Введение к работе
Актуальность. Пировал практика развитая ^танков с ЧПУ.'ГПС; и'{фошлзленных роботов, .показывает, что один из: основных путей, повышения производительности оборудования -і сокращение .:непроиа-< воднтельных затрат.времени работы.этого-оборудование.
:Повышение,производительности установленного,,и. вновь,проекти-: руеыого оборудования путем сокращения потерь рабочего ,вреі еви-на. вспомогательные и транспортные операции достигается увеличением скоростей.перемещения рабочих органов этих машин. При повышении, скоростей перемещения,, с учетом перехода, на управление станочными системами,от цифровых и микропрограимных.устройств, решаются? проблемы упрощения аппаратной части этих устройств, рационадазат ции программного обеспечения, его сокращение за счетприменения упрощенных алгоритмов управления, оптимизации переходных дина-. мических процессов в приводах.
,Работа выполнялась а соответствии с программой'ГКЙТ СССР 0.24 "Гибкие автоматизированные производства" по созданию н освоению ШС, раздел 01.02.Н6. "Разработка принципов механики. машин и систем машин ГПС*.
Цель работы. Решение задачи совращения времени позицяонных-перемещений рабочих органов станочных систем при заданной точности позиционирования is скоростях, перемещения і м/с и более, за .счет реализации s позиционных приводах законов движения с шшшаяъишя потерями времени на переходные процессы прк дискретном управлений и учоге случайного характера процесса позиционирования.
Научная новизна. Разработана обобщенная математическая модель механизма быстрых перемещений, описывающая электропривод и отдельные его элементы с учетом обратных и корректирующих связей, к многомассовую механическую систему с учетом упругос-теЗ, см трения, демпфирований и реактивного момента статора электродвигателя, оказывающего глиянч& ка силы трения в ребордах при установке двигателя ка перемещаемой части механизма.
Проведен анализ переходных процессов и установлена степень влияния вида закона движения ка максимальные ускорения инерционных масс механизма и определена реализуемость этих законов.
Выявлена на модели и подтверждена экспериментально гипотеза об увеличении асимметрии нормального закона распределения, координат точек позиционирования с ростом скорости быстрых перемещений.
Определены методы расчета координат точек переключения задающего воздействия, обеспечивающих минимальные потери времени при тормозекии от скорости перемещения 1 м/с и выше.
Установление, что тормозное устройство, вводимое для уменьшения выбега, является источником дополнительных дестабилизирующих факторов, и рациональность введения этого устройства определяется тем, в какой мере решены вопросы обеспечения повторяемости законов изменения тормозного усилия.
Практическая ценность. Разработан алгоритм позиционирования рабочего органа, рассчитанный на использование тормозного устройства при разработанных способах и ,'стройствах, обеспечивающих повторяемость закона изменения тормозного усилия, гащищз-кых авторскими свидетельстами. Данны рекомендации по использованию двигателей различных видов для механизмов быстрых перемещений со скоростями движения і м/с и выше. Предложен способ торможения для систем ЧПУ при исполнении функции GO (позиционирование в заданную точку) прк управлении следящими приводами.Доказана на модели и экспериментально целесообразность использования в позиционных приводах ступенчатого закона изменения скорости при позиционировании с числом ступеней не болое 5. Разрабо-
РеГч^ІїРгіі.й.і'рЗПуЛЬїіїїСІІ SfOCP.OjrOPSHIifi , РО'Зу.'ІЬТаТН ЇЇСОЛ'Ч'-
Eti!',r:Jt, шзлок<--н»це з дкссзртацї"-'г :>нодрзта на Pcstobckom-hs-,"' ну ПО "Грд:*;!?", ііоохгБстах ^05^:.40^07331,7^: объединениях ':Сч;,-коотро::т"льпч.1 ваяод" !». Сорго С:гд.та:и"КЕ.Ц5е is "КрасиыП.проя.:-тарм'*:", СКЗ КО іт АС г. А'.'оь п СКВ АН и AC v: Линой прі разра ботг.о к создание тр:-;;спо.д:;сд скстскн для перемещения пслдои&ч в НІС гахаміпескоЯ обработки, птегюда полорота рэвольпериоЗ гг.--. ловки то;сг,ркого полу&ртоуата, обрабативащзго комплеса G'.ffi 31:~*>,
3 приводах подач гаша электромеханических ситових отолоа ссркЯ
УМ и УЗ, Экономический эффект составил ссьгао 220000 руб.
