- •Пояснительная записка
- •Содержание:
- •Задание на разработку и исследование электромеханического следящего привода робота
- •1. Основные требования
- •2. Особые требования
- •3. Параметры манипуляционного механизма и требования к исполнительной системе робота
- •1.1.3. Оценка мощности двигателя второго звена
- •1.1.4. Выбор двигателя привода второго звена
- •1.2.2. Силовой анализ манипуляционного механизма
- •1.2.3. Оценка мощности двигателя первого звена
- •1.2.4. Выбор двигателя привода первого звена
- •1.2.5. Определение требуемого передаточного отношения и марки редуктора
- •1.2.6. Проверка правильности выбора двигателя и редуктора
- •1.2.7. Построение приведённой диаграммы нагрузки
- •2. Синтез регулятора следящего привода
- •2.1. Анализ точности следящего привода и назначение требования к его компонентам
- •2.2. Выбор датчика положения
- •2.3. Синтез регуляторов следящего привода
- •2.3.1. Конкретизация требований к следящей системе, выбор её структуры
- •2.3.2. Оценка требуемых значений частот среза разомкнутого следящего привода и разомкнутых подсистем
- •2.3.3. Синтез подсистемы регулирования тока
- •2.3.4. Синтез подсистемы регулирования скорости
- •2.3.5. Синтез регулятора положения привода
- •2.4. Определение динамической моментной ошибки привода
- •2.5. Проверка соответствия требуемой точности
- •2.6. Дополнительные требования
- •3. Выводы
- •4. Список использованных источников информации
- •Приложение
2.2. Выбор датчика положения
Оценка требуемой разрешающей способности датчика с учётом учетверения количества импульсов с помощью квадратурного счётчика производится на основании зависимости:
Из этого следует, что разрешающая способность датчика равна:
Выбираем инкрементный энкодер ЛИР – 180: Nдатч = 1300 диск./об.; Δдатч = 1,2∙10-3 рад;
питание +5В; выходные сигналы – прямоугольные импульсы; максимальная частота вращения вала 10000 об/мин; масса 330 г.
Эквивалентный коэффициент передачи цепи обратной связи по положению:
Составляющая погрешности привода равно:
Для обработки сигналов энкодера выбираем компьютерную плату ЛИР–930–ISA–9pin–G1.
2.3. Синтез регуляторов следящего привода
2.3.1. Конкретизация требований к следящей системе, выбор её структуры
Структура системы контуров подчиненного регулирования изображена на рис.5.
Р ис.5. Структура системы контуров подчинённого регулирования.
Система управления содержит три контура регулирования, которые вложены друг в друга. Самый внутренний – это контур регулирования тока, охватывающего его контура регулирования скорости, а главным является контур регулирования положения. На второй вход регулятора положения поступает задающее воздействие, формируемое управляющей ЭВМ. Это задающее воздействие несет информацию о желаемом положении вала двигателя.
Требования к следящей системе:
1) δд.доп δ4доп · ip = 2,5∙10-3 · 100 = 0,025 рад;
2) Скоростная ошибка δск с максимальной рабочей скоростью должна быть не более δд.доп = 0,025 рад;
3) Время переходного процесса не более
4) Перерегулирование не более 5%;
При синтезе вместо реального движения рассматривается эквивалентное гармоническое движение, где эквивалентная круговая частота равна:
Эквивалентная амплитуда равна:
2.3.2. Оценка требуемых значений частот среза разомкнутого следящего привода и разомкнутых подсистем
Так как перерегулирование не должно превышать 5% применим П – регулятор положения, тогда частота среза:
Так же необходимо чтобы
Скоростная ошибка при движении с постоянной скоростью, тогда
Окончательно выбираем ωс = 30 с-1.
Чтобы система обладала минимальной технической сложностью, достаточными запасами устойчивости и могла работать без перерегулирования, частоты среза по скорости и току, должны удовлетворять следующим соотношениям:
- частота среза внутренней подсистемы скорости,
- частота среза внутренней подсистемы тока.
Рис.6. Желаемая ЛАЧХ разомкнутой системы
2.3.3. Синтез подсистемы регулирования тока
Р ассмотрим контур регулирования тока, образованный с помощью датчика тока, измеряющего ток в якорной цепи двигателя, регулятора тока, силового преобразователя и якорной цепи двигателя.
Рис.7. Структурная схема математической модели подсистемы регулирования по току.
- передаточная функция объекта управления в контуре
регулирования тока, где
- коэффициент усиления силового преобразователя (значение должно соответствовать такому, при котором в установившемся режиме входное напряжение, равное 10В, обеспечивает формирование выходного напряжения, равного номинальному напряжению двигателя),
- коэффициент передачи датчика тока (значение должно соответствовать такому, чтобы при номинальном значении тока якоря выходной сигнал датчика был равен 10В).
- постоянная времени силового преобразователя.
При условии настройки на технический оптимум (при такой настройке получаем минимальное время переходного процесса и перерегулирование менее 5%)
;
При этом ,
где - период ШИМ, - характеризует границу пропускания разделительного усилителя.
Если то .
Тогда и частота ШИМ равна:
.
- коэффициент усиления регулятора тока, где - постоянная времени ПИ-регулятора тока (ее значение равно значению электромагнитной постоянной времени)
- электромеханическая постоянная времени двигателя.
- коэффициент интегральной составляющей регулятора тока
- передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора тока.