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

Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Карантаев Владимир Геннадьевич

Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости
<
Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

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

Карантаев Владимир Геннадьевич. Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.03.- Липецк, 2006.- 184 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/1729

Содержание к диссертации

Введение

1. Системы автоматизированного электропривода с вентильным двигателем 9

1.1 Конструктивные особенности электрических машин применяемых в электроприводе с вентильным двигателем 9

1.2 Типы полупроводниковых преобразователей, применяемых при построении вентильного двигателя 14

1.3 Классические и новые способы управления вентильным двигателем 17

ВЫВОДЫ 26

2. Вентильный электродвигатель-как элемент электромеханической системы 27

2.1 Системы управления электроприводом с вентильным двигателем 27

2.2 Структурно-топологический анализ векторной модели синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника напряжения 31

2.3 Структурно-топологический анализ векторной модели синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника тока 42

2.4 Исследование режима пуска и электродинамического торможения вентильного двигателя с магнитостатическим возбуждением методами структурно-топологического анализа 52

2.5 Исследование динамических режимов вентильного двигателя на основе математической модели -. 61

ВЫВОДЫ 71

3. Замкнутые системы управления электроприводом с вентильным двигателем 73

3.1 Анализ динамики системы подчиненного управления вентильным двигателем 73

3.2 Методика синтеза регулятора скорости на основе нейро-нечетких адаптивных систем вывода 83

3.3 Замкнутая система управления с использованием нечеткого регулятора скорости 98

3.4 Анализ двухмассовой электромеханической системы электропривода с вентильным двигателем 113

3.5 Модель системы автоматизированного управления электроприводом с вентильным двигателем, обобщенной двухмассовой механической частью с зазором 119

ВЫВОДЫ 122

4. Система автоматизированного электропривода подачи металлорежущего станка с вентильным двигателем 124

4.1 Математическое описание механической части электропривода подачи металлорежущего станка .- 124

4.2 Математическая модель электромеханической системы электропривода подачи горизонтально-фрезерного станка с

нечетким регулятором скорости 134

4.3 Экспериментальные исследования системы управления электроприводом подачи 145

4.4 Энергетика электропривода с вентильным двигателем 153

Выводы 157

Заключение 159

Библиографический список

Введение к работе

В современном производстве наметились основные тенденции развития: экономичность, надежность, унификация, максимальная автоматизация применяемых технологий. В равной мере это касается промышленного электропривода как составной части промышленных агрегатов.

Анализ материалов научно-технических конференций, семинаров и публикаций в научных журналах, посвященных промышленному электроприводу, показывает, что перспективы развития автоматизированного электропривода связаны с разработкой новых и совершенствованием существующих систем электропривода переменного тока, к которым относится электропривод на основе вентильного двигателя.

Широкие перспективы при разработке унифицированных систем электроприводов открываются при использовании современной элементной базы, управляющих алгоритмов. Способствует разработке автоматизированного адаптивного электропривода активизация работ в области теории искусственного интеллекта, особенно таких разделов, как нейронные сети, нечеткая логика, адаптивные нечеткие логические системы вывода, применение которых в сочетании с современными промышленными контроллерами позволяет строить системы управления сложными нелинейными объектами, к которым относится вентильный двигатель.

В электроприводах со сложной мнргомассовой механической частью, сложными видами нагрузки (ударный момент, момент резания и др.) применение адаптивных систем управления, основанных на методах теории искусственного интеллекта, дает наилучшие результаты. В ряде случаев при работе электропривода в составе автоматизированных поточных линий, автоматизированных роботизированных комплексов, где регулярные профилактические работы затруднительны, при работе в условиях агрессивной внешней среды применение коллекторных машин постоянного тока является затруднительным. Поэтому целесообразной представляется их замена на электрические машины переменного тока, не уступающие по электромеханическим и регулировочным свойствам в системах автоматизированного электропривода, вентильные электрические машины являются такой альтернативой.

Выше изложенное позволяет сделать вывод об актуальности разработки новой системы, автоматизированного электропривода на основе вентильного двигателя.

Объектом исследования являются системы электроприводов с вентильным двигателем.