Апробация работы. Оскоеныэ рэчульгятц работы сбсуядаш.
4 одобрены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Кон
струирование и производство сельскохозяйственных машин" (Рос-
тов-ка-Дояу, 1885 г.), "Динамика станочных систем ГАТТ (Толь
ятти, 1SS8 г.), a тенге *;а екегод'кых конференциях профессором
-преподавательского состава РИСКїа ?. 1830-01 г.
Иаучкуе разработки технически - апробировались прн проектировании, испытаниях и доводко устройств и способов управления что отракэна в 3 зарегистрированных БІШЩ отчетах по КИОКР.
Публикации. По'материален-исследований опубликовано ІЙ. печатных работ, получено 9 авторских свидетельств на каобротэ— ккя.
Структура и ооъея работы. Работа состоит кз введения, 6 разделов и заключения, изломанных на 162 страницах к-івинспкснс-го текста, содераит 75,рисунков, 19 таблиц, список литература кз 80 наименований, а такке 4 приложений,яа 13 страницах, сод«н ржв^ие результати расчетов, исходов тексты разработанных программ и документ, подтвертдавздай внедрение результатов работи.
Во введении обосновывается актуальность работы, кратко"опа-сывавтся элементы научно»» новизны.
В первой главе для четкого представления проблематики а о5-ласти создана механизмов и приводов .быстрых позиционных, установочных, вспомогательных к транспортирующих перемещений выполнена классификация проблем, связанных с реализацией таких механизмов. Признаком классификации в свете рассматривавши: з диссертация sa-
дач принято соокоисні» хромели г.эремэзыкл ксполннтеяьного орга-т ка й вргкени остакьтюй часта рабочего-цякла шшвяьь
Проведен шамшз. работ со -теме диссертации» Проблемам повицабпж-.. роваикя'рабочего органа косвлщаац работы.советские, е. зьрубэякых учетах iSKOjas профессор* -ВJC. Твішнкичяева;,В.А. Куднкоза,.А.И. Ле-.; вша, А..4. Эелъдбаума, B-S. Ilysa.
Выявлено, что. в. этих работах расскатриввюгся отдельные вопросы, каеаюїрзєсл законов' движения определенных по критерии иаксниаль-наго бь-стродеЁсгвгж с учотон дикашы механизмов и приводов ..быстрых перемещений. В'то Ее врема осталась, не затронуты "и не решались, вопросы общей стратегии организация цяелоз;быстрые перемещений с-при-. мзпбнмеи.системно го подхода, предусматривающего учет хннеаатйчегс-іавс, .точностных параметров перемещай соотнесений.в.цикле лереые-г. щеаия. .
Вводится нозятке,иеханизыа.быстрых переыйщеккй, как. совокупности преобразователя., двигателя к шгсгоаассовой механической ксле-С'йтольЕой саста«ы...Оцредзляетсл ЬбобцзкЕая.математическая модель, такого .мехаккаи-а с тгчетск ограничений ка &ззобы$ координаты (рисі).
СІ.4)
u*(t) f
Hln
U*
(і)
Рис. 1. ббобгценкая математическая модель криво да. П - преобразователь; У - задатчик скорости; В - управляемый выпрямитель; М - двигатель; ГГ- тахогенератор; П - преобразователь; u(t) - задающее воздействие; un(i) - напряаенке рассогласования; uTT(t) - напряжение тахогенератора; иЯГ1!1 - максимальное напряжение на як^оре; 1йасм - предельная величина тока якоря; aL> ai.tt ~ Условие скорости касс; <р|_, (pj.vl - угловые пути масс;
ния;
, - жесткость связи масс; p-Li+\ - коэффициент демпфирова-h*i —'-'эменты инерции масс; Ыс;, Мс^+1- моменты сил
сопротивления и нагрузки; A*f- величина зазора.
Процессы,. происходящее.. з тзрясторясы преобразователэ, описан?; уравнешжя-,->шоззуч8ш;инн: ка основаюш .предсташіеиия .тиристорного переобразозатэля шкриодігааекки зявнш: первого порядка с ограниченной полосой пропускания
<3ия. Цп і
— « — u„ ия ; (1)
dt Т« Т*
un-.U„-uTr (2)
Процессы.в электродвигателе отмывается, уравнение».
„ _- Дцд _ _ .; (3)
at Rft-v ' Тд "
&uft = ид- c,.Oj_ ; (4)
U» сЦ ; (5)
ичгш1Чг*иь- (6)
Уравнения дбиеєяяя.і.- касси
da^ і
(7)
, * — Ш| - Hc.sign(9i> - UL. -^):, где:
при |9Г 9. J > &
І і пря.о> au,; sgn(»L- »i+|) « I
І 0 пря а- і oU|.
