Введение к работе
Актуальность темы. Задача перевода станочного парка на новый качественный уровень наряду с совершенствованием конструкции станков требует создания нового ряда систем числового программного управления, а также новых типов электроприводов, построенных на принципах прямого цифрового регулирования. Для существующих цифровых электроприводов характерно повторение структуры аналоговых, т. е. реализация в цифровой форме принципов подчиненного регулирования. При таком подходе их технические характеристики несущественно отличаются от соответствующих аналоговых прототипов. В свя8и с этим разра-5отка новых структур и алгоритмов управления, позволяющие получить качественные показатели, недоступные аналоговым средствам, в том іисле реализующих принципы инвариантности, представляется важной научно-технической задачей. Переход на прямое цифровое управление гребует создания аппаратных и программных средств для его реализации, включая быстродействующие микропроцессоры и цифровые датчики. Товышение требований к качественным характеристикам металлорежущих станков предопределяет необходимость комплексного подхода к раара-5отке устройств числового программного управления, программного ібеспечения к ним и электрооборудования станков с ориентацией на шрокое применение ЭВМ и систем автоматизированного проектирования. 'аким образом, проблема повышения качества систем числового прог-»аммного управления электроприводами подачи и эффективности их рао-іаботки является важной как с научной, так и с практической точек рения.
Цель работы. Разработка и оптимизация структур инвариантных микропроцессорных электроприводов подачи и эффективных алгоритмов уп-авления, способствующих повышению точности при практической реали-ации.
Для достижения указанной цели необходимо решить следующие 8ада-И:
- разработать математические модели и методику автоматизации мтационного моделирования электроприводов подачи с управлением от якро-ЭВМ, ориентированную на применение в системах автоматиаиро-аиного проектирования;
- разработать методику синтеза оптимальных структур инвариантных іфровьіх систем следящего электропривода и алгоритмов управления,
оценить погрешность и влияние дискретности на качество регулирования;
для реализации принципов прямого цифрового управления разработать способ получения информации о частоте вращения в цифровой форме, изучить возможность реализации цифрового контура скорости на микропроцессорных средствах ограниченного быстродействия, определить рациональную частоту управления;
оценить чувствительность показателей качества цифровых систем к изменению параметров и определить требования к точности реализации коэффициентов передачи цифровых регуляторов;
разработать методику и алгоритмы параметрической оптимизации следящих систем электроприводов подачи с числовым программным управлением.
Методы исследования. Диссертационная работа основана на теории и методах системного анализа, оптимизации технических систем, планирования эксперимента. Использован математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления, численных методов. Экспериментальные исследования проводились путем имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний микропроцессорных электроприводов подачи на ПО "Контур" г.Томск, разрабатывающем устройства числового программного управления и программное обеспечение к ним.
Научная новизна определяется:
библиотекой математических моделей типовых функциональных элементов вентильных электроприводов постоянного тока и методикой автоматизации имитационного моделирования электроприводов подачи с числовым программным управлением;
методикой синтеза структуры и выбора параметров цифровых систем следящего электропривода с комбинированным управлением;
структурой прямого цифрового регулирования скорости электропривода на основе предложенного способа получения информации о частоте вращения в цифровой форме с датчика положения фазового типа и совмещенного цифрового преобразователя положения и скорости;
методикой определения требований к точности реализации коэффициентов передачи регуляторов цифровых комбинированных систем следящего электропривода, основанной на методах теории чувствительности;
обобщением методов нелинейного программирования, позволившем разработать методику параметрической оптимизации микропроцессорных электроприводов подачи.
Практическая ценность заключается в:
математическом, алгоритмическом и программном обеспечении системи автоматизированного имитационного моделирования электроприводов подачи с управлением от микро-ЭВМ, ориентированном на функционирование в составе САПР;
практической реализации цифрового измерительного преобразователя скорости на основе датчика положения фазового типа и цифрового преобразователя перемещения, способе повышения точности цифрового преобразователя скорости, основанном на алгоритмическом методе коррекции;
реализации цифрових структур комбинированного управления следящими системами электроприводов подачи и алгоритмов управлении, способствующие повышению точности;
алгоритмах и пакете прикладних программ поисковых методой оптимизации параметрического синтеза мккропроцессорішх электроприводов подачи;
практической реализации адаптивних методов настройки электроприводов подачи с управлением от микро-ЭВМ.
Реализация результатов работы. Разработанное в диссертации математическое, алгоритмическое и программное обеспечение подсистемы автоматизированного имитационного моделирования электроприводов подачи является частью системного обеспечения САПР программного обеспечения устройств числового программного управления (САПР ПО УЧ1ІУ), созданного ПО "Контур" (г.Томск). Теоретические и практические результаты работы нашли применение при разработке устройств и алгоритмов числового программного управления электроприводами на том ж<» предприятии. Программы имитационного моделирования и параметрической оптимизации электроприводов используется в учебном процессе ни кафедре электропривода ТПУ и ряде предприятий.
Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
па научно-технической конференции "Автоматизация в производстве", г.Томск, 1985 г.;
на научно-технических конференциях "Автоматизация электроприводов і оптимизация режимов электропотребления", г.Красноярск, 1985 и 19В0 ".г.;
- на научно-технической конференции "Электромашинные и машинно-пен-ияьные источники импульсной мощности", г.Томск, 198G г.:
на XII-м научно-методическом семинаре "Автоматизация проектирования в энергетике и электротехнике", г.Иваіюво, 1988 г.;
на научно-практической конференции по техническим наукам и высоким технологиям г.Томск, 1995 г.
По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 102 страницах машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 76 страницах и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 96 наименований и приложения.
