Введение к работе
Актуальность темы. Машиностроение, как системообразующая отрасль отечественной экономики, определяющая уровень производственного и кадрового потенциалов страны, обороноспособности государства, а также устойчивого функционирования всех отраслей промышленности, является главным плацдармом подъёма экономики России и придания ей инновационного характера.
Станкостроение России в настоящее время существенно отстает от ведущих мировых производителей металлорежущих станков (Китай, Япония, Германия, Италия, Южная Корея и др.). Российский рынок металлорежущих станков в настоящее время формируется преимущественно в результате импорта (импортная зависимость более 94%). Развитие отечественного станкостроения - задача, важность которой для обеспечения технологической безопасности и ускорения темпов экономического развития страны несомненна.
Современные требования к качеству изготовления и обработки деталей для последующих технологических операций непрерывно возрастают, поле допусков к настоящему времени приблизилось к величине 1-3 мкм. В таких условиях крайне актуальным становится вопрос разработки многооперационных координатно-расточных станков (КРС) класса точности С, способных повысить качество выпускаемой продукции и ее конкурентоспособность. Значительный вклад в области повышения точности координатно-расточных станков за счёт введения систем автоматического управления (САУ) был внесён такими учёными как: Ж.С. Равва, В.А. Кудинов, В.Г. Митрофанов, Д.Н. Решетов, Ю.М. Соломенцев, С.Я. Галицков. В области исследования нелинейных систем автоматического управления: Ю.И. Топчеев, В.В. Солодовников, Е.И. Хлыпало.
Для достижения высоких точностей при воспроизведении исполнительным органом станка заданной траектории движения, необходимо компенсировать множество помех, одной из которых является люфт в кинематической цепи электропривода. Наличие люфта в кинематической цепи не только снижает статические и динамические показатели качества электропривода, но также может стать причиной неустойчивости его системы автоматического управления.
В настоящей работе исследуется возможность совершенствование структуры и системы управления электропривода, обеспечивающей повышение точности воспроизведения заданной траектории движения за счет компенсации люфта в кинематической цепи передачи движения от исполнительного электродвигателя к подвижному узлу станка. В диссертации рассматривается вопрос разработки корректирующего звена, компенсирующего люфт в кинематической цепи электропривода, разработки алгоритма управления процессом вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, а также методика его включения в структуру системы автоматического управления электропривода.
Работа выполнена в рамках подпрограммы "Развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности" на 2011 - 2016 годы федеральной целевой программы "Национальная технологическая база".
Цель настоящей работы заключается в разработке структуры, параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих компенсацию нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи. Это позволит повысить точность, производительность станка и заявленные показатели качества по обработке деталей.
Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:
-
Выявить влияние нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи на точность воспроизведения заданной траектории движения, а также провести анализ технических решений, применяемых для компенсации люфтов.
-
Синтезировать эквивалентное линейное звено, аппроксимирующее нелинейность типа «люфт», оценить точность аппроксимированной модели.
-
Разработать компьютерную модель электропривода при замене нелинейности типа «люфт» его аппроксимированной моделью.
-
Синтезировать структуру и параметры корректирующего звена в составе электропривода, компенсирующего нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.
-
На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать опытно-промышленную САУ электропривода многооперационного КРС.
Предметом исследования данной работы является синтез структуры и параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих повышение точности воспроизведения сигнала задания за счет компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.
Объектом исследования работы является электропривод, содержащий нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.
Методы исследования: теоретические исследования базируются на методах теории электропривода, автоматического управления линейными и нелинейными системами, линейной алгебры. Вопросы анализа и синтеза систем управления решались методами дифференциального и интегрального исчисления, компьютерного моделирования, численными методами.
Метод экспериментального исследования на стенде-станке использовался для получения исходных данных, проведения и уточнения результатов теоретического анализа.
Научная новизна работы:
-
-
Разработано дополнительное структурное звено электропривода, компенсирующее нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи;
-
Разработан алгоритм управления процессом вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, отличающийся от известных тем, что при формировании сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» исключается операция дифференцирования.
-
Разработан алгоритм управления процессом автоматического вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», отличающийся тем, что расчет производится с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».
Практическая ценность работы состоит в следующем:
На основе проведенных исследований разработана инженерная методика синтеза структуры и параметров электропривода координатно-расточного станка при компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи, обеспечивающая повышение точности воспроизведения заданной траектории движения за счет снижения влияния нелинейности типа «люфт».
Разработана методика автоматического измерения величины зоны нечувствительности люфта, позволяющая САУ электропривода в процессе эксплуатации станка отслеживать текущее значение величины нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.
Результаты работы использовались при разработке алгоритмов управления электроприводами станка модели 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара» (Акт использования в практике инженерного проекта в работе на предприятии ЗАО «Стан-Самара»).
Реализация результатов работы Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:
-
на станке 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара»;
-
в технические проекты САУ компенсации нелинейности типа «люфт» содержащейся в кинематической цепи электропривода подачи КРС для класса точности С.
Апробация работы Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных научно-технических конференциях: «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2010), «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2011), «Компьютерная интеграция и ИПИ- технолоии» (г. Оренбург, 2011).
Публикации:
По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 из них - в журналах, рекомендованных ВАК РФ (сборник серии «Технические науки», СамГТУ №1(29) - 2011. - С. 179-184.; сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(33) - 2012. - С. 148-156.; сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(37) - 2013.- С. 219-222), 3 публикации - в трудах и материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.
На защиту выносятся основные научные положения:
-
-
Структурно-параметрический синтез электропривода с учетом дополнительного корректирующего звена, компенсирующего влияние нелинейности типа «люфт» на точность воспроизведения заданной траектории движения.
-
Методика синтеза сигнала коррекции нелинейности типа «люфт», при формировании которого исключается операция дифференцирования;
-
Методика вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».
Структура и объем работы:
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 161 странице, диссертация содержит: 86 рисунков, 14 таблиц, 1 приложение, библиографический список на 6 страницах.
Похожие диссертации на Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью типа "люфт" в кинематической цепи
-
-