. 3 уравнениях: ий -'иапрякскао .патокиіі якоря; un - н&прягэяиз рассогласования; kTft - коэффициент поредачя тиристорного йреобраьовате-ля; IV,- постоянная ьреиг.т преобразователя; Ue - кьнрязгеяке сздеяня.,
' ' . 7
скорости; u7r - напряжение тахогенератора;.-і „-' - ток якоря; hu^ -разница ыеаду чапрявением на якоре и величиной противо-5ДС двигателя;. Та - постоянней времени якорной цепи; Rs - сопротивление якорной цена; с - коэффициент ЭДС двигателя; о;, - угловая скорость; «р;. - угловой путь; Jj,- момент инерции; cj, pi. - песткость к коэффициент демпфи-7 роаання связи; Л? - величина зазора; .Ы ^-.-. двияущжй ьаиент; &е - ио-иеят сил сопротивления и нагрузки.
Анализ работ позволял сформулировать следующие задачи, кото-рыз необходимо реоить:"
определить предпочтительные законы движения,, обеспечивающие ішяя-мум динамических нагрузок для.оптимизации по критерию максималь-кого быстродействия и простоту технической реализации;.
определить общую стратегия организации цикла позиционного перемещения в зависимости от основных его параметров, требований к точности позиционирования.}! временных .соотношений в циклограмме работы машины;
вывести аналитические зависимости, связывающие основные параметры двиаения и .точность позиционирования, для расчетной оценки и выбора вариантов управления процессом позиционирования;
разработать математическую модель динамической системы позиционного привода для теоретического исследования дигзыики процесса торможения при моделировании различных законов торможения рабочего органа;
исследовать процесс позиционирования с -дискретным снижением-скорости при использовании разработанной для этой цели оригинальной оптимизационной программы расчета точек переключения с оценкой и сравнением результатов процесса позиционирования с результатами, пояученнша при позиционировании, рабочего органа при непрерывном управлении, для ревения вопроса о возможности применения простых, разомкнутых систем дискретного управления при скоростях перемещений і м/с и выше;
выполнить теоретические и экспериментальна исследования типичного механизма быстрых перемещений с целью ранжирования случайных факторов по степени их влияния на точность позиционирования, проверки сходимости результатов, полученных ранее с использованием оптимальных точек переключения при дискретном управлении и.выявления резервов снижения времени перемещения.
Во второй главе рассмотрены результаты теоретических исследований процессов перемещения рабочих органов. Цель исследований -определение стегани влияния законов движения на время цикла быстрого переманеная и динамические характеристики привода с исполь-
гоЕапяец-расяиретшого класса функции,. описывающих законы движения рабочего органа.
Репейке этой задачи позволяет отыскать резервы ковыпения про- пзЕодительяостл иэгпга с короткими циклами движения рабочих органов, еостг<зл.*зядам значительную часть. общего времени работы цашяы.
іір:і оптга/таащш 5skoho3 двіпгензя по критерию максимального быстродействия ставится задача минимизации функционала
to
I-jFe«(l),U(t))dt ; (8)
t,
гда, F(X(t),ii(t)) - непрерывная функция определенная вместе с частными проазводяши на всем пространстве фазовых координат и допустимых управлений.;. X(t) - решение уравнений динамики с начальным уело-, вкем Х(Ц)=Х0, соответствующее уравнения U(t); U(t) - оптимальное управление, переводящее рабочий
орган из точкя X, пространства фазових координат .в точку Хй;
to и t( - моменты прохождения решения X(t) через точ-. ки Х0 н К{. Оптиігаяаірш законов движения .производилась с. использование» принципа макешука Понтряпша, что позволило расширить.класс опти-ыизвруе»шх фуніщий. Объектом исследования бил часто встречающийся в практико привод поступательного-перемещения с реечной передачей. . Исследовались, следуйте закони движения: с постоянным ускоренней без ограничений скорости; с равнопеременным ускорением; с ускорением, кенящкися.по синусоидальному ,-н. коеннусоидальному законам; с пистоянкш ускорением и ограничением на скорость к ускорение. В результате исследования.было установлено еледукцее:
вид закона движения рабочего органа при его перемещении на заданное расстояние и вид принятых ограничений существенно влияет на' вреїм этого перемещения и динамику привода; для рассмотренных законов и принятых значениях параметров.соотнесение величии 'ррако-ни перемещения для предельных случаев составило 1,77',; а соотнозэ-irae величины ускорении - 3,15 раза;
полученные результаты киеат наибольшую практическую ценность для маияк, в рабочих циклах которых время позиционного перемещения составляет основную часть, и применение оптимальных по быстродействию законов двикения дает болыпое относктельное сокращениа времени цикла;
DHjj етітшаяьйого. no бызтродайотсйе 'заі&на даяжения епредэяястся пряіїетвьи огранкчэваямя ; прг"сгрзннчении-скороотн оптшалыыа-явч йвтдя.5акоы с раанопвреиенигг» уокорзинем,. при ограниченна ускорв-. ная - закон а постоявши..ушкревкеи;.
