автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Микропроцессорный электропривод в системах числового программного управления металлорежущими станками

»8 3 -1 9г.

УФИМСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На прэввх рукописи УДК 62-53: 621.314.632 (0*3.3)

МИХАЙЛОВСКИЙ Анатолий Иванович

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД В СИСТЕМАХ ЧИСЛОВОГО"ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИМИ СТАНКАМИ

Специальность 05.13.07 - Автоматизация технологи-чвских процессов и производств

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

УФА - 1991

Работа шшвэва ее кафедре электрических иашии Уфимского ордена Панина авиационного настигла иы. Сарго Ордаоаикидвв,

Нвучные руководители: доктор технических ваук, профессор Хайрупяив ИД., кандидат технических ваук, доцент Чикуров Н.Г,

Официаяыша оппоненты; докюр технических ваук,

. профессор Шаймардзнов Ф.А., кандидат технических В8ук, с.н.с, Никонов А,И.

Ведущее предприятие указано в решении специализированного оовага,

Защита состоится "_Z2L." & ftfi&rfЯ_ 1991 р.

в " " часов нз заседании специализированного совета по автоматике К-063,17.01 Уфиыского авиационного института им. Серго Орджоникидзе по адресу; г. Уфа, ул. К.Мэркса 12.

Отзывы ва автореферат в двух экземплярах, авверенны® печатью организации, просим направлять по адресу; 450025, г. Уфа, ул, К.Маркса, 12, Уфимский авиационный институт, специализированный совет по ввтоивтике.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского авиационного института.

Автореферат разослав " 19 " ¡w<.'Sf>fP<7 199I г.

Учений jaKpeiapt специализированного совета, канд. техн. наук, дпцант

А.lf,Аминов

4

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

:10Р^ц^Ак1уалъноо'гь мин. Электропривод ( 8П > является одним из векнейших элементов автоматизированных технологичеоких сисгеи.

Основную область применения высокоточных ЭП составляют металлорежущие станки о числовым программным управлением (ЧПУ), предъявляющие к приводу самый широкий круг, часто противоречивых, ¡требований (например: высокое быстродействие, развитая оиотвыа измерительных и диагностических средств, функциональней гибкость и, вместе о тем, высокая помехозащищенность, минимальный объви и унифицированность аппаратных блоков).

Для указанного класса технологических объектов, возможности существующих комплектных 8П из соответствуют всей совокупности предъявляемых требований. Дальнейшее раоширэиие технических возможностей ЭП, при условии экономичеовой целесообразности, трудно выполнить без перехода нэ микропроцессорный вариант управления. Микропроцессорные системы обладают большими потенциальными возможностями, сочетают унифицированность аппаратных средств с функциональной гибкостью. Между тем, очевидно, что преимущества микропроцессорных систем могут быть реализованы только при соответствующей алгоритмическом и программном обеспечении.

Поэтому настоящая огз, связанная с поиском новых г$фак-тивных алгоритмов микропроцессорного управления ЕЛ металлорежущих згэнков с ЧПУ, - актуальна.

Цельи работы ивляется повышение динамической и статистической точности привода в реальных условиях работы подсистемы ЭП-исполнительный механизм (ИМ) станка, реализация преимуществ микропроцессорного управления.

Для достижения поставленной цели особое внимание уделено решению следующих научно-технических задач;

- * -

- раарабо?ка принципов построения алгоритмов микропроцессорного управлении, обеспечивающих минимальный состав локальных измерительных преобразователей учитывающих особенности программного управления, специфику микропроцессорной реализации;

- разработка рациональной системы представления и обработки входной информации и результатов измерений;

- сравнительный анализ и разработка алгоритмов идентификации состояния привода, обяадаювих высоким быстродействии при уиниыэльном отношении сцгнзл/шум последовательности измерений.

Методы исследования. В работе использованы методы пространства состояний, оптимального управления, сплайн-пункций, оптимального оценивания и фильтрации, численного интегрирования. Основные теоретический полонения подтвэряданы экспериментально или методами математического моделирования на ЦОД.

Научная новизна

1, Выявлены особенности оптимального управления в микропроцессорных оиств118х ЭП станков о ЧПУ. С учетом этих особенностей синтезирован оптимальный регулятор, обеспечивающий ыинимуи квадратичному критерию качеотв8.

