2.4. Анализ процессов регулирования

Проведём анализ процессов регулирования с помощью системы Matlab и ее подсистемы Simulink, для оценки выполнения требований ТЗ к точности привода и качеству переходных процессов.

Экспериментальная модель системы показана в Приложении 1.

Зададим параметры системы:

>> Ra=0.65;

>> Te=0.00035;

>> Ke=0.18;

>> Km=Ke;

>> Js=0.341e-3;

>> Kspr=4.2;

>> Kost=0.52;

>> Tmu=2.5e-4;

>> Krt=0.2;

>> Kit=1/Te;

>> Koss=0.0429;

>> Krs=11.37;

>> Kis=123.75;

>> Kosp=20382.17;

>> Krp=0.000347;

>> Trp=0.0359;

Исследуем реакцию системы на единичное ступенчатое воздействие (рис. 13).

Рис.13. Реакция системы на единичное ступенчатое воздействие.

Анализируя график, видно, что Т_пп = 0,058 с, а перерегулирование: .

Для оценки величины скоростной ошибки подадим на вход системы нарастающее с постоянной скоростью входное воздействие: Реакция системы показана на рис.14.

Рис. 14. Реакция системы на нарастающее с постоянной скоростью воздействие.

Из графика определим скоростную ошибку:

Чтобы оценить динамическую погрешность системы, подадим на вход гармоническое воздействие . При этом

Рис.15. Реакция системы на гармоническое воздействие.

Рис.15. Реакция системы на гармоническое воздействие в увеличении.

Из графика видно, что динамическая ошибка δ_д = 1,0003 – 0,9985 = 0,0018 рад.

В результате анализа можно сделать вывод, что полученная система удовлетворяет требованиям к следящей системе, так как δ_д < 0,0019 рад, δ_ск < 0,0019 рад, Т_пп < 0,067 и σ < 20%.

2.5. Определение динамической моментной ошибки привода

Динамическая моментная ошибка двигателя определяется по формуле:

,

где - скорость изменения момента;

- коэффициент моментной ошибки.

Наибольшая скорость изменения момента наблюдается при вертикальном положении вытянутого манипулятора:

Тогда с учётом редуктора:

Динамическая моментная ошибка равна:

Составляющая погрешности привода, вызванная динамической моментной ошибкой равна .

2.6. Проверка соответствия требуемой точности

Уточним значение составляющей динамической ошибки:

После оценки значений всех составляющих погрешности привода, проверим не превышает ли полученное значение допустимого:

Полученные погрешности не превышают допустимых, следовательно, точностные требования к исполнительной системе выполнены.

2.7. Дополнительные требования

1) Для фиксации звеньев в случае аварийного отключения электроэнергии следует установить электромагнитные тормозные устройства на каждом приводе.

2) Для обеспечения работы датчиков положения при аварийном отключении питания следует подключить датчики и контроллер с квадратурным счётчиком к источнику бесперебойного питания.

3) Для работы двигателей постоянного тока от заводской трехфазная электрической сети с напряжением 380 В и частотой 50 Гц, необходимо оснастить мехатронную систему выпрямителем тока.

3. Выводы

В процессе проектирования электромеханического следящего привода исполнительной системы робота были определены двигатели, редукторы, силовые преобразователи в соответствии с требованиями по обеспечению энергетической возможности движения объекта по заданному закону движения с требуемыми зависимостями развиваемых скоростей и усилий. Также был произведен выбор информационных устройств – датчиков обратных связей, которые могут обеспечивать заданную точность привода. Следящий привод работает без тепловой перегрузки. В соответствии с особыми требованиями были рассмотрены вопросы аварийной остановки системы.

Был произведен расчет регуляторов положения, скорости и тока, произведена их настройка и определены коэффициенты датчиков обратных связей для обеспечения требований к исполнительной системе по точности, устойчивости и качеству переходных процессов. Все выбранные в ходе выполнения курсовой работы элементы системы обеспечивают работоспособность при заданных условиях.