Електропривод і автоматизація роботів і маніпуляторів

Розрахунок потужності навантаження. Контурно-позиційне керування в приводах подач верстатів і ланок роботів. Вибір двигуна і його перевірка. Вибір інформаційних електромеханічних елементів виконавчих систем верстату. Система регулювання положення.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык украинский
Дата добавления 14.08.2011
Размер файла 43,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Полтавський національний технічний університет імені Юрія Кондратюка

Кафедра автоматики та електропривода

Курсовий проект

На тему: Розрахунок системи регулювання ПР

із дисципліни:

Електропривод і автоматизація роботів і маніпуляторів

Виконав студент
групи 502-МЕ:
Овчаренко В.В.
Перевірив:
Шульга О.В.
ПолтНТУ 2010
1. Технічні вимоги
Всі електроприводи металорізальних верстатів підрозділяються на приводи головного руху, подачі і допоміжного руху. ПР більш близькі електроприводи подачі. До них ставлять такі вимоги:
– електропривод повинен бути розрахований для роботи в тривалому режимі відповідно до вимог технічних умов на застосування електродвигунів (ЕД);
– вал ЕД повинен бути пов'язаний із валом тахогенератора за допомогою жорсткою безлюфтової передачі з коефіцієнтом редукції 1;
– датчики положення, пов'язані з ЕД вимірювальними безлюфтовими передачами, повинні бути використанні на повний робочий кут по всіх координатах верстату;
– у режимі регулювання частоти обертання електропривод повинен забезпечити роботу у всіх 4-х квадрантах механічної характеристики при зміні напруги керування в межах +/- 10 В, мінімальну частоту обертання вала ЕД n = 1 об/хв.;
– відхилення миттєвої частоти обертання при зміні моменту навантаження в діапазоні (0,25...0,5) не повинно перевищувати від установленої частоти обертання при 0,5Jдв;
– у діапазоні 1...10 об/хв. - +/- 10%;
– у діапазоні 10...n об/хв. - +/- 0,5%;
– смуга пропускання електропривода зі ЗЗ по швидкості повинна бути менше (20-200) Гц при амплітуді вхідного сигналу 0,1В;
– при частоті обертання n = 1 об/хв., момент навантаження Мст = 0,2Мном, зовнішньому моменті інерції J = 0,5Jдв електропривод повинний забезпечувати зупинку валу після зняття керуючої напруги за 0,5 кута повороту вала ЕД;
– лінійність статичної характеристики електропривода, вхідна напруга керування, частота обертання ЕД у режимі регулювання не більше 5%;
– у системах ЧП ПР головні ЕП і приводи подач повинні забезпечувати режими позиціювання, точність позиціювання повинна досягати 1...2 мкм;
– відносна нерівномірність руху при мінімальній швидкості Кн< 0,3;
– ЕП ПР повинні бути реверсивними;
– необхідний діапазон регулювання швидкості ЕП подачі верстатів складає 10000;
– для зниження динамічних ударів, кінематика ЕП повинна забезпечувати повільність процесів пуску і реверса;
– для високої надійності обладнання ЕП повинний мати необхідні види захисту, блокування , сигналізації і діагностики.
2. Енергетичний розрахунок
2.1 Розрахунок потужності навантаження
Контурно-позиційне керування використовується в приводах подач верстатів і ланок роботів. Відмінною рисою роботи виконавчих двигунів у верстатних приводах є переважне використання тривалого режиму роботи, особливо для верстатів з ЧП, що входять до складу ГПМ.
Розрахунок необхідної потужності для тривалого режиму роботи проводиться наступним чином.
Зусилля подачі по керованій осі дорівнює:
;
де Fр - зусилля різання уздовж осі;
kр - 1,0-1,5 - коефіцієнт запасу;
- коефіцієнт тертя;
FН - сила від попереднього натягу, неврахована в FN;
FN - сума нормальних сил, що діють на направляючі:
FN = (m1 + m2)g;
де m1, m2 - маса ВМ та деталі;
FN = (700 +275)9.81 = 9564.75 Н;
тоді:
Н;
Потужність, прикладена до ВМ у режимі різання:
РМХ = Fnvраб;
де vраб - робоча швидкість подачі;
РМХ1 = 27.0847· 103·0.07 = 1895.9 Вт;
Потужність в режимі холостого ходу:
РМХ2 = (FN+ FН)vmax;
де vmax - швидкість швидкого ходу;
РМХ2 = (0,159564.75 +12000)0,15 = 2015.2 Вт;
2.2 Вибір двигуна і його перевірка
За довідником по найбільшій потужності (2015.2Вт) вибираємо двигун ПБВ 132-L з такими даними:
– потужність, Р =3 кВт;
– максимальна швидкість, =60 с-1;
– момент інерції, J = 0,238 кгм2;
– номінальний момент, Мн = 47,7 Нм;
– напруга живлення, U = 70 В;
– струм живлення, І = 50 А;
