Введение к работе
-3-
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
Современное гибкое производство в электротехнической промышленности и машиностроении базируется не только на традиционных многооперационных станках с числовым программным управлением и робототехнических комплексах, но и на многокоординатных электромеханических системах воспроизведения движения. Одним из направлений реализации таких систем является использование в качестве приводов осей дискретных электроприводов (ДЭП) с шаговыми двигателями (ШД). В прецизионных шаговых электроприводах нашли применение как линейные однокоординатные и пла-нарные двухкоординагные шаговые двигатели на аэростатической опоре, так н традиционные вращающиеся двигатели с кинематическими преобразователями.
От современного дискретного электропривода требуются высокие точности позиционирования и воспроизведения траектории движения. Для решения этой задачи используются специальные алгоритмы и аппаратные средства, позволяющие учесть магнитную и электрическую несимметрию двигателя, зазоры в механических передачах, особенности физических процессов в двигателе и инверторе в различных режимах работы привода. Разомкнутые приводы позволяют формировать сложные траектории движения в пространстве с точностью позиционирования ±20 им и быстродействием, определяемым диапазоном скоростей до 1 м/с и ускорений до 40 м/с2. При необходимости перехода в зону единиц микрометров возможно замыкание привода по сигналам обратных связей, в том числе по сигналу положения от измерительных систем высокой точности. Замыкание электропривода по сигналам обратных связей является сложной и дорогой технической задачей, поэтому актуальным является максимальное использование резервов разомкнутого привода, поскольку такой электропривод способен удовлетворить требования целого ряда сборочных и лазерных технологий, операций контроля качества электротехнической продукции и т.д.
В этой связи являются актуальными:
определение оптимальной структуры позиционного и распределенного контурного управления разомкнутым многокоординатным дискретным электроприводом;
определение оптимальных способов позиционного и распределенного контурного управления;
разработка пригодных для микропроцессорной реализации упрощенных моделей дискретного привода с целью их использования в алгоритмах управления;
разработка программных интерфейсов с пакетами САПР для автоматизации этапа технологической подготовки производства.
Данная диссертационная работа выполнена в рамках исследований, проводимых в лаборатории дискретного электропривода кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ и связанных с разработкой многокоординатных электроприводов для лазерных технологий.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в повышении точностных показателей и показателей производительности разомкнутого многокоординатного дискретного электропривода на базе шаговых двигателей различного типа с позиционным управлением и в разработке разомкнутого многокоординатного дискретного электропривода с распределенным контурным управлением с автоматизированной подготовкой данных.
Для достижения этой цели в диссертации поставлены и решены следующие основные задачи:
-
Анализ и выбор оптимальных способов позиционного и распределенного контурного управления разомкнутым ДЭП по математической модели.
-
Разработка и реализация в виде рабочей программы алгоритма оптимального по быстродействию позиционного управления разомкнутым ДЭП с улучшенными демпфирующими свойствами, повышенной устойчивостью и надежностью работы, возможностью выбора зазоров в кинематической передаче при ее наличии.
-
Разработка и программная реализация оптимальных алгоритмов распределенного контурного управления разомкнутым дискретным электроприводом для технологий лазерной обработки материалов.
-
Экспериментальные исследования точностных параметров разработанного многокоординатного дискретного электропривода.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические методы исследований базируются на применении математических моделей, адекватность которых доказана теорией и практикой дискретного электропривода с шаговыми двигателями. Применялся специализированный пакет Simnon для моделирования нелинейных систем на персональном компьютере. Экспериментальные исследования проводились на макетных и промышленных образцах с помощью современной измерительной аппаратуры, а также с элементами автоматизации обработки результатов эксперимента. Предложенные алгоритмы реализованы в программном обеспечении комплектного дискретного электропривода для ряда технологий лазерной обработки и показали высокую эффективность.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в обосновании, разработке и реализации оригинальных способов повышения основных технических показателей разомкнутого многокоординагного ДЭП на базе шаговых двигателей различного типа с позиционным управлением и в разработке разомкнутого многокоординатного ДЭП с распределенным контурным управлением, а также в решении ряда задач, связанных с главной:
разработан универсальный алгоритм позиционного управления разомкнутым дискретным электроприводом по модели с адаптивной структурой планировщика траектории позиционирования;
разработан пакет алгоритмов распределенного контурного управления с линейной, круговой, параболической и комбинированной интерполяцией, включая алгоритмы разбивки контура и автоматизированной подготовки данных;
разработаны методы программной коррекции алгоритмов контурного управления по модели привода н соответствующее программное обеспечение;
разработана методика экспериментальной проверки точностных показателей алгоритмов распределенного контурного управления на одной оси ДЭП;
разработана инструментальная программная среда, позволяющая оценить точностные параметры алгоритмов контурного управления на математической модели привода, осуществить выбор оптимальных алгоритмов, определить форматы данных для рабочих программ и программ подготовки данных.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит в том, что разработанный разомкнутый шаговый привод позволил достичь высоких точностей позиционирования и отработки контурных движений. Разработанная в процессе работы математическая модель позволила упростить отладку новых алгоритмов управления без физического макета. Разработанные программы позиционного и контурного управления, а также комплект микропроцессорных программ автоматизации экспериментов инвариантны по программному ядру и могут быть легко перенесены в программное обеспечение разрабатываемых на новой элементной базе контроллеров.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы использованы при создании стенда для лазерной маркировки газовых баллонов для АОЗТ "Абсолют" и при создании лазерного технологического комплекса по обработке алмазов ЛТК1 для ПО "Кристалл" (г. Смоленск).
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались на коллоквиуме Института силовой электроники и электропривода г. Зиген (ФРГ)> на Международной конференции по проблемам преобразования электроэнергии (IPCC93) и заседании кафедры Автоматизированного электропривода Московского энергетического института 28 мая 1996 года.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовано пять печатных работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 41 наименования и 2 приложений. Общий объем диссертации составляет'112 страниц, 36 рисунков, 2 таблицы.
