и функциональные схемы
52 Основные элементы электропривода
53 Результаты экспериментальных исследований ,
54 Технико-экономические показатели
55 Внедрение
Введение:
ХХУ1 съезд Коммунистической партии Советского Союза указал на необходимость ускорения перевода экономики на путь интенсивного развития и повышения эффективности общественного производства [1]. Генеральный секретарь Щ КПСС в речи на июньском пленуме ЦК КПСС 1983 года указал, что "нас ждет огромная работа по созданию машин, механизмов и технологий как сегодняшнего, так и завтрашнего дня. Предстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широчайшее применение компьютеров и роботов, внедрение гибкой технологии, позволяющей быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новой продукции" [2]. В развитие этого положения, в Постановлении "О мерах по ускорению научно-технического прогресса в народном хозяйстве" ЦК КПСС и Совет Министров СССР определили в качестве одного из главных направлений работы по ускорению научно-технического прогресса широкую автоматизацию технологических процессов на основе применения автоматизированных станков, машин и механизмов, унифицированных модулей оборудования, робототехнических комплексов и вычислительной техники [3]. Эти задачи в станкостроении решаются путем создания и расширения выпуска высокопроизводительных специальных и агрегатных станков, автоматических станочных линий, станков с числовым программным управлением.
Большинство прогрессивных решений по созданию современных высокопроизводительных металлообрабатывающих станков в значительной степени связано с развитием и применением быстродействующего широкорегулируемого автоматизированного электропривода. Непрерывное повышение требований к производительноети и точности металлообработки привело к необходимости разработки систем электропривода с высоким быстродействием и сверхшироким (до 10000:1) диапазоном плавного регулирования скорости исполнительного двигателя [4.6] .В настоящее время наиболее высокие технико-экономические показатели имеют регулируемые электроприводы постоянного тока, которые поэтому применяются чаще всего в качестве приводов механизмов подач большинства прецизионных станков и станков с числовым программным управлением.
В качестве управляемых преобразователей для современных быстродействующих широкорегулируемых электроприводов постоянного тока применяются как тиристорные выпрямители с фазовым управлением, так и тиристорные или транзисторные широтно-им-пульсные преобразователи. Цоследние, вследствие высокой частоты коммутации характеризуются большим быстродействием, меньшими потерями в обмотке якоря и магнитопроводе двигателя, луч-шиш условиями коммутации якорной цепи. Наличие в широтно-им-пульсном электроприводе неуправляемого выпрямителя и емкостного фильтра обуславливает более высокое значение коэффициента мощности установки и исключает искажение формы напряжения питающей сети высокочастотными гармониками.
Разработки широтно-импульсных преобразователей (ШИП), для управления двигателями постоянного тока в нашей стране и за рубежом начались в 60-х годах. Разработке и успешному применению систем "ШИП-ДПТ" способствовали теоретические работы отечественных ученых Т.А.Глазенко, О.А.Коссова, Ю.И.Конева, Б.И. Петрова, Л.А.Шпиглера, Р.М.Трахтенберга, В.Г.Кагана и др., посвященные принципам построения и методам анализа систем "ШИП-ДПТ", исследованиям их характеристик и расчетам узлов.
В настоящее время в Советском Союзе, НРБ, США, ФРГ, Японии и др. странах освоен серийный выпуск ряда модификаций электроприводов с ШИП.
Исполнительные двигатели в последние годы также претерпели ряд изменений. Появились специальные малоинерционные и высокомоментные двигатели, обеспечивающие высокие динамические характеристики. Двигатели для быстродействующих широкоре-гулируемых электроприводов выпускаются со встроенными высококачественными тахогенераторами и датчиками положения. В связи с этим препятствием к дальнейшему повышению быстродействия и точности механизмов подач является уже не электропривод, а сам механизм из-за наличия в нем нелинейностей типа "сухого трения". Эти нелинейные звенья в структуре электропривода снижают быстродействие в зоне низких скоростей тем больше, чем больше диапазон изменения скоростей. Указанное обстоятельство, вследствие смещения диапазона рабочих подач механизма при без-редукторном соединении "винт-двигатель" в зону низких скоростей электропривода, усиливает влияние быстродействия электропривода на производительность станка в целом. Вместе с тем повышение быстродействия электропривода и, следовательно, увеличение полосы его пропускания приводит к усилению влияния резонансных свойств механизма, возникновению вибраций и, в ряде случаев, к потере устойчивости замкнутой системы электропривода.
Определение возможности и условий реализации требуемых быстродействия и точности для вновь создаваемых высокопроизводительных станочных механизмов требует решения задачи о совместимости динамических свойств механизма и электропривода, для чего необходимо исследование динамических характеристик привода [?.9] . Сложность исследования электроприводов механизмов подач и перемещений заключается в том, что они являются существенно нелинейными многоконтурными системами управления. При исследовании таких систем наибольшее распространение получил частотный метод, характеризующийся наглядностью, простотой определения и использования экспериментальных характеристик элементов и системы в целом, дающий в исчерпывающем объеме сведения о динамических свойствах исследуемой системы.
В работах Бархоткина A.B., Башарина A.B., Наумова Б.П., Солодовникова В.В., Пальтова И.П., Петрова Б.И., Попова Е.П., Топчеева Ю.И. и др. [10. 15] рассмотрены графические и графоаналитические методы определения частотных характеристик (ЧХ) замкнутых нелинейных систем (НС). Практическое использование этих методов затрудняется их трудоемкостью и необходимостью преобразования многоконтурной нелинейной системы регулирования в одноконтурную, что не всегда может быть достигнуто простыми способами. Поэтому частотные методы исследования систем электроприводов постоянного тока (ЭППТ) с учетом нелинейных свойств приводимого механизма нельзя считать разработанными полностью. Необходимо исследовать возможность их применения для сложных НС в наиболее простом виде с тем, чтобы сделать их доступными для инженерных расчетов и значительно снизить трудоемкость, что может быть достигнуто применением ЦВМ.