прігпроеігеіїрованаи прааодоа.рабочих.оргакоп двигатель следует 31Йкратьтаккм,."Чтобы его крутячий.иоиенг,.не:являлся.фактором, 'огракичквшцни. вэлнчиаа ускорений в приводе;,.
точность пээяцаоЕЙроваши рабочего органа, практически нз ззэее-; сыт, от вида вакопа.движешзя 5! определяется в основном.отклоненн-г язої скорости к ускорения в начале процесса тораокення.от расчета elk . опт кшльных. значение.
Третья гяаьа ггсевя^епа. экспериментальный .исследования* .-про-цзгсов перемещения рабочего органа, .реализуемым пріїводаші различ- ккх. тзгаов, :а именно, .с-сияовш паховим, двигателей,' с дввготеясц. постоянного тока с электрошггитшг*. возбуждением, с. двигателем... нсйї'оянного тода с возбузденкеа от постоянных .'ыагнктов (высокско-уєяїші) , поаічфнЕого. гійдрохзркБода..
Эхслераигнты с нриводаиг проводились на .специально свроекткт-роЕанном и изготовленном стенде,- позволяющем снять динамическка "-. характеристики электродвигателей .постоянного тока серги ПБСГ,..1ШВ, силового шгрзого электродвЕгггеля .ЕС. и. .гидропривода с гіщрокото- ' рака .серни ГІ5'. ..Структурная, :скеііа .экспериментального стенда приведена на рве 2.
Рис. 2. Схема экспериментального стенда, і - система-управления; 2 - силовой преобразователь; 3 - исследуемый двигатель; 4 - нагрузочное устройство; 5 - тахогенер%тор таг ЗОП; Є - прибор регистрирующий самопишущий НЗЗЗ-ЄП; 7 - управляющая АВМ МН-7; 8 - оптический датчик пути ЗЕ-5ІМ.
В экспериментах получены сопоставимые динамические херактерис-т-!-,сл полпозов, такне как вргмя переходного ппоцесса, величина пе-
ререгулированкя, колебательность рабочего органа при варьировании предельных частот вращения двигателей, мої-'зіітоз нагрузки я якертпш;.
Проведенными исследованиями установлено, что реальные, свойства пригода с двигателем ПБСГ в значительной мере отличатся от расчетных, п несовпадение расчетных, и фактических- параметров зоо-растает с ростом предельной частоты вращения. Это объясняется узкой полосой пропускания системы управления, обуславливающей возникновение перерегулирования и колебательности, влекущих за собой значительное увеличение времени переходного процесса'тормслепия .в сравнении с расчетным я-сильиыо искажения заданного закона.дапяс-ния. -Напрккер, вреыя тормовения с частота врацения ПО І/с в приводе с двигателей ПБСГ увеличилось:примерно.з 3 раза по.ерэс-яенив с расчетный.
При'коротких циклах двкжекая резервы, пошяения быстродействия залокекы.в основном в реализаций определенных оптимзлышк законов, двисеняя/Однако при использовании'.двигателей серии ВБСТ-в комплекте с серийно, выпускаеиши ..тнристорнкгіи. системами упразле^ ная типа ЗТЗР в приводах быстрых перемещений искагення задаваема законов .'дакаеяая настолько велики, что использование этих даитатч телей для быстрых позиционных, перемещений является керэцисказь--кш.
Приводы с.силовыми шаговый двигателям:!, серпа,ЕС' ішеятхоро-.-Еэе качество переходных, процессов, разгона а-торчшепия,.чтэ' сзй-. гано с применением разошшутоЁ;.системы,управления..-Однако .таена. недостатки двигателей, как отсутствии -вогмоиностк форсирования. крутящего момента.и негесткость'механической ушрзятерйстцкя.ограничивает быстродействие.приводов с НИМИ.