2, По результатам анализа детерминированного и стохастического подходов к'решению задачи идентификации аостояния установлено, что применительно к ЭП станков наиболее эффективны:

- аппроксимация процесса изменения нагрузки привода диффузионный марковским процессом;

- алгоритмы нелинейной идентификации (фильтрации), основанные на апостериорной оценка коэффициента сноса диффузионного марковского процесса изменения нагрузки ЭП,

Предложен вармнт негинэйного фильтра, реализующего указанный принцип,

3, Предложена методика парохода от аналоговых алгоритмов к дискретным для Н8лкыайццх систем. В основу методики положены

опиоэниз исходной нелинейной системы дифференциальными уравне-ниши в форме Шеннона и йх интегрирование по Стилтьеоу.

Разработаны алгоритмы формирования Виктора задающих воздействий ЭП и первичной обработки сигнале инкрементального ( по приращению пути ) датчика скорости.

Практическая ценность. Продевание в облаоти ЭП и УЧПУ основных результатов работы позволяет:

- рационально использовать преимущества микропроцессорных систем ЭП и УЧПУ за счет распределения задачи управления ИМ отэнка мекду центральным процессором УЧПУ и процессором приводного контроллера (требуемое быстродействие центрального процессора УЧЯУ монет быть уменьшено в 5-10 раз);

- рэсшг-ить технические возможности Ш, что достигается ■реализацией принципов оптимального и комбинированного управления, недостаточно эффективных в существующих системах из-за недифференцируемости задающего воздействия ЭП;

- снизил (минимум нэ 20 - 30$) объем (сто'^осгь) аппаратных средств, повысить ( в 2-4 рэзэ) помехозащищенность привода путем применения новых алгоритмов обработки результатов измерений и нелинейной идентификации состояния;

- на основе предлагаемой методики перехода от аналоговых алгоритмов и дискретным, уменьши» затраты машинного времени (до 50^) процессора приводного контроллера на этапе программной . реализации сложных нелинейных алгоритмов управления.

Реализация результатов работы. Предложенные принципы построения ЭП, алгоритмы управления и нелинейной фильтрации использована при разработка проектной документации НИР и ОКР по созданию перспективных систем ЧПУ с микропроцессорным ЭП нэ НПО "Электронмаи". Рзз'^ботэнннэ алгорипы внедрены в состава программного обеспечения приводных контролеров опытно-промышленных технологических установок и микропроцессорных УЧПУ в двух отис-

левьсс ЮМ,

Апробация работы.. Оововные положения и результаты работы ' докладывались и обоуядалиоы не Воесоюзиой научно-технической консервации "Цроблаыы обработки двталай машиностроения на станках о Ш", т. Свардловск, 198Б г.} вэ Республиканской научао-тохийчэско" конференции "Пути и ыеры по реализации программы внедрения промышленных рчботов, рэзрвбоша робототехнических комплексов и участков -ja ярадприягиях ыащиноотроекия", г.Уфз, Iг., не Ш ВсзсошноЙ ваучно-техничаокой конференции "Диааыи-"ка станочных сисгеы гибких ввгоиэгизироваавых производств", Тольятти, IS88 г.; не Зональной тучно-техничеокой конференции "алчики и срадси'-э первичной обработки информации", г.Курган, 1990 г. i на Республиканской научно-технической конференций "Ра-сурсосбэрегоющан технология иоханооборочного производства", ^.Днепропетровск, I9SO г.

Публикации. По результатам дисоертвции опубликовано 8 печатных работ, получено 3 авторских овидателъствз на изобретения, выпущено 't- отчета по НИР.

Структура и объем работы, диойерюция состоит из введения, чэтырах глав, заключения, описка литературы и приложения. Основ- . " ная часть содержит 152 страницы машинописного текста, 87 отра-ниц рисунков и таблиц. Список литературы включает 122 яаименования. Приложение - 9 страниц,

КРАТКОЕ СОДЕШНИЕ РАБОГЫ

Во введении обоснована актуальность темы, -лив краткая характеристика работы, сформулированы основные научные результаты, выносимые на защиту.

