36 Регулирование положения в электроприводе

Технологические процессы разных машин осуществляются при перемещении исполнительных органов механизмов в заданную точку пространства или плоскости с заданной точностью . Примером могут служить подъемно-транспортные машины , роботы , манипуляторы , механизмы подач металлорежущих станков , кантователи , гидравлические задвижки , клапаны и др.Перемещение исполнительного органа из одной точки плоскости или пространства в другую точку называется позиционированием .Команды на включение и отключение электродвигателя подаются от путевых выключателей. Электропривод обеспечивает заданное положение , контроль перемещения и точную остановку в заданном положении. Перемещение может контролироваться дискретно или непрерывно . При дискретном контроле фиксируется только конечное положение исполнительного механизма . В заданном положении электропривод отключается с наложением механического тормоза. В качестве датчиков положения используются контактные (с точностью действия 0,1÷1 мм ) и бесконтактные ( с точностью 0,01 мм ) путевые выключатели . При непрерывном управлении положением исполнительного органа механизма применяют датчики непрерывного контроля с точностью до ±0,001 мм . Остановка электропривода обычно осуществляется с использованием электрического и механического торможения .

В зависимости от требуемой точности применяют разный цикл работы при остановке : равномерно замедленное движение , переход на пониженную скорость , использование нескольких промежуточных скоростей .

Точность остановки и время позиционирования зависят от нагрузки электропривода и его механической характеристики . При разных нагрузках электропривода изменяется время торможения и снижается точность остановки . Поэтому применяют двухступенчатое торможение : 1) с большей скорости на скорость дотягивания (пониженную) и 2) с пониженной скорости до остановки . Первый датчик положения дает команду на начало торможения с рабочей скорости на пониженную , а второй (датчик точной остановки) – на ототключение электродвигателя с пониженной скорости . Такие электроприводы в режиме позиционирования работают как разомкнутые системы па положению . В замкнутых по положению системах достигается более точное позиционирование.

Рассмотрим точность остановки электропривода в разомкнутой по положению системе при управлении от путевых выключателей . При подаче от путевого выключателя сигнала на начало торможения проходит некоторое время t₁ , пока включатся соответсвующие аппараты управления электроприводом . За это время двигатель пройдет угловой путь , определяемый начальной (пониженной) угловой скоростью ω_нач :

(8.428)

При торможении с начальной скорости до полной остановки кинетическая энергия электропривода расходуется на преодоление сил сопротивления на угловом пути φ₂ :

(8.429)

где М_с , М_т – статический и тормозной моменты на валу электродвигателя .

Суммарный угловой путь электродвигателя от момента подачи команды на торможение будет равен сумме

(8.430)

где (8.431)

Неточность остановки обусловлена разными значениями момента инерции электропривода J , динамического момента М_дин , времени действия аппаратуры t₁ и начальной скорости ω_нач при торможении .Изменение динамического момента вызвано непостоянством М_с и М_т , а начальная скорость может быть разной при конечной жесткости механической характеристики из-за разного статического момента М_с . Разные моменты инерции электропривода J получаются при перемещении разных масс . Каждая величина изменяется в пределах отклонения от среднего значения :

(8.432)

Наибольшее отклонение тормозного пути находится в соответсвии с теорией погрешностей :

(8.433)

где (8.434)

x₁,x₂,...x_n – переменные , от которых зависит угловой путь φ ;

Δx_j – отклонение переменной от среднего значения .

С учетом указанной зависимости φ от переменных находим отклонение

(8.435)

Определяем частные производные :

(8.436)

Подставим (8.436) в (8.435) , учитывая , что переменные в частных производных принимают средние значения :

(8.437)

Преобразуем (8.437) к виду

(8.438)

Наибольшее влияние на угловое отклонение оказывает средняя скорость , с которой начинается торможение электропривода . Определим эту скорость . Для этого обозначим :

(8.439)

С учетом этих обозначений уравнение (8.438) принимает вид :

(8.440)

При позиционировании необходимо выполнить условие

(8.441)

Теперь , зная допустимую погрешность Δφ_доп , из (8.440) определяем среднюю скорость :

(8.442)

торможение с которой обеспечивает заданную точность остановки электропривода.

Для построения механической характеристики , соответствующей ω_ср , обычно принимают , если неизвестно , среднее время дейсивия аппаратуры t_ср = 0,05÷0,2 с, и относительные отклонения времени и скорости в пределах :

При известном максимальном М_с.max и минимальном M_c.min статических моментах и расчетной средней скорости ω_ср строят механическую характеристику для точного останова электропривода (Рис.8.78). Рассчитанная средняя пониженная скорость и номинальная скорость определяют необходимый диапазон регулирования скорости (Рис.8.79)

(8.443)

При этом , кроме точности , важное значение имеет и время позиционирования t_поз .