В сравнений с двигателями ПБСГ я КГ высоксмоы^нтше .двигатели имеют, большое быстродействие,. точнее отрабатывают заданшЗ. закон* движения,, что. делает их перспективными для применения.з год-водах быстрых перемещений.для реализации коротких циклов.
Проведенные .экспериментальные исследования привода с високо-иоыентиыы. двигателем серии ПБВ. для определения быстродействия ...привода при отработке sat различных.законов.двивейия дозволили установить, что практически значимые, различил' в длительности .цмйоз быстрых перемещений имеют место при малых.величинах пути cepsue--щекия, когда скорость движения не является ограюгчивапгда "факторов. В предельном случае время перемещения сокращается при отказе от оптимального косинусоидального. закона изменения скорости и лрименении ступенчатого.
В совокупности результаты исследований позволит сдєл"лї> вывод о том, что при оптимизации циклов перемещений нес-Схолк-'.о
учитывать реальные параметры уехакизмоь,.которые могут'якачлтель^ но отличаться от теоретических, а также о том, что при прочих равных условиях приводы с разомкнутой системой управления киеэт большее быетродейсхвио, лучага динамику., отличаются простотой st надежностью свстеш управления,, малой стоимостью. Задачей их. улучшения-является репеияе вопросов поБшания. точности позиционирования.-лря организации опгЕмалыак (со ступенгсгтьш: снижением.: скоростя) цккяов позкционкык перемещений.
В глава 4 рассмотрены процессы позиционирования рабочего органа, на. иатеыатической модели. Для описания поведения динакичес-кой двухмассовой модели рабочего органа использована обобщенная математическая модель механизма.
Для теоретического исследования (із математической модели использовались следующие наиболее употребимые и легко реалнзуешо, е реальных приводах законы изменения тормозных моментов: постоянный тормозной момент, тормозной момент изменяющийся синусоидально,-коспнусокдально, экспоненциально, к равнопеременно.
Аппаратным средством исследований математической модели была ЭВМ СМ 1420 і По математической модели разработана программа решения дифференциальных уравнений "методом Рунге-Кутта четвертого порядка на языке "SOPTEAH".
Параметры модели,, принимаемые в расчетах, соотвествовали типичному механизму, быстрых перемещений (например, роботу) с двигателем моидостыо порядка і кВт.
По результатам исследований на модели установлен' характер процессов, протекающих при торкоаении," определены закономерности изменения во времени ускорения, скорости к пути ДЛЯ 1-ОЙ К 2-ОЙ массы при различных законах изменения тормозного момента и раз-яечяьхсоотношениях инерционных масс иевду собой.
Для упомянутых законов изменения тормозного момента, получены зависимости, связьшазсщиэ время тор«оаен:тя.Тт, величину начальной скорости торможения ан , точность позиционирования Д?т с'оста-лькьйх^ параметрами торыокения: величиной производной с„ ускорения, ускорением tm , путем торможения т при налички ограничений ка величину ускорения или время перемещена!.
Обработка и анализ полученной на 8Бй обзнрной информации выявило следующие закономерности:
-. эксяон'^щкальЁнЗ,. раяноперэившпй, .спнтеолдяйкнЗ я ісос-вг/есн-додьпнЗ законы кз«зненкя .тормозного момента;, пракладав&екогэ .ко Р~ой тесе, .явяявтеж праігїячязска рэаконенаши .по игкеигадьтсй ?s-лггчзяв дгкаиячеокогог коізекта, оркасааннога к. езязн масс;.
эз.тзо.«.йи2; дгийнетеск^й кокевг.'возшшазгпрз. прилоаеиии. ко. 5-ой йіссе иостояансго.ториозкого мо?яша; при прочих равных.'условиях. .это!' кокет: аопрястаэт. в-. й^рага з ергтаезги .о друпют. законами тормогаяия пиз.одновременной сокращении, времени .тор.юяенжя. в. f ,Б~ 3 разе;
при', прйплиог-долупвняях пагрспность .позиционирования рабочего органа пропорциональна -времена торисголил;, благодаря чему пакікнь-сая. погрешность' ковярояироаанЕЯ. обеспечивайся. прнжспояьзоБаннг постоянного тормозного ноиента;
критерия" (йісародейогвші'.Е іяндегувд.дяюшческях нагрузок.'.противоречат друг-другу: пря лйбом заходе Иоркогения повцзэниа.'биитро-действжя сопровогдается.роотои/дкшааяеозгая яегрузся; разрешение этого противоречия слэдует искать'.з.поис!М!х.хомлроиисокых..реааннй, .есгмдя.кз достижения, заданной точности.как главного критерия, пр;? .обеспйчешпг достаточной прочности элементов привода., расчитакнкй ко нагрузкам, соответегяувзпот требуекоку быстродействию.
