Введение к работе
Актуальность темы.
Основой комплексной автоматизации машиностроительной промышленности являются гибкие производственные системы металлообработки и роботизированные технологические комплексы, важными элементами которых являются станки с ЧПУ и роботы. Производство автоматизированных ЭП для станков с ЧПУ требует решения задач, характерных для массового ЭП. Их особенность заключается в строгом и всестороннем обосновании технических решений, которые должны отвечать совокупности современных технических требований. Актуальной научной задачей является разработка эффективных методов, алгоритмов проектирования ЭП, которые учитывают особенности и ограничения, свойственные разрабатываемому типу привода.
Одно из наиболее перспективных направлений в создании высококачественных ЭП - применение микроЭВМ и микропроцессоров для управления и диагностики состояния ЭП. Однако, введение микроЭВМ в САУ приводит к появлению квантования сигналов по уровню и по времени в контурах регулирования, что ухудшает качество цифровых СЭП, в частности увеличивает неравномерность движения на низких скоростях - одну из важнейших характеристик прецизионных глубокорегулируемых СЭП. Кроме того, совместное влияние квантования по времени и по уровню может привести к возникновению в СЭП автоколебательных режимов. Изучение процессов в СЭП, вызванных квантованием по времени и по уровню, и их влияние на качество прецезионных ЦСЭП представляет теоретический и практический интерес.
Одной из серьезных проблем для цифровых СЭП является выбор периода квантования (периода дискретности) управляющей микро-ЭВМ, Задача синтеза цифровых СЭП (ЦСЭП) является -«л-ш^омиссной, так как увеличение его быстродействия, повышая качество макропроцессов, приводит к увеличению влияния высокочастотных микропроцессов на поведение привода, росту колебательности и неравномерности движения. В опубликованной литературе практически отсутствуют рекомендации по выбору настроек для различных структур ЦСЭП с учетом объединенного влияния квантования по времени и по уровню на качество САУ.
Целью диссертационной работы
является комплексное исследование влияния квантования по уровню и по времени в структурах ЦСЭП на качество макро- и і v.yсопроцессов.
Задачи д и сертац ионной работы:
-
Комплексное теоретическое исследование влияния квантования по времени и по уровню на качество структур ЦСЭП.
-
Синтез структур ЦСЭП на базе результатов п.1.
-
Математическое моделирование исследуемых структур.
-
Разработка программного обеспечения для рассматривае-мях структур с учетом особенностей практической реализации.
-
Физическое моделирование ЦСЭП.
-
Получение выводов и рекомендаций.
Комплексное исследование структур цифровых СЭП в работе проводилось исходя из следующих предпосылок:
-
обеспечение необходимого качества макропроцессов {времени переходного г.. оцесса, величины перерегулирования, статических и динамиче л'їх ошибок;,
-
обеспечен*. по возможности минимума амплитуды автоколебаний угла, обусловленных нелинейностью характеристик квантователя по уровню и максимума нх частоты при неподвижном состоянии СЭП с целью минимизации влияния этих микропроцессов на качество макропроцессов,
-
оценка влияния дискретности задания и дискретности обратных связей по углу (и скорости в СЭП с цифровым измерением скорости) на равномерность движения СЭП при низких скоростях,
-
оценка чувствительности СЭП к изменению параметров привода, в первую очередь - его момента инерции (что имеет место
в приводах роботов), полагая, что его механическая часть описывается одномассовой структурой.
При выполнении работы были приняты следующие допущения:
-
Регулятор тока выполняется релейным с высокой частотой, что позволяет описать контур тока пропорциональным звеном,имея в виду, что частота контура тока много выше полосы пропускания ЦСЭП и частоты квантования управляющей микроЭВМ.
-
Можно не учитывать влияние коллекторных, оборотных,зуб-цовых пульсаций на динамику ЭЦ.
-
Питающая сеть - большой мощности.
-
Цена дискреты микроЭВМ равна или меньше цены дискреты датчика пути.
Методы исследования.
І. В работе использовались частотные методы анализа и синтеза, метод гармонического баланса, метод численного моделирования,основанный на использовании модифицированного И-преобразования. При анализе структур с унитарной обратной связью использовался метод расчета квазиустановившихся режимов в цифровых САУ.
Научная новизна.
-
Получены качественные и количественные оценки неравномерности движения цифровых СЭП с различными типами (аналоговыми,дискретными) обратных связей.
-
Проведена оценка грубости цифровых СЭП к изменениям момента инерции. Определены допустимые запасы по фазе, при которых качество процессов в ЦСЭП остается удовлетворительным.
-
Рассчитаны параметры автоколебаний ЦСЭП при расположении рабочей точки "на стенке" характеристики квантователя уровня.
-
Получены значения допустимых периодов дискретности, при которых качество ЦСЭП остается удовлетворительным.
Практическая ценность.
-
Разработана методика анализа и инженерного синтеза ЦСЭП, даны рекомендации по выбору структур и насгреак ЦС2ГІ-
-
Разработан комплекс программ для моделирования ЦСЭП,снятия их характеристик и многовариантного анализа.
-
Создан и практически реализован комплекс алгоритмов и программ для управляющей ЭВМ, позволяющий проводить всестороннее изучение структур ЦСЭП. Приведены советы по выбору структур и формулы для расчета коэффициентов цифровых регуляторов.
Реализация результатов работы:
Результаты диссертационной работы использованы при разработке цифрового следящего электропривода и внедрены во ВНИИР. В рамках НИР проведены испытания макета электропривода. Результаты испытаний и теоретические исследования переданы во ВНИИР.
Апробация работы:
Основное содержание работы, постановка задачи, результаты, выводы и рекомендации диссертационной работы доложены и обсуждены на следующих научно-технических конференциях и совещаниях:
-
Итоговые научные конференции Чувашского госуниверситета за 1989, 1990, 1992 гг., г.Чебоксары.
-
I Республиканский научно-технический семинар молодых ученых и специалистов "Актуальные вопросы использования достиже-
- б -
ний науки и техники в народном хозяйстве", г.Казань, І9В9 г.
-
У Всесоюзное совещание по робототехническим системам, г.Геленджик, 1990 г.
-
XI Всесоюзная научно-техническая конференция по пробл:.-мам автоматизированного электропривода, г.Суздаль, 1991 г.
II у б л и к а ц и и : По материалам диссертации опубликовано 7 работ, отчет по НИР.
Объем і структура работы: Диссертацисн; ая работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списі.:, литературы и приложений. Объем диссертации включает І52 страниц основного текста, 39 рисунков. Список литературы содержит 64 наименования.