Цель работы: совершенствование систем автоматизированного электропривода с вентильным двигателем путем разработки новой системы автоматизированного управления с нечетким регулятором скорости, обеспечивающей улучшенные динамические характеристики электропривода.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: исследование электромагнитных свойств синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника напряжения; исследование электромагнитных свойств синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника тока; исследование электромагнитных свойств режима электродинамического торможения вентильного двигателя; моделирование динамических режимов работы вентильного двигателя; моделирование замкнутых систем автоматизированного электропривода на основе вентильного двигателя; экспериментальные исследования свойств автоматизированного электро-привода с вентильным двигателем; синтез замкнутых систем автоматизированного управления вентильным двигателем с нечетким регулятором скорости; исследование свойств адаптивных нейро-нечетких логических систем вывода (ANFIS-систем).

Методы исследования. Поставленные в работе задачи решались методами математического моделирования нелинейных систем на ЭВМ с использованием численных методов решения, методами экспериментального подтверждения, методами структурно-топологического анализа теории автоматического управления.

Научная новизна: исследованы и сопоставлены электромеханические свойства синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника тока и напряжения, отличающиеся от ранее проводимых анализом динамических свойств синхронного двигателя с магнитостатическим возбуждением; разработана методика синтеза нечеткого регулятора скорости замкнутой системы управления автоматизированным электроприводом с вентильным двигателем, оригинальность которой состоит в применении прямо-направленной многослойной сети для идентификации параметров нечеткого регулятора скорости; разработаны и исследованы математические модели замкнутых систем управления электроприводом подачи металлорежущих станков с нечетким регулятором скорости, применение которых позволяет учесть особенности динамических и статических режимов работы электропривода подачи.

Практическая значимость: разработана конструкция электропривода с вентильным двигателем на основе серийно выпускаемых DSP-контроллеров и полупроводниковых инверторов. Применение в системе управления нечеткого регулятора скорости, позволяет улучшить эксплуатационные, энергетические, дина-мические характеристики промышленного электропривода; предложена методика синтеза нечеткого регулятора скорости, построенного на основе адаптивных нечетких логических систем вывода, применение которых позволяет при наличии экспериментального стенда в про- мышленных условиях строить автоматизированную систему управления электроприводом, исходя из конкретных условий;

Достоверность полученных результатов подтверждается математическим моделированием, экспериментом и сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.

Реализация результатов работы

Диссертация выполнена на кафедре электропривода Липецкого государственного технического университета в рамках программы Министерства образования и науки РФ «Разработка универсальных энергосберегающих систем электроприводов переменного тока для механизмов общепромышленного назначения».

Результаты внедрены в учебный процесс и используются в дипломном проектировании.

Разработанный электропривод внедрен на промышленном предприятии в рамках проводимой реконструкции (Приложение 2).

На защиту выносится: результаты исследования систем вентильного двигателя при питании от источника тока и напряжения; результаты анализа и синтеза замкнутой системы управления вентильным двигателем; результаты математического моделирования замкнутых систем управления вентильным двигателем; результаты математического моделирования замкнутых систем управления вентильным двигателем с нечетким регулятором скорости; методика синтеза нечеткого регулятора скорости замкнутой автоматизированной системы управления электроприводом с вентильным двигателем.

Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Теория и практика производства листового проката», посвященной памя- ти Сергея Леонидовича Коцаря, г. Липецк, 2003 г.; международном форуме по проблемам науки, техники и образования, г. Москва, 2003 г.; областной научно-практической конференции «Наука в Липецкой области: истоки и перспективы», г. Липецк, 2004 г.; всероссийской научно-технической конференции «Электроэнергетика и энергосберегающие технологии», г. Липецк, 2004 г.; всероссийской научно-технической конференции «Энергосбережение и энергоэффективные технологии», г. Липецк, 2004 г.; юбилейной научно-технической конференции кафедры электропривода «Проблемы автоматизированного электропривода, информационных и электротехнических систем», г. Липецк, 2004 г.; международном форуме по проблемам науки, техники и образования, г. Москва, 2004 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 5 приложений. Общий объем диссертации 184 страницы, в том числе 160 страниц основного текста, 104 рисунка, 3 таблицы, список литературы из 108 наименований.

1. СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С

Конструктивные особенности электрических машин применяемых в электроприводе с вентильным двигателем

Современная электроэнергетика предъявляет требования, постоянно изменяющиеся в сторону улучшения использования электротехнических материалов электромеханических преобразователей и режимов управления ими. Синтезированная на подобных принципах система электропривода призвана обеспечить оптимальные режимы энергопотребления, что в настоящее время является одной из самых актуальных проблем, стоящих перед учеными. Электропривод (ЭП), удовлетворяющий описанным требованиям, должен, с одной стороны, содержать электрическую машину с наилучшими удельными массо-габаритными показателями, обладающую повышенной надежностью и высоким коэффициентом полезного действия (КПД), с другой — систему управления, построенную на современной элементной базе, использующей оптимальные алгоритмы управления.

Выбор системы электропривода - это задача, решение которой возможно при комплексном подходе к комплектованию элементной базы ЭП, в котором всё взаимосвязано: тип выбранной электрической машины, конструкция силовой части, система управления, формирование управляющих алгоритмов и т.д. Среди современных электроприводов, применяемых в промышленности, элек-тропривод с вентильным двигателем (ВД) занимает прочные позиции [1 - 29]. Не смотря на длительную историю развития этого класса электроприводов, становление теории и обобщение опыта практического применения нельзя считать законченными. Этот вывод справедлив вследствие постоянного прогресса во всех областях электроэнергетики: электромашиностроении, силовой электро-нике, микроэлектронике, теории автоматического управления. Первый период развития ЭП с ВД - 30-е годы двадцатого века, как правило, связывают с появлением ионных вентильных приборов. Исследования этого периода затрагивают в основном вопросы практического применения ЭП большой мощности (тяговый электропривод). С научной точки зрения на тот момент времени были четко расставлены приоритеты в развитии ВД, было определено место ВД в ряду классически применяемых электрических машин в электроприводе, определены основные электромеханические характеристики синхронного двигателя (СД) при работе с ионными преобразователями. Большой вклад в развитие и становление теории и практики применения ВД внесли такие ученые как Ф. И. Бутаев, Е. Л. Эттингер в СССР, С. Виллис, И. Алексан-дерсон за рубежом. [5, 6, 27, 28,29].

Новый импульс в развитии ВД был получен в 1950-1970 гг. после изобретения полупроводниковых приборов, применение которых позволило улучшить электромеханические свойства ВД, и расширило область применения электроприводов этого класса. В это же время закладывается теория исследований статических и динамических характеристик ВД, основанная на применении методов обобщенной электрической машины [5, 9, 15, 16, 17,21,22,23].

Наконец, третий период в развитии ВД начался с появлением микросхемотехники. Применение в системах управления интегральных полупроводниковых приборов позволило связать воедино узлы вентильного двигателя: электрическую машину, систему управления, датчик положения ротора. В результате исследователи и инженеры по существу получили комплектный электропривод. Применение подчиненного управления координат позволило существенно улучшить динамические свойства ВД, расширить диапазон регулируемых скоростей [10 - 15, 18, 29]. Продолжается разработка методов исследования динамических и статических свойств электропривода с ВД. С появлением мощных персональных компьютеров и специализированных программных продуктов, предназначенных для научных исследований, Matlab, MathCAD, Maple уточняются предложенные методики исследований динамических свойств ВД, основанные на замене реальной электрической машины обобщенной электрической машиной [15, 16, 17, 21, 22, 23, 25, 30], предлагаются новые универсальные методики анализа, такие как спирально-векторная теория С. Ямамуры, которая позволяет по-новому взглянуть на методы управления электрическими машинами переменного тока [31]. Последнее десятилетие характеризуется активным внедрением новых методов управления, основанных на применении промышленных микроконтроллеров [32 - 37].

Бесконтактные электрические машины - это класс машин, развитие которых идет наиболее высокими темпами. На базе асинхронных и синхронных электрических машин (AM и СМ) реализовано множество схемотехнических решений электроприводов, каждое из которых имеет свои достоинства и недостатки [1 - 13].

В электроприводе с вентильным двигателем находят применение синхронные двигатели с магнитостатическим и электромагнитным возбуждением.