Выведенные з данной глаз» расчетшм ^авиекмести могут быть кспользовйен.-дяя оценки, я вкоорапарзактоз позиционных, систем уя-рагяашія.
Пятая r^asajrc'cs/KT?KZ теоретическим исследованиям процесса, цоаяіщбг-зірсгашіт. рабочего органа.с использованием кногоступенча-. того процесса сіїтагігая скорости в приводах навгн с разомкнутой путевой систс-ыой управления. В задачу исследований входили .оптими-сация с-того процесса я сравнение основних его параметров с иара-;/атр-ш процесса позіщсоЕдравалая, реализуемого следягдянк приі.о-Д2КГГ. Оатшязгция позволяет.повысить точность позиционирования кехаккзиоя с разомкнуто»! системой управления, л расширить область іе:. принэяешш. Это имеет больное практическое аиачакяе, определяемое свойствами системы управления:* П7.остогса, надсяностыо, ка-лой стоимостью.
Рггена сяояиая задача шшжззашіа. Еромекя пезацкоякрования ври стутячагем ст«.ж?'ікп скорости.к случайном характере процесса торгяжеккт. Сз решение потребоьоло. выгода зависимостей для расчета среднего квадратиче^кого отклонения точки пояйцшшровзния, иатемстического сждепсі гвлячаа йибегя чз каядой ступени тормо-геакя при гпмэяеши .тормозных момоигсв ко различным упоминавшимся вькае законам, координат точек подачи команд ка переключение скорости, взякчикы сксрсстн погициснярозакяя. При. ргентях точ-
jioctu пок-.щлонированая приняти допуцзния о той, что рассматривается де?еру:;пшроБанкнії процесс со случайкыуа параметрами; ocEda-пыл факторами, влияющими на разброс коордакат точид роаацйонк-рованяя, явя^тся' случайные .мзианенвя .напряжеашг.в пйтаацей.ре^ їи.а изменение. геміературц отдельных.элементов привода.-Для на-». црааония пршшт: нормальный закон распрэделондя era номинального значения, 8 для,температури: отдельных элементов привода .гг,лога-г рифакчесяи. нормальный .закон.
Математическое' садаикз врешна .позиционирования прк отол .
г - .2.'
fcCVj,.,!- (і +'k-t.,)-'
AL. KCV,] 1 П
M[t] я '+ +"—; 2
(І -q)HCVL] 21
2-M[V,3. НСаЗ 2'UCa-j 1-й
' й.' 2 Л '
(s):
!,![Vj_] .(1 + kL) UCVi.,] - M[V-3,
(1 -q) U.[VjJl L%3
где, AL - точность позиционирования;
UlVtl - среднее значение начальной скорости, тормоаекяя;, Ubxl -"среднеа значение- ускорения; ШУі) - средниа.значения скоростей прибыточных, ступеней; k'u - относительные погрешности скоростей;, q - относительная погрешность ускоренная; п - число ступеней торыокения. ' Так как аналитическое решение ..поставленной задаче певозаоїт-:-но,.то для. определения.чхсла ступеней ториоЕення, оптишльньог. величин скоростей на.промежуточных..ступенях торыоаения и координат точек подачи, команд путевши. датчиками разработана программ расчета этих-параметров Численными методами. .Этот алгоритм реа-т лкзует чахоздение, минимума случайной кусочно-непрерывной, функций N взаимосвязанных, детерминированных переменных. Алгоритм минишіт: зации времени торыокения основан на методе наискорейшего спуска'.:. Особенность алгоритма - переменность границ интервала на котором ищется локальный минимум взависимости or расположения этого ми-нимукіа. Исходными данными для расчета являются предельное числа ступеней торможения М, начальная,скорость движения V,, аналити-.. чески определенная скорость позиционирования V„ , обеспечивающая заданную" точность позиционирования, величина максимального, уско-т рекия при торможении и размах колебаний этих величин с учетом їоч>;ости подачи команд управления путевым датчиком. Результатом. -мсчєта :ті:,яю~ся необходимое число ступеней торможения N,
сксростя. Y;_ промэнуточкж ступеней к координаты L-t точек пе-рэклэпения скоростей. ГГрогрэшла реализована на.-ягкяе 3AS1C з операционной среде MIS. Эга.^за грограша использована для исследова-ния влияния на время позиционирования .следующих факторов: погрги-носта подачи команд путевки датчнкоц, начальной скорости торможения, величины предолных значений этих скорости я ускорения а точности позиционирования.
