Необходимо спроектировать электрический привод подач металлорежущего станка, о качественных показателях которого судят не по линейному перемещению объекта, а по характеру вращения выходного вала редуктора.

Исходные технические данные:

1. Двигатель типа СЛ-661 (смотри приложение).

2. Суммарный момент инерции, приведённый к валу двигателя J_∑=0,024кг∙м².

3. Коэффициент редукции i=40.

4. Статическая погрешность δ_С=±0,157рад.

5. Амплитуда скорости движения объекта по гармоническому (синусоидальному) закону ω_m=360град/с.

6. Скоростная ошибка δ_v=5,319рад.

7. Время переходного процесса t_п=6c.

8. Время первого согласования t₁=1,38c.

9. Величина верхнего перерегулирования σ=6,3%.

10. Величина нижнего перерегулирования σ_н=16,3%.

Система должна содержать отрицательные обратные связи по току, скорости и положению.

2. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

Электропривод есть электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. Современный электропривод – это совокупность множества электромашин, аппаратов и систем управления ими. В рамках данной курсовой работе в дальнейшем электропривод – аналоговая следящая система. Проектирование осуществлялось с использованием прикладной программы MatLab.

Многим соотношениям и операциям над функцией действительной переменной (оригинала) f(x) соответствуют более простые соотношения над их интегральным преобразованием Лапласа функцией W(s).

2.1. РАССЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1.1. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Расчёт электромагнитной постоянной.

Расчёт постоянной двигателя по моменту.

Постоянная двигателя по скорости

Коэффициент усиления двигателя

Электромеханическая постоянная времени привода

Коэффициент редуктора

i – передаточное число редуктора.

2.1.2. РАСЧЁТ ПАРАМЕТРОВ ТИРИСТОРНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ МОЩНОСТИ

Тиристорный преобразователь мощности (ТПМ) с достаточной степенью точности можно считать апериодическим. Питание электропривода осуществляется от сети трёхфазного тока с частотой 50 Гц.

Постоянная времени ТПМ

m=3 – количество фаз напряжения питания,

f=50Гц – частота источника питания (промышленная).

Коэффициент ТПМ

U=5В – максимальное напряжение на входе системы управления.

2.1.3. РАССЧЁТ ПАРМЕТРОВ ДАТЧИКОВ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

В качестве датчика скорости используется тахогенератор АТ-231 с максимальной скоростью вращения

и крутизной выходной характеристики

Перевод крутизны выходной характеристики тахогенератора в единицах

Перевод заданной амплитуды скорости движения объекта по синусоидальному закону в единицах

Коэффициент датчика обратной связи по скорости должен быть выражен в единицах

Коэффициент датчика обратной связи (ДОС) по положению выходного вала редуктора

2.2. ВЫВОД ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Передаточная функция двигателя

где s – преобразователь Лапласа.

Передаточная функция тиристорного преобразователя мощности описывается апериодическим звеном и в численном выражении равно

2.3. ПОСТРОЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ

Наличие передаточных функций элементов позволяет построить структурную схему. Для построения структурной схемы необходимо рассчитать

1.) добротность системы – рассчитывается как отношение максимальной скорости изменения выходного сигнала к скоростной ошибке;

2.) коэффициенты усиления сравнивающих устройств.

D – добротность системы,

V – максимальная скорость изменения выходного сигнала, об/c,

δ_V – скоростная ошибка, рад.

Сравнивающие устройства строятся на базе операционных усилителей. Операционный усилитель – это интегральная схема с большим коэффициентом усиления, большим входным и маленьким выходным сопротивлениями и предназначен для усиления постоянного или переменного тока.

Коэффициент усиления сравнивающего устройства во втором контуре, контуре скорости принят равным восьми

К_ус2=8.

Коэффициент усиления сравнивающего устройства (СУ) в первом контуре, контуре положения принят равным двум

К_ус1=2.

Структурная схема электропривода приведена на схеме 1.

Описание узлов системы:

- Step – источник задающего воздействия, 5В;

- Sum1, Sum2 – сравнивающие устройства (сумматоры);

- Display, Display1 – значение выходного сигнала в реальном времени;

- Gain, Gain1 – коэффициенты усиления СУ в контуре положения и скорости соответственно, К_ус1=2, К_ус2=8.

- Transfer FCN – передаточная функция ТПМ,

;

- Transfer FCN1 - передаточная функция двигателя,

;

- Integrator – редуктор описывается интегрирующем звеном, 1/s;

- Gain4 – коэффициент редуктора, 0,025;

- Scope – виртуальный осциллограф;

- Gain2, Gain3 – коэффициенты ДОС по скорости и по положению угла соответственно,

Схема 1. Структурная схема система.

2.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ СИСТЕМЫ

Для этих целей используется прикладная программа Simulink и её подпрограмма Control System Toolbox – инструментарий систем управления – предназначенный для моделирования, анализа и проектирования непрерывных автоматических систем. Пакет реализует методы исследования динамических систем, в основу которых положены передаточные функции и графические модели. Основным вычислительным ядром рассматриваемого пакета является программа подраздела LTI (Lienear Time-Invariant System - программа разработки линейных инвариантных во времени систем управления (СУ), которые в отечественной литературе называются линейными стационарными СУ). Программа LTI позволяет анализировать качественные показатели системы с помощью отображения графиков.

Получены следующие графики с помощью программы LTI:

1.) реакция системы на единичную ступенчатую функцию – график 1;

2.) реакция системы на единичную функцию – график 2;

Проектирование электропривода подач металлорежущего станка (стр. 1 из 2)