Б первой глзгш выполнен системный анализ 8П в состава комплекса УЧШ - ЭЛ - сгенок (гэхпроцзсс), определены цели рабогы, сфориулирог-ены задачи исследований.

На первом этапе анализе уточнены гехнологичаские требования к диапазону регулирования скорости и полоса пропуояания чаотот ' привода.

Основную облэогь применения иикропроцассорнога ЗП составля-ds многоцэлевцэ осевки (МО) для обработки некрупных дэталой (ди-auesp обработай - на боадэ 410 ш, величина координатных пара-мещений - не болаэ 2 и ) в сэрийнон и мелкосерийной производства общего иашшоотроеиип, Установлено, что минимальная скороыь па-реиещеиия, опредэшэдэя шшюя границу диапазона регулирования окорооти ЁП, з указанных МО зависни, как правило, от требуемой точности позиционирования, Для различных илаооов точности станка требования к точности позиционирования изменяются в 16 раз. Цеяду seu, ¡требования-к диапазону регулирования скорооти яривот доз подачи остаются иеязиенииаи. Показано, что сникевид требований к шнишальпсыу значения скорости пареиецення в 1,5 - 2,5 рэ-за практически не влияет на функциональные харэктэристики стаи- ' коз классов точности Я, П, В,

Ваоокие динаиичаскиа хэракгарисгики ЭП, достижиша в система силовой праобрааоваталь - деятель (СИ - Д) (полоса пропускания частот по скорости - 200 - 250 Г"), а реальных уоловиях работы МО на всегда реализуемы, Основно-' влияние на динамику оя-стеыц ЭП - ИМ оказывают упругие связи, технологические н/изири-тальные иуцы, Йоточнинои технологических шумов язлявтея колебания элементов 0X8яке в процесса обработка, Собсиинные шумы измерительных преобразователей назоваы измерительным иуиоа,

Учитывзя тенденцию к увеличению зесткости динамически нагруженных элеаэнтов станков указанных выш типоразмеров, можно ограничить резльнуи полосу пропускания частот сиогоиы ЭП 7 KU значение« 50-100 Гц и влиянием упругих связей пренебречь*',При ' этой обеспечивается требуемая точность контурной обработки и га-

. S _

сокая производительность НС токэрно-фрезерно-расточной группы.

Ограничение полооы пропускания частот и диапазона регулирования в аналоговом ЭП- на дзет никаких преимущ' :тв. Б микропроцессорном ЭП, на основе эффективных алгоритмов идентификации и обработки информации, мокко варьировать составом измерительной подсистемы ЭП и метрологическими.характеристиками измерительных преобразователей. Это один из путей реализации преимуществ микропроцессорного управления.

Анализ показал, что в общем случае для эффективного управления ЭП необходимы датчик тока и датчик положения. Предпочтительны, как правило, фотоэлектрические преобразователи (ФИ) линейных и угловых перемещений, обладающие высокой стабильностью Однако формирование сигнала скорости на основе серийных ФП пе-ремещэния извзсгвыш способами, требует значительного увеличения (в 10-20 раз) их разрешающей' способности. В МС токэрно-фре-аерной группы из-за технологических шумов реально увеличить рев-решающую способность ФП в 2-4 резв. Технологические шумы имеют, преимущественно, высокочастотный спектр и в аналоговом ЗП легко фильтруются, В микропроцессорной ЭП с принятым вина составом измерительной подсистемы сигнала скорости в аналоговой форме нет. Временное квантование сигнала приводным контроллером и ФП приводит к преобразованию спектра, превращая высокочастотные составляющие сигнала в низкочастотные о неопределенной частотой. Поэтому применение традиционных для аналогового ЭП средств фильтрации ограничено.

При сиктозе алгоритмов управления объектом, подверженного влиянию шумов, необходимо стремиться к обеспечению требуемой полосы пропускания системы 4.ри возможно меньшем контурном коэффициенте усиления. Это условие выполнимо, если задающее воздействие - вектор, содержащий как заданно по выходной координате,

гак и задания по оз виовиа производным. Но пэриод диокротизадая сигналов в современных шнропроцоооориых УЧПУ ланит в пределах 0,01 - 0,025 о, а период дискретизации сигналов а приводно« пои-зролларе нв порядок меньше, и уоловие дифференцируемооти ведающего воздействия не выполняема, Зго oHnsaes в системах о микропроцессорными УЧПУ эффективнооть оптимального и яоыйгаирогэв-ного управления.