Исследования многоступенчатого процесса позиционирования показали, .что при использовании в нем величин скоростей и координат точек переключения, рассчитанная предлагаемой программой, козет Сыть достигнуто время ториогекия незначительно (до15$). прэвьшшоп;еа врзіїя позиционирования, обеспечиваемое оптшалькыа торкенэниеи приводом со следящей системой упразлеяйя. Устан е-яоно,: что завйсниостъ. времени.поэкциояи^овааия от. числа ступеней тораежеяия не. имеет минимума-и. косит гиперболический характер, "Е"связи с чеы увеличение числа ступекеЗ больше 4 не"дает практически, значимого уменьшения времени позиционирования: Ис-пояьзо-Базкэ одной.или двух прсмезуточных.ступеней торможения. целесообразно при небольшой заданной точности позиционирования я. высокой стабильности параметров движения, что связано с острым ?ач/йуном. оптимально.! фужцші времени торюжэяяя при малом числа ступеней. Следовательно, з диапазоне исследованных точностей позгщповлпрозания 0,1...0,01 им,приводы с разомкнутой системой управления при ступенчатом снижении скорости обеспечивают работу со скоростями'движения-1 м/с и вьпте яри-заданной производительности технологического и"транспортного оборудования.
. Б нестоХ главе описаны результаты исследования процессов позиционирования'рабочего органа портального робота, выпол-йеніга. с целью установлення адекватности разработанных принципов управления, определения степени влияния отдельных факторов па точность позиционирования к разработки методики расчета этой точности.
Для теоретических расчетов использовалась многомассовая модель привода позиционных перемещений, разработанная по обобщенной математической модели механизма и кинематической схеме привода каретки робота.
В исследуемой модели механическая часть привода робота (кинематическая схема см. рис. 3) представлена з пиде шесткмассовоіі
Рис. '. Кинзыатачгск&я cxem .приводь каретки'робота. ,. і - гяежтрэдаигатсяь; 2,Sr , коническая, зубчатая' передача;. 4,6 - реечная передача;.6> электрошгшгхньй фріїкщюіїна'і тормоз; I - вал.двигателя;. II - Еькоднай вал редуктора.
скстекы, расчетная схеыа кс-т. тори представлена на що. 4, Поведений атой chjv.;lj описи-.. ваотся даекадцаїьй д^ферэнцк-алькькя уравнекияки первого.. порядка. Процгесы, происходящий, в тиристорної! преобразователе, описаны урагйеииеи, полученный на основакя»! представления преобразователя апериодическим зве-; воы первого порядка с ограничен-?, ной полосой пропускания, учтены. корректирующая связь и токоограт.. кичеиие. Злектродзнгатель пред-ставлен-'колебательный звеном..
Грограша. расчета .переходных.. процэссов. позиционирования, использована н для расчета перэход-г. ішх процэссов позиционирования .-каретки робота.
Эта программа позволяет с заданной.'дискретностью времени получать.. еп&чєнщі фазовьк-.коордикат лзогх переменных системы б процесс» снижения скорости..
Рис. ,4- Расчетная схеш.иехвнизьа зсареткн. М3 - крутящей шжеит.дв&-. гателя; Иса - момент, сид сопротивления-на. валу дцигателя; II, - оста? точный ыоыеит:торкоза;. Mgp .-. тормозиаЯ ысмект тормоза; МТр - ыомзяг.. сил треЕкя; U* - ыоиент сил сопротивления; oj, - скорости ыасс; о^^г хесткоать.связей ыасе; pi.au,- коэффг.-днеит демпфирования; iivH і«. -пєредаточние отношения; .Щ~.величина зазора; J^ - моменты инерции.
Дегаагша адекватность поведенйя.'-урдеяи, и. реального нехакягма по крятерала.'Стьвдеита її Q по расчетное я полученному о экспериментах распределениям величины выбега каретки робота при изменении пераметроз механизма з иирокгос пределах..
Определена степень влияния отдельных случайных факторов на точность - позиционирования для различных начальных скоростей двя-?. >эння каретки и представлена в виде .-соотношений составляющих об-ПэЯ погрешности.