– кратність моментів, ;
– опір якоря двигун, rяд = 0.07 Ом;
– стала часу якоря двигуна, Тяд =7.9 мс;
– електромеханічна стала часу, Тем = 12.3 мс.
Визначимо передаточне число між РО ВМ і двигуном:
;
Момент на валу двигуна від сили різання:
;
де - ККД передачі гвинт-гайка ( = 0,85...0,9);
Нм;
Момент на валу двигуна від сили тертя:
Мтр = FNіа + 0,032FнSв/3;
де Sв - крок різьби пари гвинт-гайка;
Мтр = 0,159564.75 2.242·10-3 + 0,032120000,007/3 = 4.11 Нм;
Момент опору на валу двигуна при робочій подачі:
М1 = Мп + Мтр = 34.289 +4.11 =38.4 Нм;
Це значення не перевищує номінального моменту;
М1 Мном; 38.4 47.7;
Статичний момент на валу на швидкому ходу:
М2 = Мтр = 4.11 Нм;
М2 Мтр (4.11 47.7).
Прискорення на валу двигуна:
;
с-2.
Приведений момент інерції механізму:
Jмх = (m1 + m2)ia2;
Jмх = (700 + 275)(2.242·10-3)2=4.910-3 кг·м2;
Необхідний динамічний момент двигуна:
Мдин = (1,2Jд + Jмх)д;
Мдин = (1,20,238 + 0,0049)240? 70 Нм.
Момент опору на валу двигуна, необхідний для прискорення ВМ складає:
М3 = Мдин + Мтр;
М3 = 70 + 4,11 = 74,11 Нм;
Максимальний момент, що розвиває двигун складає:
Мmax = kMном = 1047,7 = 470 Нм;
М3 Мmax (74,11 470 );
Двигун обраний правильно, так, як виконуються умови:
М1 Мном, М2 Мтр, М3 Мmax.
3. Вибір інформаційних електромеханічних елементів виконавчих систем верстату
Вибір типу датчика визначається вимогами по точності системи ЕП, конструктивними особливостями механічної системи верстата, умовами експлуатації.
3.1 Обертові трансформатори
В якості датчиків положення використовуємо обертовий трансформатор. Схеми ОТ забезпечують більш точне перетворення кута розузгодження.
Вибираємо обертовий трансформатор типу ВТ-7:
– режим роботи СКВТ;
– частота, f = 400 Гц;
– коефіцієнт трансформації, kт = 0,53;
– напруга U = 110 В;
– зсув фази -50.
Статична характеристика може бути визначена за допомогою співвідношення:
;
де Uп = напруга живлення;
; В.
3.2 Датчики кутової швидкості
Для вимірювання кутової швидкості обертання в системах ЕППС застосовуються тахогенератори постійного струму.
При виборі тахогенератора необхідно щоб виконувалась умова:
nдв.ном. < nтг.max.
де nдв.ном =об/хв.;
Таким чином вибираємо тахогенератор ТД-201:
– напруга збудження, Uзб = 110 В;
– струм збудження, Ізб = 0,1 А;
– крутизна характеристики, kтг = 0,13 В/(об/хв);
– опір якоря, Rя = 780 Ом;
– nmax = 1000 об/хв.;
– маса, m = 0,49 кг;
– момент інерції, Jя = 23510-7.
– струм максимальний Іmax = 0,2 А;
Визначаємо максимальну вихідну напругу:
Uвих.max = kтгnтгmax;
Uвих.max = 0,131000 = 130 В.
Ом
Для подальших розрахунків Rззш приймаємо рівним 500 Ом.
3.3 Датчики струму
У системах керування ЕП верстата сигнали, пропорційні струму, знімаються із шунтів, трансформаторів струму. Останнім часом у якості датчиків струму ширше використовуються прилади, засновані на ефекті Холу. Якщо в якості датчика обрано шунт, то в подальших розрахунках варто використовувати його коефіцієнт передачі, рівний 1,5 мВ/А, тобто шунт розрахований на номінальний струм 50А, має падіння напруги на опорі 75мВ. робот керування верстат електромеханічний
В якості датчика струму використовуємо шунт з такими характеристиками:
– коефіцієнт передачі - 1,5мВ/А;
– номінальний струм - 50 А;
– падіння напруги на опорі - 75мВ.
4. Розрахунок параметрів системи регулювання положення
4.1 Визначення параметрів структурної схеми ДПС
Для обраного двигуна складаємо структурну схему на основі рівнянь:
Uя = Rя(1+рТя);
;
М = kФія.
Значення kФн у структурній схемі визначається наступним чином:
;
1.1083.
Структурна схема наведена в додатку 1.
4.2 Визначення параметрів контуру регулювання струму в системі ТП-Д
Функціональна схема контуру регулювання струму наведена в додатку 4. В структурній схемі Се = kФн = 1.1083.
Електромеханічна стала часу:
де J - сумарний приведений момент інерції ВМ маніпулятора і двигуна:
RяУ=Rя-активний опір ланцюга якоря
J = 1,2 Jдв + Jмх;
J = 1,20.238 + 4.910-3 = 0.2905 кгм2;
с.
Для визначення параметрів схеми необхідно задатися максимальним значенням Uзт = Uзт max = 10В, що відповідає максимально-допустимому струму якоря Ія max = 2...2,5Ія.ном. і визначити коефіцієнт зворотного зв'язку по струму:
;
;
Задавши, значення опору Rзс = 15 кОм розрахуємо Rос;
;
Ом.
Швидкодія контуру визначається співвідношенням постійних часу:
