37Основные принципы построения машин с программным управлением

В современном машиностроении применяются два способа получения программных движений рабочих органов машины, необходимых для выполнения рабочего процесса. Первый способ, широко используемый в цикловых однодвигательных машинах, состоит в том, что на вход двигателя подается входной сигнал, обеспечивающий получение на выходном звене роторного двигателя вращательного движения, близкого к равномерному, или (в линейном двигателе) – получение циклического возвратно-поступательного движения. Превращение этих простейших движений в требуемые программные движения рабочих органов осуществляется исполнительными механизмами с соответствующими, как правило, нелинейными функциями положения (рычажными, кулачковыми, зубчатыми и др.). Можно сказать, что в таких машинах применяются программирующие механизмы.

Второй способ заключается в получении программных движений рабочих органов за счет соответствующего выбора законов изменения входных параметров двигателей , совокупность которых образует программное управление. При этом для передачи движения от двигателей рабочим органам могут быть использованы механизмы как с линейными, так и с нелинейными функциями положения. Программное управление в последнее время все более широко используется в технологических и транспортных машинах. Часто оно осуществляется рабочим-оператором; таким способом управляются автомобили, самолеты, подъемные краны. Вместе с тем все более широкое распространение получают автоматы с программным управлением, в особенности промышленные роботы.

Программное управление оказывается особенно полезным в тех случаях, когда рабочие органы машины, в зависимости от тех или иных условий, должны осуществлять различные программные движения (например, перемещать груз по различным траекториям). Переход от одного программного движения к другому сводится при этом к изменению программного управления, что в современных системах управления, использующих электронные устройства, осуществляется достаточно просто. При применении первого способа изменение программных движений связано с изменением структуры или параметров программирующего механизма, что требует, по крайней мере, переналадки механизма или замены его отдельных звеньев.

Это преимущество обуславливает широкое применение принципа программного управления в машинах, используемых для гибких автоматизированных производств, в которых необходима быстрая переналадка системы на новый рабочий процесс.

Вместе с тем машинам с программным управлением присущи и некоторые недостатки. На рис. 9.1 приведены схемы машинных агрегатов, в которых рабочие органы совершают возвратно-поступательное движение. В схеме, показанной на рис. 9.1, а, ротор двигателя вращается с постоянной угловой скоростью; преобразование этого вращения в возвратно-поступательное движение рабочего органа (ползуна) осуществляется программирующим кривошипно-ползунным механизмом. В схеме, приведенной на рис. 9.1, б, на вход двигателя постоянного тока с независимым возбуждением подается знакопеременное входное напряжение , вызывающее реверсивное движение ротора, которое с помощью зубчатой передачи и зубчато-реечного механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена – зубчатой рейки; таким образом, в этой схеме используется принцип программного управления.

Сравнивая эти схемы, легко заметить преимущество системы с программным управлением в том случае, если, например, необходимо изменить величину хода рабочего органа. В первой схеме этот ход равен удвоенной длине кривошипа, и для его изменения необходимо изменение этой длины, что требует переналадки механизма. Рассмотрим, каким образом изменение хода достигается во второй схеме. Предположим, что для двигателя может быть выбрана идеальная характеристика (8.5), а входное напряжение изменяется по гармоническому закону

, (9.1)

Подставляя (9.1) в (8.5), получаем

.

Интегрируя это выражение и полагая, что при , находим

. (9.2)

Отсюда легко определить закон движения выходного звена:

, (9.3)

где – передаточное отношение зубчатой передачи, а – радиус начальной окружности зубчатого колеса 3. Из выражения (9.3) видно, что ход рейки

, (9.4)

и для его изменения достаточно изменить напряжение .

С другой стороны, легко заметить, что отклонение хода от его номинальной величины в первой схеме зависит только от точности выполнения длины кривошипа и не зависит от каких-либо других параметров системы. Во второй схеме величина хода зависит от многих параметров, как механических (,), так и связанных с характеристикой двигателя (); поэтому обеспечение точности перемещения выходного звена оказывается в этом случае более сложным.

Сравнивая обе системы, замечаем также, что в первом случае реверсивное движение совершает только рабочий орган машины, а во втором – все звенья механической системы, включая ротор двигателя. Естественно, что динамические нагрузки, зависящие в первую очередь от инерционных сил, окажутся в системе с программным управлением более значительными. Это свидетельствует о большем значении динамических факторов и, следовательно, о возрастании роли динамического анализа при проектировании машин с программным управлением.