Воронежский государственный технический университет

УДК 664.327

В. Е. Букатова, Е. В. Крутьев, Д. С. Прохорчук

АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Протекание любого технологического процесса во времени в реальных условиях зависит от различных факторов, влияющих на его ход и имеющих чаще всего случайный характер. Учет возникающих ситуаций с целью воздействия на процесс управления таким образом, чтобы его ход отвечал задачам автоматизированного электропривода (АЭП), возможно только путем оперативного вмешательства в структуру системы каждый раз, когда появляются тенденции к отклонению в ходе протекания технологического процесса. Это достигается введением в структуру АЭП адаптивного устройства (АУ).

Способы адаптивного управления позволяют значительно повысить точность обработки и эффективность использования металлорежущих станков. Применение АЭП с АУ на данном оборудовании позволяет создавать самонастраивающиеся технологические системы, обеспечивающие достижение требуемой точности и заданной производительности при изготовлении каждой детали. Проведено исследование адаптивного устройства в электроприводе постоянного тока, которое позволило линеаризовать структуру электропривода в режиме прерывистых токов.

АУ состоит из нелинейного звена и функционального преобразователя ЭДС (ФПЕ) двигателя. Нелинейное звено имеет характеристику, обратную характеристике управляемого выпрямителя в режиме прерывистых токов. Благодаря этому обеспечивается постоянство коэффициентов усиления управляющего выпрямителя в режиме прерывистого и непрерывного токов. Управляющее напряжение на входе нелинейного звена представляет сумму сигналов, пропорциональных величине тока и ЭДС двигателя. Сигнал, пропорциональный ЭДС двигателя, формируется с помощью ФПЕ, имеющего арксинусную характеристику.

На выходе нелинейного звена управляющее напряжение U_у имеет вид U_у=к_нзU_рс+U_е , где U_е - сигнал пропорциональный ЭДС двигателя, U_рс-сигнал с выхода регулятора скорости, к_нз - передаточный коэффициент нелинейного звена.

Синтезированное таким образом адаптивное устройство значительно улучшило динамические и статические характеристики управляемого выпрямителя в широком диапазоне скоростей вращения двигателя, что было подтверждено в модели, созданной в программе “Micro Cap - 5”.

Воронежский государственный технический университет

УДК 539.213:621.317

Фролов Ю. М., Романов А. В., Стасюк Р.В.

зависимость СЛОЖНОСТИ систем автоматического управления от требований технологического процесса.

Одним из показателей качества изделия в процессе изготовления изделия, является точность. На точность обработки влияют различные факторы, например: износ режущего инструмента, температурные деформации инструмента и детали, кинематические зазоры и многие другие, действие которых должна устранить система автоматического управления, установленная на станке.

Системы управления с распределительным валом просты по конструкции, имеют невысокую стоимость, надежны, обеспечивают управление сложным циклом обработки с участием многих инструментов при достаточно высокой точности. Однако переналадка их очень сложна, поэтому эти системы управления применяют, как правило, в массовом и крупносерийном производствах для обработки достаточно сложных деталей.

Системы циклового программного управления (ЦПУ) имеют достаточно высокую мобильность, просты и надежны в эксплуатации, стоимость их невысока. Точность обработки на станках с этими системами управления средняя, а технологические возможности ограничены осуществлением только прямолинейных перемещений. Системы ЦПУ применяются в серийном, крупносерийном и в массовом производствах.

Следящие копировальные системы имеют достаточно высокую мобильность, обеспечивают управление обработкой сложных плоских и объемных деталей, но управляют работой только одного инструмента. Эти системы управления средней сложности и стоимости, надежны в работе и применяются в серийном и мелкосерийном производствах.