¡Вторая глава посвящена синтезу оптимального регулятора основного контура управления, реиенив вопроса физической реэлизу-' емоош регулятора.

В основу синтеза положен квадратичный критерий качества

т = ДР* + jViiAÜUiÄit — min , ' ( I >■

to

при пграничонин на управление

tu

Jf\uzCt>dt — min , < 2 >

to

где ДРХ - оиибкз позиционирования; &Х(Ь) - ошибка привода по скорости; uct) -управляющее воздействие;. Г1( -вооовые коэффициенты. Минимизация интегральной оставляющей критерия (I) по квждой из координатных осей сгэнка в геометрической интерпретации со'отвегсгвуег минимизации разности длин дуг заданного и отработанного контуро—

Анализ показал, что существующие формальные методы синмзэ оп^мальногг по критерии ( I ) управления не учитывают следующие особенности систем ЧПУ: дифференцирующее свойство интерполяторе; недифференцируемость задающего воздействия ЗП; возможность распределения задачи управления формообразованием меяду центральным процессором УЧПУ и процессором приводного контроллер; независимость терминальной и интегральной составлявших критерия ( I ) (возможность разделения во вроиени режимов кс -

- хо -

»урной обрэботки н поэид! жирования).

Праднокено разделить процодуру оингвза на два siana -структурный и параметрический, е этап структурного оинтезв проводить методом вквивзлентвых структурных преобразований. Такой подход позволил распределить згдзчу оптимального управления ывкду фучкциональтши блокаии сисгеыы УЧПУ - приводной контроллер.Структурная схема оптимального регулятора приведена на рио. I, где S - переменная в преобразовании Лапласе. Мг-ро-интарполятор выполняет функции предварительного фильтра и совместно о конгурвыи регулятором минимизирует интагрельную.составляющую критерия С I ). Блок разгона - тормоаания интерполятора УЧПУ рае: :эувх ограничение ( 2 ). Предикагор ониадет влияние чиотого запаздывания, связанного о временным квантовениеы сигналов.

Получены уравнения параметрической настройки регулятора в непрерывном времени для объекта управления с хэрэктерисмчеоким полиномов вида

XP(S)= DCSUCS) , где DiS) - полином содержащий только вещественные корни;

L(S) - полином о комплексны!';! или вещественными корнями.

Обоснованием синтезе регулятора в непрерывном временя является теореме Котельниковэ-Шеннона. В рабочей области частот регулятор приводит ЗП как объект управления к эквивалентной системе, прадстэвляющзй апериодическое звено первого порядке, т.е. достигается глобальный минимум интегральной составляющей критерия ( I ) по входному воздействию ЭП.

Вопросы физической реализуемости регулятора в первую очередь 'Касаются диффереицируеыости задавшего воздействия. Предложен алгоритм микроинтарполяции, удовлетворяющий требованию диф-$еренцир\-еаосЕИ. В качества аппроксимирующего полинома последо-

Структурная схема оптимального регулятора в система ЧП7

Рас. I

зшвдьнооги приращений базового интерполятора выбрана кубича-сезя сплайн-функция

= ап-с3+ Ьпх.г+сп% . (О

да X. ~ свободный параметр, изь. .шяюцийся на интервала базового ивгзрпоивюра Тб от 0 да I с произвольный вегш Н} п= 0, т ПооладоЕвквйьиоогь прирзщеинй микроинтарполятора б Л -и рзсчегном цикла базового инмрполяюрз

Баачвшт ьыоиих разностей от эедавцаго воздействия

г е-1 <п) е- * сп> = А XI - Л ,

да 6 > 1 - показатель разности.

Коэффициенты полинома ( 4 ) определяется ревенивы системы

чдгобраических уравнений:

|СЦ + 8п +■ СЛ = ДРп, ?

[ба„ + = , -п - Т>-1,

где АРп ~ г\ -а приращение базового интерпоадюра; -средняя скорость на интервале 16; -среднее ускорение.