і рівнем некомпенсованої постійної часу Т. при настроюванні на технічний оптимум Т = 0,01 с., Тос = 0,02 с., ат = 2.
Передавальна функція об'єкту регулювання з врахуванням постійної запізнення тиристорного перетворювача тп і інерційного фільтру в системі СІФК має вид:
;
де kтп = .
;
Враховуючи реальні співвідношення тп < ф у результаті послідовної корекції отримаємо передавальну функцію розімкнутого контуру виду:
;
.
При цьому передавальна функція регулятора струму розраховується по формулі:
;
де Тис - постійна інтегрування:
с.
.
Значення пасивних елементів ЗЗ підсилювача постійного струму знаходяться по формулі:
;
= 13,33 мкФ;
Ом.
4.3 Розрахунок параметрів контуру регулювання швидкості в системі з підпорядкованим контуром струму
Функціональна схема регулятора швидкості з підпорядкованим контуром струму зображено в додатку 4.
Передавальна функція замкненого контуру має бути представлена з врахуванням розрахованих параметрів у вигляді:
;
.
В даній структурній схемі струмів контур і виконавчий механізм представляють собою об'єкт регулювання. В якості регулятора швидкості застосовуємо ПІ-регулятор. Передавальна функція регулятора швидкості має вигляд:
;
При стандартній настройці на симетричний оптимум регулятора швидкості:
Трш = 8Т = 80,01 = 0,08 с.
kрш = ;
kрш = ;
.
Значення пасивних елементів зворотного зв'язку знаходимо, задаючи Rош:
;
Rзш=;
Rзш=Ом;
мкФ;
Ом.
Із-за малого перерегулювання (4,3%) перехідні процеси оптимізованого контуру струму близькі до аперіодичного і тому передавальна функція має вигляд більш простої передавальної функції аперіодичної ланки:
У цьому випадку передавальна функція розімкненого контуру швидкості має вигляд:
Регулятор швидкості компенсував велику сталу часу Тм і динамічні властивості контуру швидкості визначаються більш малою сталою часу Т. Передавальна функція замкненого контуру швидкості:
4.4 Визначення параметрів контуру регулювання положення в системі з підпорядкованими контурами швидкості і струму
В якості об'єкту регулювання положення приймається однократно-інтегруюча система регулювання швидкості в системі КП-Д із підпорядкованим контуром регулювання струму. необхідно доповнити її інтегруванням швидкості для одержання переміщення, ввести ЗЗ по положенню з коефіцієнтом коп і включити на вхід регулятора положення. Утвориться трьох контурна система регулювання положення.
Передавальна функція об'єкта регулювання має вигляд:
;
Для отримання передавальної функції розімкнутого контуру регулювання положення необхідно розрахувати регулятор положення:
kоп = 1;
ап = 4;
=64;
Тоді передавальна функція розімкненого контуру регулювання положення матиме вигляд:
;
.
Параметри регулятора положення визначаються із співвідношення:
;
Rззп = Rзп Wрп = 150006.5·10-2 = 975 Ом;
Rоп = kд.п Rззп = 0,53975 = 516.75 Ом
;
Uзпmax = 10 В.
В.
В результаті проведених розрахунків було отримана структурна схема, в блоках якої записані числові значення коефіцієнтів і постійних часу.
Висновок
В даному курсовому проекті, який є розширенням і закріпленням знань по системам програмного керування промисловими установками, електромеханічними елементами приводів метало ріжучих верстатів і промислових роботів, був вибраний двигун з послідуючою його перевіркою, проведено вибір інформаційних засобів: датчик кутової швидкості, положення і струму, розраховані параметри систем регулювання електроприводів подачі верстатів і промислових роботів.
Результатом є складання структурних схем:
– двигуна;
– контуру регулювання струму
– контуру регулювання положення;
– контуру регулювання швидкості в системі з підпорядкованими контурами швидкості і струму.
Література
1. Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни “Електропривод і автоматизація роботів і маніпуляторів” для студентів спеціальності 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” всіх форм навчання. Полтава, Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, 1999 р.
2. Гусев И.Т. и др. Устройства числового программного управления: Ечеб. пособие для техн. вузов. - М.: Высш. шк., 1980.
3. Ильин О.П. и др. Системы программного управления производственными установками и роботехническими комплексами: Учеб. пособие для вузов. - Минск.: Высш. шк., 1988. - 258 с.
Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