Системы числового программного управления (ЧПУ) являются высокомобильными системами, обеспечивающими управление обработкой сложных деталей с высокой точностью с использованием большого количества инструментов, установленных в поворотной головке или в магазине. Применение мини-ЭВМ в новых системах ЧПУ позволяет резко расширить их функциональные возможности. Применение адаптивных систем управления позволяет значительно повысить точность и производительность обработки, снизить ее себестоимость. Недостатком систем ЧПУ по сравнению с другими САУ является их большая сложность и высокая стоимость. Системы ЧПУ являются основным средством автоматизации мелкосерийного и особенно серийного производства.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.396.015

В. Е. Букатова, В. А. Ушаков

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА

По передаточным функциям элементов функциональной схемы, можно построить структурную схему автоматизированного электропривода (АЭП), по которой удобно судить о динамике системы.

Исследовать динамику необходимо для того, чтобы оптимизировать работу АЭП. Задача оптимизации заключается в нахождении таких параметров структурной схемы, при которых получается оптимальный переходный процесс, то есть отсутствует даже микроперерегулирование, а время переходного процесса сведено к минимуму. Изменяя передаточные функции регуляторов или звеньев обратной связи, можно исследовать динамику системы, то есть получать переходные процессы разного качества. Таким образом, корректируя вышеперечисленные передаточные функции, можно осуществить настройку системы на оптимальный режим работы и добиться наилучшего качества переходных процессов.

Для исследуемого автоматизированного электропривода постоянного тока использовался регулятор скорости типа ПИ, который описывается передаточной функцией вида , пропорциональный регулятор тока – W_рт(р)= К_рт, а звено, стоящее в обратной связи передаточной функцией . При исследовании динамики системы изменялись следующие параметры: постоянные времени - T1, Т2; коэффициенты усиления регулирования - К_рт и К_рс в сторону увеличения и в сторону уменьшения, анализировались при этом их влияние на качество переходных процессов. При каждом изменении параметров рассчитывалась передаточная функция по ошибки. Расчет и построение графиков переходных процессов, а также коэффициентов ошибки проводились с помощью компьютерных программ “Kasper” и “Mathcad”.

Данное исследование позволило определить параметры системы, которые обеспечивают минимальные по времени переходные процессы и практически без перерегулирования.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.317

Ю. М. Фролов, А. В. Романов, Ю. С. Лысенков

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АНАЛИЗА

СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Созданная установка позволяет исследовать динамические характеристики упругой двухмассовой системы при вариации следующих параметров: коэффициента соотношения масс, жесткости, настроек параметров регуляторов.

Учебно-экспериментальная установка состоит из станины, устройства для изменения момента инерции, пружины с переменной жесткостью и двух электродвигателей (ДК1‑23‑000, ДК1-17-000), один из которых является ведущим, а второй электродвигатель (ЭД) выполняет функции нагрузки. Реализовано переключение двигателей для обеспечения возможности исследования обоих ЭД.

Электрическая часть установки смонтирована в специальном шкафу. В ее состав входят: силовой трансформатор, тиристорный преобразователь, защитные и пусковые устройства, устройства системы управления и контроля. На лицевую панель экспериментальной установки выведены основные органы контроля, управления и информационной индикации. Для контроля наличия питания в силовой цепи и режимов работы ЭД на лицевой панели установлены сигнальные лампы различных цветов. На полупроводниковом линейном усилителе реализованы собственные регулировки. Это двухпозиционный выключатель, осуществляющий переключение в контуре скорости П-регулятора на ПИ-регулятор (соответственно, реализуя настройку контура скорости на модульный или симметричный оптимумы) и три регулятора: а) задания напряжения управления; б) глубины обратной связи в контуре тока; в) глубины обратной связи в контуре скорости.

Контроль динамики осуществляется как с помощью запоминающего осциллографа, так и с помощью персонального компьютера типа IBM PC. Для этого используется контроллер фирмы Siemens Simatic S7-200 или специализированная плата аналого-цифрового преобразователя ЛА-70М4. Обработка и накопление графической информации производится программно на PC. Возможен одновременный контроль нескольких координат (скоростей двигателя и механизма, тока двигателя, тока в нагрузочном двигателе).

Экспериментальная установка применима в учебно-исследовательской работе по дисциплинам «Автоматизированное проектирование электроприводов», «Теория электропривода», «Системы управления электроприводами».

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.34