Применение в автоматизированном электроприводе с вентильным двигателем синхронных двигателей серийного производства оправдано при рабочем диапазоне регулирования частоты вращения ротора от 100 - 3000 об/мин [5]. В пользу использования электрических двигателей с электромагнитным возбуждением выступают: наличие возможности регулирования скорости вращения по каналу возбуждения, хорошая изученность- электрических машин этого класса, выполнение с демпферной обмоткой на роторе, применение которой улучшает магнитную систему машины, а при управлении от статического преобразователя частоты сглаживает пульсации магнитного поля в воздушном зазоре электрической машины. Проведенный в [5, 6, 28] анализ показал, что серийно выпускаемые синхронные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с аналогичными асинхронными.

Системы управления электроприводом с вентильным двигателем

Инвертор может получать питания как от полупроводникового выпрямителя, подключенного к сети переменного тока, так и от аккумулятора.

Конструкция вентильного двигателя, основанная на использовании синхронного двигателя с постоянными магнитами на роторе и питанием сети через неуправляемый выпрямитель, что характерно для электроприводов средней мощности, содержит регулятор тока, отличающийся от традиционного ПИ-регулятора. функциональная схема электропривода показана на рис. 2.2. Широкое применение получил достаточно простой обеспечивающий практически астатическое регулирование тока релейно-временной регулятор тока. В качестве регулятора скорости может использоваться П- или ПИ-регулятор, на вход которого поступает разность сигналов задания скорости и обратной связи. Сигнал обратной связи поступает с датчика скорости BR. Схема управления содержит узел фазосмещения (ФСУ), осуществляющий автоматическое опере жающее смещение угла коммутации ключей в области высоких скоростей. Распределитель импульсов (РИ) вырабатывает управляющие импульсы и распределяет их по ключам коммутатора. Сигналы.с выхода распределителя импульсов поступают через ключи D1 и D2 на формирователь импульсов (ФИ). Выходные сигналы ФИ поступают на плечи автономного инвертора (АИ), подключенного к источнику питания (ИП) с выпрямленным напряжением Ud.

Узел направления вращения (УНВ) формирует сигналы для РИ, определяющие чередование фаз на статоре для правого и левого вращения ротора двигателя.

Далее в работе будут рассмотрены СД с магнитостатическим возбуждением, имеющие конструкцию ротора с демпферной обмоткой и СД с постоянными магнитами на роторе. 2.2.Структурно-топологический анализ векторной модели синхронного двигателя, включенного по схеме вентильного двигателя при питании от источника напряжения

Современный уровень требований, предъявляемых к динамике исполнительного привода, заставляет находить новые способы исследования электромагнитных переходных процессов электромеханических преобразователей.

В станочном приводе, где наряду с использованием моментных двигателей постоянного тока широко применяются вентильные двигатели, требования к динамическим свойствам электропривода всё более возрастают [11, 12, 13, 95].

Теоретические исследования динамических процессов вентильных двигателей основываются на численно аналитическом решении дифференциальных уравнений Парка-Горева, имитационном моделировании и ряде других. Предложенный в работе метод анализа базируется на теории направленных графов, в частности, применении теоремы Мэйсона [77, 96, 97, 98]. Этот способ анализа позволяет получить аналитическое выражение передаточной функции объекта любой сложности.

Построение векторной модели СД базируется на системе дифференци-альных уравнений Парка-Горева, применение которой в этом случае возможно при некоторых дополнительных допущениях [21, 59, 96, 97]: 1. Импульсное напряжение ШИМ с модуляцией по синусоидальному закону можно принять эквивалентным синусоидальному напряжению. 2. Влиянием реакции якоря и коммутационных токов на магнитный поток машины можно пренебречь. 3. Магнитная цепь машины не насыщена, а магнитный поток, развиваемый индуктором, неизменный (постоянные магниты стабилизированы). 4. Постоянные магниты заменяются на эквивалентную обмотку возбужде-ния, питаемую от источника тока. Традиционно синхронный двигатель описывается в системе координат d, q, вращающейся со скоростью поля ротора сок = рпсо2, в этой системе координат токи и напряжения являются переменными и имеют как в роторной, так и в статорной обмотках частоту со2эл = со0эл -саэл, т.е. частоту тока ротора, условие со0эл = шэл позволяет оперировать соотношениями, аналогичными постоянному току, однако это сужает исследования до анализа статического режима работы. Для аналитических исследований наиболее удобной представляется система координат х, у, вращающаяся в пространстве со скоростью, равной синхронной скорости поля машины сок =со,. В синхронно вращающихся осях х, у реальные переменные напряжения, приложенные к обмоткам статора, при принятой начальной фазе преобразуются в постоянной напряжение, приложенной к обмотке, расположенной по оси х [59, 96, 97, 98]. Применение записи дифференциальных уравнений в осях х, у позволяет определить передаточную функцию объекта управления, корни характеристического уравнения, которые используются для обобщенного анализа динамических свойств электрической машины. Основные уравнения, описываюгцие СД, содержащий демпферную обмотку на роторе, запишутся в виде:

