1. Техническое задание

Спроектировать САУ деревообрабатывающего станка со следующими параметрами:

Скорость резания υ_рез = 50 – 80 м/с

Диаметр пилы D = 360 – 400 мм

Момент инерции пилы J_н = 0.2 кг*м²

Мощность двигателя P_тр = 14 – 16 кВт

Перерегулирование σ < 30 %

Время регулирования t_p = 0.04 c

Запас по усилению ∆L > 20 дБ

Запас по фазе ψ > 30^o

Рисунок 1 - Структурная схема САУ

З – задатчик;

OУ_1 – операционный усилитель (сумматор главного контура);

OУ_2 – операционный усилитель (сумматор подчиненного контура);

ТП – тиристорный преобразователь (усилитель);

ЭД – электродвигатель (исполнительный механизм);

ДП – диск пилы (рабочий орган);

ДВ – датчик вибрации (местная ООС);

ТГ_1 – тахогенератор (главная ООС).

Рассмотрим структурную схему САУ – рисунок 1, она представляет собой схему с подчиненным регулированием координат, в ней регулирование каждой координаты осуществляется своими регуляторами – вибрации и скорости, которые вместе с соответствующими обратными связями образуют замкнутые контуры. Они располагаются таким образом, что входным, задающим сигналом для внутреннего контура вибрации, является выходной сигнал внешнего по отношению к нему контура скорости ∆U₁=Uз-Uс. Таким образом, внутренний контур вибрации подчинен внешнему контуру скорости – основной регулируемой координаты ЭП .

Задающий сигнал для контура скорости Uз поступает с задатчика (З), который может представлять собой датчик скорости движения обрабатываемого материала или же сигнал задания электропривод может получать от внешней по отношению к нему системы управления более высокого уровня, например автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП) [7].

В качестве сумматоров главного и подчиненного контуров используются операционные усилители ОУ_1 и ОУ_2.

Усилитель, представляющий собой тиристорный преобразователь (ТП) – усиливает мощность сигнала рассогласования с сумматора внутреннего контура ∆U₂= ∆U₁-Uв для использования его в качестве управляющего сигнала U.

Электродвигатель (ЭД), преобразующий входной электрический управляющий сигнал U, в выходную механическую величину – угловую скорость ω диска пилы (ДП), который является рабочим органом. При этом передача вращения выходного вала электродвигателя к валу пилы происходит через клиноременную передачу с передаточным отношением равным 1.

Датчик вибрации (ДВ) преобразует величину вибрации диска пилы (зависящую от угловой скорости ω диска пилы) в пропорциональный электрический сигнал Uв.

Тахогенератор (ТГ_1) преобразует угловую скорость ω диска пилы в пропорциональный электрический сигнал Uс.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ И РАСЧЕТ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ФУНКЦИЙ ВЫБРАННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1 Двигатель постоянного тока

По заданному значению скорости резания найдем требуемую частоту вращения диска пилы и соответственно выходного вала двигателя:

, (1)

где υ_рез – скорость резания, м/с;

D – диаметр диска пилы, мм;

n – частота вращения режущего инструмента, об/мин;

Подставим исходные данные и получим

об/мин (2)

Выбираем двигатель постоянного тока 2ПН180МГ, выполненный со встроенным тахогенератором типа ТС1, так как двигатель отвечает требованиям по мощности и частоте вращения [8]. Двигатели защищенного исполнения с самовентиляцией 2ПН допускают работу с номинальным током якоря при снижении частоты вращения до 0.85*n_ном в течении 1 часа. Кроме того, допускаются кратковременные перегрузки 2*I_ном в течении 60 с.

Технические характеристики двигателя 2ПН180МГ:

1. Мощность 15 кВт;

2. Номинальная частота вращения 1500 об/мин;

3. Максимальная частота вращения 4000 об/мин;

3. Напряжение питания 230 В;

4. Коэффициент управления по скорости вращения 0.1087 об/В*с

5. Коэффициент полезного действия 85.5 %;

6. Момент инерции 0.2 кг*м²

7. Масса 219 кг;

8. Габариты 925х360х354 мм.

Передаточная функция двигателя по скорости вращения:

, (3)

где

k_xx= 0.1087 об*/В*с - коэффициент управления по скорости вращения,

T_m=0.07 c - электромеханическая постоянная времени ЭД при моменте инерции нагрузки J_н=0.2 кг*м² .

Передаточная функция двигателя по скорости вращения примет вид:

(4)