2034 мой

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА РОБОТОТЕХНИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА

ТЕОРИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению курсовой работы для студентов специальности 220402 дневного обучения (направление 220200)

Тула 2011

ФОРМУЛИРОВКА ЗАДАНИЯ ПО КУРСОВОЙ РАБОТЕ

Задание по курсовой работе формулируется следующим образом: 1) привести описание элементного состава и принципа работы привода робота, соответствующего Вашему варианту задания

2) провести анализ сервопривода как объекта управления проектируемого следящего привода.

3) Определить структуру и параметры регулятора непрерывного следящего привода робота с заданными элементами усилительно- преобразовательной и силовой части привода по требованиям к его быстродействию и точности.

4) Оценить момент трогания спроектированной системы, а также точность и быстродействие при действии возмущений и нелинейных факторов

5) Разработать алгоритм работы дискретного корректирующего устройства для микропроцессорной реализации регулятора следящего электропривода.

В соответствии с формулировкой исходными данными к заданию являются:

1. тип силовой части привода: электрическая, гидравлическая, пневматическая;

2. вид передаточного механизма (редуктора) от двигателя к нагрузке;

3. состав усилительно преобразовательной части;

4. требования к его быстродействию t, статической s и динамической d точности на частоте w при заданном математическом ожидании M[Mc] и спектральной плотности S(As,ωs) возмущающего воздействия Мс.

Описание привода

Анализ тенденций в отечественной и зарубежной робототехнике показывает, что в последние годы все более активно в промышленных роботах используются электроприводы. Они не применяются только в роботах, предназначенных для работы во взрывоопасных средах и для работы с машинами, оснащенными гидросистемами, по соображениям унификации.

Электроприводы новые серий – это приводы с высоко моментных двигателями постоянного тока, асинхронными двигателями, бесколлекторными двигателями постоянного тока и силовыми шаговыми двигателями.

Электроприводы этих серий в большом диапазоне моментов обеспечивают повышенную максимальную скорость, имеют улучшенные массо - габаритные показатели.

Особенностями электроприводов являются расширенные (до 0,05 Н*м ) диапазон малых моментов, повышенная (до 15*10³ об/мин) максимальная частота вращения, уменьшенная инерция двигателей, возможность встройки в двигатели электромагнитных тормозов и различных датчиков, а также механических и волновых передач.

Основные достоинства электроприводов следующие:

• Компактная конструкция двигателей

• Высокое быстродействие

• Равномерность вращения

• Высокий крутящий момент на максимальной скорости

• Высокая надежность (степень защиты 1Р54)

• Высокая точность (за счет применения цифровой измерительной системы с высокоточным импульсным датчиком)

• Низкие уровни шума и вибрации

• Эксплуатация без проверки и обслуживания (использование бесколлекторных двигателей)

• Взаимозаменяемость двигателей

• Компактная конструкция преобразователей

• Доступность электрической энергии

К недостаткам можно отнести:

• Наличие щеток в коллекторах двигателя постоянного тока

• Ограниченное использование во взрывоопасных средах

• Большую зависимость скорости выходного звена от нагрузки, что приводит к необходимости создания дополнительных контуров регулирования привода

• Наличие дополнительной кинетической цепи между электродвигателем и рабочим органом робота.

Описание электропривода постоянного тока.

Электрический привод промышленного робота состоит из последовательно соединенного усилителя мощности, электродвигателя, передаточного механизма, чувствительного устройства в виде датчиков положения и скорости.

Усилители являются одним из основных звеньев следящих систем и служат для усиления сигнала рассогласования до величины, достаточной для управления исполнительным двигателем и отработки угла рассогласования с необходимой чувствительностью. Известны различные типы усилителей: полупроводниковые, магнитные, электромашинные, релейные.

В следящих системах применяются, главным образом, полупроводниковые усилители на транзисторах, обладающие малой массой и габаритами, высокой экономичностью, долговечностью, надежностью.

В настоящее время следящие электроприводы, как правило, строятся на базе электродвигателей постоянного тока, так как при этом получаются более простые надежные схемы управления.

По способу возбуждения электродвигатели постоянного тока делятся на двигатели с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов.