Вопросы анализа упругодиссипативной системы механизма и влияния ее параметров на устойчивость и качество регулирования рассмотрены в работах Барышникова В.Д., Борцова Ю.А., Бур-гина Б.Ш., Бычкова А.П., Ключева В.И., Шестакова В.М. [16. 23}. В [i?] показана целесообразность построения систем ЭП с малым значением приведенных масс механизма, в [191 обосновывается целесообразность применения последовательной и параллельной коррекции. В [21] рассматривается влияние параметров привода на динамику, в [22] показаны преимущества параллельной РС-коррекции с выхода на вход системы. Наиболее разработанные рекомендации по синтезу ЭППТ с упругодиссипативной системой механизма приведены в работе Борцова Ю.А. и Соколовского Г.Г.
241 . При этом упругодиссипативная система механизма представляется эквивалентированной двухмассовой системой с упругими связями. Между тем многие станочные механизмы представляют собой многомассовую систему и приведение их к расчетной двухмассовой в ряде случаев может привести к недопустимым погрешностям.
Целью настоящей работы является создание быстродействующего широкорегулируемого электропривода для механизмов подачи высокопроизводительных автоматизированных станков. Для этого, учитывая изложенное выше, необходимо решить следующие задачи:
• исследовать структурные методы повышения быстродействия замкнутой системы электропривода в нижней части диапазона регулирования скорости при наличии момента нагрузки типа "сухое трение";
• определить количественные характеристики момента нагрузки и провести анализ частотных свойств механизмов подач металлорежущих станков;
• разработать инженерный метод определения частотных характеристик многоконтурных нелинейных систем станочного автоматизированного электропривода на базе использования ЦВМ, применение которого позволит снизить трудоемкость анализа зависимости динамических свойств электроприводов от параметров механизма;
• разработать инженерную методику определения параметров электропривода с учетом специфики механизма подачи.
В соответствии с поставленными задачами материал диссертации расположен следующим образом:
В первой главе проведен обзор современных и перспективных быстродействующих станочных механизмов подач и перемещений. Определены требования к электроприводам таких механизмов, проведен обзор и сравнительный анализ существующих систем электропривода. Показано, что на современном этапе развития техники электропривода для приводов подач рассматриваемых групп станков предпочтительной является система "широтно-им-пульсный преобразователь - двигатель постоянного тока". Сформулированы цели и задачи диссертации.
Во второй главе приведены результаты исследований некоторых особенностей элементов системы "электропривод - механизм подачи"; количественные и качественные характеристики статической нагрузки; на основании анализа разработана методика экспериментального определения параметров эквивалентной трех-массовой модели механизма с упругими связями. Предложены решения, улучшающие динамические, массогабаритные и надежностные показатели усилителя мощности. Разработан метод определения частотных характеристик разомкнутых и замкнутых нелинейных систем и проведено исследование влияния момента нагрузки на динамические свойства ЭППТ.
В третьей главе изложена методика синтеза линейной системы ЭП с учетом частотных свойств трехмассовой упругодиссипатив-ной системы механизма, показан пример применения данной методики для синтеза системы ЭППТ с переключающимися связями во внутреннем контуре регулирования. Обосновано применение актив
•юного фильтра низких частот второго порядка для предотвращения возможных резонансных явлений в области высоких частот. Проведен анализ разработанной структурной схемы ЭП с датчиком статической составляющей тока во внутреннем контуре регулирования и определена область изменения параметров датчика.
В четвертой главе рассмотрены вопросы повышения быстродействия в нижней части диапазона регулирования скорости. Проведены обзор и сравнительный анализ существующих методов и решений. Рассмотрен новый способ, отличающийся тем, что для повышения быстродействия в нижней части диапазона производится изменение параметров регулятора скорости в функции производной статической составляющей тока якоря, и приведено описание разработанного устройства для его реализации. На основании предложенного метода построения частотных характеристик осуществлен синтез параметров разработанной системы ЭП с повышенным быстродействием и диапазоном регулирования до 10000:1.
В пятой главе представлены результаты разработки новых станочных электроприводов с ШИП, отличающихся высоким быстродействием и большим диапазоном регулирования. Приведены технические характеристики разработанного и серийно выпускаемого электропривода типа ЭШИР1 и находящихся в стадии ОКР электроприводов ЭТЗК150-14/40 и ЭШИР 60-6/25. Приведено описание их элементов, технико-экономические показатели и результаты внедрения.
В заключении сформулированы основные результаты проведенных исследований.
Из совокупности вопросов, рассмотренных в диссертации, на защиту выносятся:
• метод определения частотных характеристик разомкнутых и замкнутых многоконтурных нелинейных систем управления автоматизированным электроприводом;
• предложенные на основании этого метода алгоритмы расчета частотных характеристик на микро-ЭВМ;
• инженерная методика синтеза замкнутой системы управления станочного электропривода с учетом упругодиссипативной трехмассовой системы механизма подач;
• предложенные способ и устройство повышения быстродействия и точности ЭП механизма подач в зоне малых задающих сигналов;
• разработанные на основе проведенных исследований электроприводы ЭШИР1, ЭШИР 60-6/25, ЭТЗК 150-14/40, характеризующиеся диапазоном регулирования до 10000:1 и полосой пропускания, превышающей 120 Гц и заложенные в них технические решения.
•III. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