Анализ динамики системы подчиненного управления вентильным двигателем

При векторном управлении вентильным двигателем, для оптимизации динамических свойств широкое применение находит метод подчиненного регулирования координат. Функциональная схема системы автоматического управления показана на рис. 2.1.

Как было показано в п. 2.4, электромагнитный момент, развиваемый электрической машиной, создается составляющей тока статора по оси q током Iq, но при этом, не смотря на то, что ток Id не влияет на электромагнитный момент, он составляет большой процент в общем потребляемом токе электродвигателя. Система подчиненного регулирования скорости строится по следующему принципу. Двухконтурная система строится для переменных по оси q, поскольку регулирование тока Iq приводит к регулированию развиваемого момента и скорости вращения вала электрического двигателя, с целью снижения влияния тока Id строится замкнутый контур тока Id.

Проведенный сравнительный анализ результатов моделирования систем автоматизированного электропривода показал, что обе системы автоматического управления способны обеспечить выполнение, предъявляемых к ним высоких требований. При этом система управления с РРТ имеет более простую и надежную конструкцию, обеспечивает практически астатическое регулирование тока.

Проведенные в [18, 41, 77, 104] исследования замкнутых систем автоматического управления электроприводами показывают, что применение систем подчиненного управления оправдывает себя в жестких электромеханических системах. Применение стандартных методик расчета систем автоматического регулирования в электромеханических системах, содержащих упругую связь вала двигателя с исполнительным механизмом и наличием зазоров в механических передачах, представляется возможным в ряде случаев, описанных в [104], при этом надо заметить, что большая часть производственных механизмов не удовлетворяют указанным требованиям., Методика исследований сложных электромеханических систем в виде производственных механизмов сводится к построению расчетных схем механизмов, где они представлены двух и трех-массовыми системами. Для таких систем расчет контуров управления, основанный на методе подчиненного управления координат, где быстродействие контуров зависит, от их малых постоянных времени, не приносит желаемого результата. Для получения требуемого качества регулирования при разработке системы автоматического регулирования приходится прибегать к введению дополнительных корректирующих обратных связей: по ускорению исполнительного вала, по упругому моменту, по разности скоростей, реализация которых в реальных производственных механизмах затруднительна. В случае рассмотрения нестационарной работы электромеханической системы «двигатель - механизм» находят применение адаптивные системы управления.

Нестационарность работы электроприводов определяется изменением параметров электромеханической системы в, целом. В электрической машине в процессе работы подвержены изменению активное сопротивление обмоток, индуктивность и т.д., а механическая часть характеризуется изменением люфтов и ослаблением натяга механических передач, изменением моментов инерции. Кроме того, работа автоматизированной системы ЭП может сопровождаться интенсивным, изменением возмущающих и управляющих воздействий, что в свою очередь приводит к увеличению динамической погрешности системы управления.

Одним из вариантов увеличения точности управления многомассовыми технологическими объектами является введение в структуру системы автома-тического управления гибких обратных связей по одной из регулируемых координат. Применение данного способа целесообразно при возможности идентификации дополнительных параметров объекта управления.

Применение в современном электроприводе непосредственного цифрового управления позволяет внедрять в системы управления такие современные адаптационные методы как нейронные сети и нечеткие логические системы вывода. Описанный в [75, 91, 92, 93, 94] способ интеграции методов нейронных сетей и нечетких логических систем вывода открывает новые возможности при разработке систем автоматического управления. Предлагаемая методика построения адаптивного регулятора скорости базируется на методе построения адаптивных нейро-нечетких логических систем вывода (adaptive network based fuzzy inference system, ANFIS).