  • Розрахунок потужності і вибір двигуна відповідно до заданих параметрів. Перевірка вибраного двигуна в умовах пуску і перевантаження. Перевірка двигуна по кількості включень та по перегріву. Обгрунтування та вибір елементів схеми. Опис роботи схеми.

    курсовая работа [71,1 K], добавлен 13.05.2012

  • Автоматизація процесів управління електричними машинами. Визначення параметрів електропривода верстата з ЧПК: розрахунок потужності і вибір двигунів при контурно-позиційному керуванні. Інформаційні електромеханічні елементи виконавчих систем верстата.

    курсовая работа [307,1 K], добавлен 22.12.2010

  • Розрахунок електричних навантажень та побудова графіків навантаження підстанції. Вибір потужності трансформаторів підстанції та перевірка їх по навантажувальній здатності. Розрахунок струмів короткого замикання та вибір струмообмежувальних реакторів.

    курсовая работа [1,6 M], добавлен 07.05.2009

  • Етапи проектування автоматизованого електропривода. Розрахунки навантажувальної діаграми руху виконавчого органу та вибір потужності двигуна. Навантажувальна діаграма двигуна та перевірка його на нагрівання, граничні електромеханічні характеристики.

    курсовая работа [800,1 K], добавлен 11.10.2009

  • Конструкція, кінематика, технічні характеристики екскаватора ЕКГ–10I. Обґрунтування і вибір системи електропривода, розрахунок її потужності. Розрахунок регуляторів аналогової системи керування. Моделювання динамічних режимів роботи привода на ЕОМ.

    дипломная работа [5,6 M], добавлен 18.06.2015

  • Функціональні особливості, призначення та технологічні вимоги до приводів подач. Вибір та обґрунтування двигуна, комплектного електропривода. Розрахунок індуктивності реакторів. Розрахунок параметрів об’єкта керування для аналізу динамічних властивостей.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.06.2010

  • Визначення типу привідного електродвигуна та параметрів кінематичної схеми. Побудова статичної навантажувальної діаграми та встановлення режиму роботи електропривода. Розрахунок потужності, Перевірка температурного режиму, вибір пускових резисторів.

    контрольная работа [238,3 K], добавлен 14.09.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.