2.Определение структуры основного контура системы

Схема взаимодействия электропривода и процесса резания

Pzz

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена V, возмущающее воздействие f. Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики, является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т_ПУ. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

Преобразователь электрической энергии (ПЭ) преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т1 и Т2.

УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

КУ - корректирующее устройство. Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

БЗ - блок задания, состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора R3, задает напряжение Uз величина которого определяет величину задания выходной координаты САР.

ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания, например, термопара. Представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т_ДУ. При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение Uос=5 В.

С - сумматор на базе операционного усилителя, безынерционное звено с коэффициентом передачи равным 1. суммирование осуществляется по алгоритму Uс=Uз-Uос.

Ф

Pzz

ункциональная схема основного контура будет выглядеть так:

3.Определение математической модели оу и управляющего устройства основного контура

Для заданной пары инструментальный и обрабатываемый материал выбираем значения коэффициентов и показателей степени: C_N=0.59

Режим резания: V_ном=30 мм/мин, S=0.5 мм/об, t=0.3 мм

В данной системе необходимо стабилизировать силу резания на уровне Р_Z=200 Н.

Паспортные данные двигателя.

Тип 2ПН132LУХА4

Мощность, P 14,кВт

Напряжение, U 220,В

Номинальная частота вращения, n 3150,об/мин

КПД 86%

Cопротивление обмотки якоря 0,08,Ом

Индуктивность цепи якоря 3,5,мГн

Момент инерции 0,048,кг*м²

Постоянная времени, Тду 0,с

Постоянная времени,Тпу 0,с

Преобразователь электрической энергии:

Постоянные времени

Звено 1, Т1 0,142,с

Звено 2, Т2 0,341,с

Преобразователь энергии

С точки зрения динамики процесса преобразователь энергии является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция:

Значение постоянных времени T₁ и T₂ известны, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя:

.

Двигатель

Согласно системе уравнений

I_Я – ток в обмотке якоря

P_Н – номинальная мощность двигателя

U_Н – номинальное напряжение на обмотке якоря

J – момент инерции двигателя

R_Я – сопротивление обмотки якоря

n_НОМ – номинальная частота вращения

w_Н – номинальная угловая скорость вращения

L_Я – индуктивность цепи якоря

Ф – поток возбуждения двигателя

С_М,С_Е – конструктивные коэффициенты

Двигатель можно представить в виде следующей схемы:

Расчёт механической и электромеханической характеристик двигателя постоянного тока с независимым возбуждением.

По исходным данным двигателя 2ПН132МУХЛ4 рассчитаем параметры его

механической и электромеханической характеристик.

,

C_e, С_m-конструктивные параметры двигателя,

Ф-поток возбуждения

,

Рассчитаем номинальный режим работы двигателя:

,

где - номинальная частота вращения двигателя.

I_н- сила тока, протекающего через якорь двигателя,

U_н- напряжение на якоре двигателя,

R_я - сопротивление якоря.

, где - КПД двигателя.

- номинальная ЭДС .

,

М_н – момент на валу двигателя,

- номинальная мощность двигателя.

.