3. Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис. 1:

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена Х, 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. С точки зрения динамики 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.

Функциональная схема будет выглядеть так:

4. Анализ процесса резания

Анализ процесса резания можно провести следующим образом в несколько этапов:

1.Определение состава выходных координат ПР, в качестве которых можно взять температуру в зоне резания, параметры стружки, силу резания, уровень шероховатости обработанной поверхности, износ инструмента, скорость резания и др.

2. Выбор выходной координаты. За выходную координату возьмём температуру в зоне резания, т.к. именно оптимальной температуре резания соответствует минимальный износ инструмента, максимальное качество ПР и др.

3. Математическое описание ОУ: уравнение (1) отражает влияние на температуру различных факторов.

₀ = 267*(V^0.384)*(S^0.132)*(tп^0.098), ⁰С (1)

4. Определение ограничений, в которых должен действовать ПР. Это ограничение: скорость может регулироваться только вниз от номинальной, т.е. уменьшать входную координату процесса резания.

5. Определение состава управляющих координат(УК). На выходную координату оказывают влияние скорость резания V, глубина резания tп, подача S.

6. Выбор управляющей координаты из состава УК, оказывающей наибольшее влияние на выходную координату. Из уравнения (1) видно, что скорость резания эффективнее всего влияет на температуру в зоне резания. Поэтому управляющая координата – V.

7. Определение состава возмущений. По условию, на ПР в качестве возмущения действует изменение величины снимаемого припуска в пределах t п макс – t п мин.

Задание Sз неизменное, но величина S колеблется из-за напряжения сети на (+10%-

-15%) Sз заданного.

Учитывая вышесказанное, ПР в качестве объекта управления можно представить следующим образом:

8. Определение диапазона изменения возмущений.

tп изменяется в пределах от 1.8 до 2.0 мм., т.е. Δtп=0.2 мм.

S изменяется от +10% до –15% Sз, т.е. ΔS=0.25*Sз=0.0525 мм/об

9. Определение отклонения выходной координаты при совместном действии возмущений: температура в зоне резания будет изменяться в пределах

Θмакс=267*45^0.384*1.8^0.098*0.2625^0.132=1022.0 ⁰С

Θмин=267*45^0.384*2.0^0.098*0.1575^0.132=965.8 ⁰С

ΔΘ= 302⁰С

10. Определение диапазона изменения управляющего воздействия.

Изменение выходной координаты двигателя - частоты вращения n или угловой скорости вращения возможно в пределах 180% от минимального, что позволяют технические характеристики двигателя. Таким образом, технические характеристики позволяют изменять V примерно в два раза больше от минимального значения.

Реальное отклонение выходной координаты Θ гораздо больше требуемого + - 5⁰С, а потому необходим синтез САР выходной координаты.