Первый этап реализации регулятора скорости состоит в составлении математического, описания объекта управления - вентильного двигателя. Воспользуемся для этого представленным в п.2.3 математическим описанием ВД, базирующемся на методах обобщенной электрической машины.

Математическое описание механической части электропривода подачи металлорежущего станка

Станочный электропривод можно классифицировать по назначению: привод главного движения, привод подачи, вспомогательный привод. В соответствии с назначением к каждому из типов приводов предъявляются технологические требования [11, 12, 13,41,57, 104, 105].

Для привода главного движения должен обеспечиваться режим регулирования с постоянной мощностью Р = const, диапазон регулирования частоты вращения шпинделя составляет D«100, а при наличии режима ориентации шпинделя диапазон увеличивается до D я 1000.

В приводе подачи необходим закон регулирования с постоянным моментом М = const. Ввиду того, что высокая точность обработки детали и малая шероховатость могут быть обеспечены только при высокой дискретности управления электроприводом, а максимальная рабочая подача составляет 30-50 % скорости быстрых передвижений, диапазон регулирования чрезвычайно широкий D х, 10000. Путем предварительного измерения люфта в приводе и внутренней шаговой погрешности шариково-винтовой передачи и введения соответствующей коррекции достигается высокая точность позиционирования ±10мкм и стабильность позиционирования ±2мкм [11, 12].

Развиваемый момент электродвигателя идет на преодоление момента сил трения в направляющих и составляющей момента резанья по соответствующей координате. Приближение электродвигателя к исполнительному органу станка, исключение промежуточных коробок передач позволило повысить мощность и КПД механической передачи. В станках возросла составляющая от сил резанья в общей нагрузке электроприводов подачи, в современных станках нагрузка на двигатель при рабочих подачах без резанья составляет 20-30 % от номинальной. Влияние перечисленных факторов увеличило колебание нагрузки на электроприводе подачи при резании, что приводит к повышению требований к динамической точности электропривода подачи.

Динамические свойства механической системы электропривода исследуют на основе эквивалентной механической системы. При составлении расчетной механической схемы делают следующие допущения [11, 12, 59, 98]: — массивные и жесткие тела, которые движутся почти как одно целое, считаются абсолютно жесткими, а вся их масса предполагается сосредоточенной в точках, совпадающих с центрами тяжести; — силы и моменты, действующие в системе, приложены к сосредоточенным массам; — упругие звенья, связывающие сосредоточенные массы, невесомы и характеризуются постоянной жесткостью связи; — деформация упругих звеньев линейна и подчиняется закону Гука; — волновыми процессами, связанными с распределением деформации по длине, можно пренебречь. При принятых допущениях, составляя расчетную схему, можно выделить две сосредоточенные массы: масса электродвигателя и масса поступательно движущегося стола.

Кинематическая цепь привода подачи стола содержит следующие элементы (рис. 4.1):

1 - электрический двигатель, 2 - муфта, 3 - подшипник качения упорный двойной, 4 - шариковая передача винт-гайка качения, 5 - стол, 6 - заготовка, 7 -поддерживающий радиальный подшипник качения.

Рассмотрим работу привода подачи горизонтально-фрезерного станка. Структурные схемы двухмассовой системы показаны на рис. 4.4, рис. 4.5. Регулирование величины режущего момента во фрезерных станках строится по двум основным схемам. Первая - скорость резанья поддерживается на постоянной оптимальной величине, на основе расчета оптимального управления (рис. 4.6), а регулирование момента на фрезе осуществляется за счет изменения подачи на зуб. Вторым вариантом построения систем автоматического управления величиной момента является схема, в которой регулируемыми величинами одновременно являются скорость резанья и величина подачи на зуб. Таким образом, при втором варианте построения системы управления электроприводами главного движения и электроприводом подачи являются взаимосвязанными, что усложняет построение системы ЧПУ и повышает её стоимость [II, 12, 105]. Нагрузочная диаграмма работы показана на рис. 4.7.

Похожие диссертации на Разработка и исследование автоматизированного электропривода на базе вентильного двигателя с нечетким регулятором скорости