Двигатели с возбуждением от постоянных магнитов наиболее перспективны вследствие малой инерционности. К преимуществам этих двигателей следует отнести также высокий КПД и независимость магнитного потока возбуждения от изменений температуры окружающей среды.

Принцип действия двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов довольно прост. При наличии напряжения в цепи якоря по его обмотке пойдет ток, магнитный поток которого, взаимодействуя с потоком возбуждения от постоянных магнитов, вызовет вращение ротора (якоря) двигателя. Регулирование угловой скорости вращения якоря осуществляется изменением напряжения якоря.

Передаточные механизмы служат для преобразования одного вида движения в другое, согласования скоростей и вращающих моментов электродвигателя и выходного звена привода.

Чувствительные устройства (датчики положения и скорости) предназначены для определения положения выходного звена привода и скорости вращения вала двигателя.

В качестве датчиков скорости в электроприводе робота, как правило, применяют тахогенераторы постоянного тока. Тахогенератор представляет собой электрическую машину постоянного тока, вал которой соединен с выходным валом двигателя: угловая скорость (частота вращения) его изменяется, а выходное напряжение пропорционально этой скорости.

Электропривод выбирают с учетом динамических свойств при пуске, торможении и изменении нагрузки; диапазона регулирования скорости; вида механической характеристики режима работы во времени и точности поддержания заданного режима; частоты включения приводного механизма.

Вариант задания

Код	Сокращенное Обозначение	tр c	р 1/c	 %	 %	As2	s 1/c
2034	УМ2-ЭП-КН4	0.15	2	4	5	0.05	100

Функциональная схема неизменяемой части системы

УМ

Двигатель (ЭПТ)

Редуктор(КН4)

Нагрузка

Элементы схемы представлены их математическими моделями в форме дифференциальных уравнений согласно варианту задания.

УМ2-ЭП-КН4

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ

Инерционный усилитель – УМ2 – 2000

Ky=1…2; Ty=0.001 c.

Электропривод постоянного тока

ЭП - __30;

E=Uy-Cе*Ω;

;

;

Cе = 0.05 В*с/рад; См=0.06H*м/В

Тэ=0.002…0.004 с; J=(0.5…0.8)*10^-4 H*mc;

Mc=1*10^-1 H*m;

Нагрузка KH4 - ___4;

;

;

Tp=(2…4)*10^-4; ξp=0.3…0.5;

Вставив корректирующее устройство, проверяем работоспособность системы:

Переходный процесс будет иметь вид:

Для технической реализации полученной передаточной функции КУ используем интегро-дифференцирующий фильтр и безинерционный усилитель:

Найдём дискретную передаточную функцию цифрового корректирующего устройства

Период опроса цифрового регулятора выбираем на порядок меньше минимальной постоянной времени всей системы, т.е. :

_{Проведем анализ помехозащищенности системы.}

Спектральная плотность помехи

Найдем дисперсию

Точность позиционирования

Проверим работу системы с нелинейными элементами.

Переходный процесс будет иметь вид:

Также проверим отработку гармонического сигнала:

Переходный процесс будет иметь вид:

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теория автоматического управления. Учеб. для вузов по спец. «Автоматика и телемеханника». В 2-х ч. Ч I. II. Теория линейных систем автоматического управления./ под. Ред А,А, Воронова – М.:, Высш. школа , 1986; - 303 с, 504с.

2. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев А.В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. Учебное пособи для вузов. – М.: Машиностроение, 1985. – 536 с.

3. Задачник по теории автоматического управления / под. Ред. А.С. Шаталова. М.: Энергия, 1979. – 540 с.

4. Топчеев Ю.И., Цыпляков А.П. Задачник по теории автоматического регулирования. Учеб. пособ. Для вузов. – М.: машиностроение, 1977. – 593 с.

5. Теория систем автоматического регулирования. Бесекерский В.А., Попов Е.А., издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, М.:1972. – 768 с.

6. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления . – М.: Наука,1979.- 255 с.

7. Микропроцессорные системы автоматического управления / В.А. Бесекерский, Н.Б. Эфимов и др. под ред. В.А. Бесекерского. – Л.: Машиностроение, 1988.:- 365 с.