исследованиями на модели установлено, что наибольшее, влияние, ка точность позиционирования оказывают.погрешность ьадапкя скорое-. та, с которой начинается торыозеиие.и изменение кассы подвкэшкх,. частой(изменение массы полезного груза, перемещаемого кареткой). Этот зывод получил экспериментальное подтверждение. Зависимость выбега и точности.позиционирования "от начальной скорости двкже-. тш даны на рис. 5 и 6.
При увеличении времени торможения с ростом скорости .движения возрастает влияние нестабильности фракционного тормоза "на .точ-, кость позиционирования..
Экспериментальные исследования робота с реализацией.процесса позиционирования с трехступенчатым сяязение'м скорости показали, что если величины тпромеауто^чой скоростк и скорости позиционирова-. ния, а такхе координаты точек переключения:скоростей рассчитаны
Рис. 5. Зависимость выбега Рис. 6. Зависимость точности от скорости. позиционирования от скорости
по программе, приведенной в главе 5, то обеспечивается максимально возможное быстродействие процесса позиционирования при хорелем качестве переходного процесса. При произвольном выборе этих параметров быстродействие снижается, и возможен выход за границы за-
дбкной точности позиционирования. Это говорит о том, что параметры процесса многоступенчатого позиционирования долшы быть; определенным образом оптимизированы.
Полученные данные показали, что существенным резервом повышения быстродействия привода быстрых' перемещений при бояьшх величинах перемещений (движение карзтки по порталу) мож^т. явиться оптимизация скорости перемещения. Ее величина может быть найдена.. решением многокритериальной оптимизационной задачи, в которой основным 'критёряек является быстродействие, а второстепенным г. касса двигателя и механизма и их стоимость.
Кроме того установлено, что перспективным направлением со- . вершенствования организации процесса позиционирования является разработка технических решений.постабилизации скорости позиционирования, і что позволит повысить ее величану при заданной .точности позиционирования и повысить, тем самым быстродействие привода. ' '
-
Существует оптимальная стратегия организации цикла быстрых перемещений, в зависимости от требований к точности позиционирования и временных ссотковений в рабочем цикле машины.
-
Оценку и выбор системы управления необходимо' производить по заданной точности, позиционирования с учетоы зависимостей связывающих ее с остальными параметрами закона движения.
-
Предложенная методика, основанная на различной подходе организации цикле быстрых перемещений-, позволяет получить оптимальные траектории в зависимости от.соотношений составляющих этих циклов пр;: случайных значениях параметров.
-
Теоретические исследования динамики процесса торможения при различных законах торшкения с использованием разработанной для этой цели математической модели динамической системы механизма показали преимущества по быстродействию ступенчатого, снижения. скорости. Результаты моделирования проверены экспериментально на. стенде с использованием, различных типов приводов.
-
Доказана возношость.применения простых и иаденкых систем.. позиционного управления.-иех&низжш быстрых перемещений.при за~„ данной точности позиционирования со': скоростями движения более-1 а/с при оптимизации процесса торможения по разработанным для этой цели оптимизационным прогрэчыам. Проведена -эксперименталь-.11::. яйЗ'.-.ркЕ орга;-;?:-з.!г.!;', перемещения псі; данных скоростях на
- . .18
прс&ізленаом' робото .
8. В результате .ранжрования случйЯкЕі.фалтсроп'.пО' степеня юг валяния на точность попацне&ираванзя установлено прскау^естгеакоз влияния скорости двяз:ения..С учетом результатов рагагирозания разработана .реяоузвдвцяк по посилений точности пзеишонирозаийя.. 7. использование, программа расчета отвального м«>гостуя<ш'гатого процесса снижения скорости"длит транспортной системы груяпсзого, обслуживания станков с ЧПУ заготовками в ПО "Гранят", для ЬптнмЕза-" цяіі процесса торккэная транспортной, тглеапи, обеспечило увеличат-кие.скорости бистрихт.ерекщзиий.трэнспортноЗ тедгххи с 0,73 к/с. до. i,2S м/с пря сохранении точности ясзгадознироганпя. Оптемкззцзя процесса тормоаевяя механизма податі сбрася-шваидого комплекса' ЭЖ Зі3 позволяла устранять автоколебания" прл'зода з точке Останова Л IICEUCHTB ТОЧНОСТЬ ії08іЩЙ0Шф0ВаКЯЯ. ЭкйИ0ИЯЧ9СКИ8 ЭЙфйЯТ ЗТЙХ
кероприятеи свисв 2200GO руб..