Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов Сухенко, Николай Александрович

Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов
<
Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов
>

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сухенко, Николай Александрович. Активные силокомпесирующие электромеханические системы сбалансированных манипуляторов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03 / Сухенко Николай Александрович; [Место защиты: Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (Новочеркас. политехн. ин-т)].- Новочеркасск, 2011.- 188 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/229

Введение к работе

Актуальность работы. Применение сбалансированных манипуляторов (СМ) для механизации ручного труда, позволяет повысить эффективность выполнения основных и вспомогательных технологических операций литейных, механических, сборочных и других производств. В существующих СМ позиционирование исполнительного органа осуществляется рабочим посредством воздействия на рукоятку задатчика скорости в системе управления электропривода (ЭП), осуществляющей с требуемой точностью регулирование частоты вращения электродвигателя. Стремление уменьшить материалоемкость и энергопотребление обуславливает необходимость создания СМ облегчённой конструкции приводит к снижению жёсткости их конструкций, что обуславливает влияние упругостей механизмов на их работу, так как резонансные частоты механических колебаний попадают в полосу пропускания электропривода. Упругость механических передач и конструкций СМ приводит к повышению колебательности скорости, что способствует увеличению динамических нагрузок и ухудшению работы манипулятора. Повышение производительности работы СМ требует увеличения необходимого быстродействия их электроприводов.

Используемые типовые системы управления электроприводов СМ, не позволяют обеспечить требуемой точности отработки задания скоростных режимов и позиционирования перемещаемых объектов при наличии упругих связей в механической части системы, зазоров и кинематических погрешностей зубчатых передач. Поэтому разработка и создание эффективных электромеханических систем, обеспечивающих уравновешивание грузов благодаря регулированию усилий при демпфировании упругих колебаний исполнительных устройств СМ, является важной и актуальной задачей. Тема диссертационной работы соответствует научному направлению Южно–Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) / «ЮРГТУ (НПИ)»/ «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы, комплексы».

Объектом исследования является силокомпенсирующие электромеханические системы с повышенными колебательными свойствами, обусловленными упругостью механических передач.

Предметом исследования является система регулирования усилия в исполнительном механизме сбалансированных манипуляторов, осуществляющая заданную компенсацию силы тяжести груза и других сил сопротивления движению.

Цель диссертационной работы: повышение эффективности функционирования сбалансированных манипуляторов, благодаря применению электромеханических систем регулирования усилий, обеспечивающих необходимую компенсацию силы тяжести груза и активное демпфирование электроприводом колебаний в упругих механических передачах.

Задачи диссертационной работы:

определить требования к активным силокомпенсирующим системам СМ, используемых при механизации различных технологических процессов;

определить рациональную структуру системы регулирования усилия СМ при компенсации силы тяжести груза;

выбрать элементы электромеханической системы СМ, позволяющей с требуемой точностью уравновешивать груз и обеспечивать активное демпфирование электроприводом упругих колебаний в механических передачах;

разработать математические модели электромеханической системы СМ, учитывающие силовые взаимодействия в механизмах вертикальных перемещений груза СМ, позволяющие решить задачи анализа и синтеза силокомпенсирующей системы;

создать физическую модель силокомпенсирующей системы СМ для исследований силовых взаимодействий в ЭМС и подтверждения адекватности разработанного математического описания;

осуществить синтез структуры и параметров регулятора усилия в системе компенсации силы тяжести груза СМ и определить условия его практической реализации;

разработать технические решения по реализации системы управления компенсацией силы тяжести груза СМ и предложить рекомендации по ее практической настройке;

определить перспективы развития электроприводов СМ и их систем управления.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы теория электропривода, теория автоматического управления, операционное и вариационное исчисления, методы активной идентификации параметров систем управления, физическое и математическое моделирование в частотной и временной областях с применением ПЭВМ.

Достоверность полученных результатов работы определяется обоснованностью принятых допущений, корректным применением теоретических и экспериментальных методов исследования ЭМС, адекватностью используемых при исследованиях математических моделей и экспериментальным подтверждением основных полученных результатов.

Научная новизна диссертационной работы:

впервые научно обоснована целесообразность применения принципа силокомпенсации для заданной сбалансированности груза СМ с помощью электромеханической системы;

обоснована структура системы компенсации силы тяжести (СКСТ) груза СМ, отличающаяся применением обратной связи по ускорению приводного устройства, что обеспечивает уменьшение влияния механической инерционности приводного устройства на работу манипулятора;

с использованием методов вариационного исчисления выполнен оптимальный синтез регулятора усилий в предложенной структуре системы управления, позволяющий обеспечить требуемые показатели качества работы манипулятора и расширить их функциональные возможности;

определены условия и оценена эффективность применения активного ограничения динамических нагрузок в упругих элементах СКСТ СМ средствами ЭП;

обоснованы области рационального применения современных ЭП для создания СКСТ перспективных СМ.

Практическое значение диссертационной работы:

рекомендована рациональная структура СКСТ и получены аналитические выражения для расчета параметров оптимального регулятора усилия в системе с обратной связью по ускорению приводного устройства;

реализован в математической системе MAPLE V алгоритм практического определения значений параметров регулятора усилия, при изменении параметров ЭМС СМ;

предложены инженерные рекомендации по настройке регулятора усилия, позволяющие реализовать качественное управление усилием в реальных условиях работы СМ при изменении параметров механической части СМ;

создан универсальный стенд, позволяющий экспериментально исследовать ЭМС СМ и сопоставлять возможности существующей системы регулирования скорости электродвигателя и предложенной системы компенсации силы тяжести груза.

К защите представляются следующие основные положения:

структура системы регулирования усилия в упругих механизмах СМ, обеспечивающая требуемое уравновешивание груза манипулятора;

обобщенная математическая модель СКСТ, адекватно описывающая электромагнитные и упругие силовые взаимодействия в ЭМС с учетом реальных свойств механических передач СМ;

результаты теоретических и экспериментальных исследований эффективности применения обратной связи по ускорению электродвигателя;

методика и результаты синтеза оптимального регулятора усилия в структуре СКСТ обратной связи по ускорению электродвигателя;

результаты исследования предложенных методов и способов реализации СКСТ СМ, определение области рационального применения современных ЭП и перспективы развития предлагаемых СКСТ манипуляторов.

Использование результатов диссертационной работы.

Результаты диссертационной работы использованы при создании СКСТ грузоподъемных механизмов и при обучении студентов «ЮРГТУ (НПИ)» по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III (25 октября 2002 г.) Международной научно-практической конференции «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы и комплексы» (г. Новочеркасск), V (18–21сент. 2007 г.) Международной (XVI Всероссийской) научной конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП 2007» (г. Санкт–Петербург), научно-технических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей ЮРГТУ (НПИ) в 20032011 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано одиннадцать печатных работ общим объемом 5п.л., в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК, одна депонированная научная статья.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации: 184 страниц основного текста, 51 рисунка, 8 таблиц, 8 страниц списка используемой литературы из 81 наименования, 1 страницы приложений.