Микроинторполяхрр осдасгвляат геометрическое сглаживание точечно заданной траектории движении центра инструмента, производи стыковку кадров управляющей программы УЧПУ в зависимости от характера обрабатываемого контура. Перечисленные свойства продлокэшшго олгоригиа позволяю? перенести часть задачи управления формообразованием в приводной контроллер, высвободив ресурс центрального процессора НПУ, Это еще один путь реализации преимуществ микропроцессорного 8П.

В третьей глава рассмотрены вопросы идентификащ... состоя-

ния ВП в условиях действия интенсивных шумов и неполной определенности о хероктерэ возмущающих воздействий. Решена задача пе-^ рехода от аналоговых алгоритмов к цискретш» для калииейвкх систем.

Диализ литарагурм по вопросом фильтрация позволил выявить особенности и недостатки основных подходов я решении данной задачи применительно ;t Ш станков,

ДотершншротэнпкЗ подход пред.одэгаат полную определенность о характеристиках основных воааущаюцих воздеЗотвий. В ЭП станков это условие, кок правило, не выполняется я в рейках датараинвро-цэкного подхода па везгда удается найти компромисс иекду хелаа-нш быстродействием процаоса оценивания и эффективностью подавления вумов.

Оснознш результате« стохастического подхода для линейных оиатви являются алгоритм« нестационарной фильтрации Калмона -Бьвси, Здесь при синтеза идентификатора состояния ( ИС ) используются еприорниа вероятностные характеристик!! Еозиуцаювдс воздействий, Однако токиа априорно доступные характеристики процэс-оа, как математическое окидагде и дисперсия, практически на несут полезной (для задачи оценивания) инфораации о характера изменения нагруэкл ЭП отаикоз, Кроио того, фильтр Калыана, коэффициенты которого изменяются в функции матриц кмэриац.;« ошибок измерения я возмущающих воздействий, не оптимален в отношении характера переходит процессов.

В райках стохастического подхода, о использований« принципа модального управления, прадлокои алгоритм иолавайиой фильтрации, основанный на апостериорной оценке коэффициента сноса диффу ионного марковского процесса изменения нагрузки привода.

Задача идентификации (фильтрации) сводится к оценке скорг^-с^и, ускорения и момента статической нзгр., зки 5П не» ртудмотам

измерений ®ока якорной цепи (ддя привода постоянного тока) и саорооги, вычисленной методом первой рэзнооти кода положения. Ц1в» ван ток и скорость - наблюдаемые компоненты лектора состояний, то оценку уонорания найдем из уравнения

ы= (1МС- МН>'Э , С 5 >

где 1ц - входное воздействие (сок) модели механической подоио-

л

Ш; С - коаффивдата пропорциональности} Мн - оцегта при-ведзниого момента нагрузка) Э - приведенный момент инерции.

Оцонка момента нагрузки моаат бить определена иэ диффереи- . цкэдьного уравнения

Мн= 1К1+ , ( 6 )

где Кр К^ - коэффициента фильтра} Ь- со-Ч - овибка наблюдения} У= СЛ- 12 , 1) - ошибка (шум), измерения акороста.

Характеристический полином системы дифференциальных ураваа-8НЙ (5), ( 6 )1

Хр(Б) в ЗБ1^ К^Б + К^ , ( 7 )

Коэффициент Кр К^ выбирайхои »а«, чтобы обеспечить биномиальное распределение корней полиноме ( 7 ): Хр = <А5+ I . Тогда

К^Ю/Л., Ка=3/Ай (0)

или,произведя замену и выбрав функпив ф (Ы), получки

гЭФ<еО, Кг= . (9)

Параметр <Л -это свободный параметр, определяющий время переходного процесса оценивания. Изменяя коэффициенты К^, К2 по закону ( 9 ), в силу ( 8 ), будет изменяться постоянная времени ИС, а, следовательно, и его фильтрующие свойства. При этом характер переходного процесса ИС соответствует заданному распределению когией.

В качеотве параметра Ы принята характеристика изменения нагрузки

Л» Е{МнСО-МнСи} , (10)

где Е - символ математического ожидания; Мц(Ь)а МцН-Т) . Значение характеристики Ы пропорционально коэффициенту спосз диффузионного марковского процесса изменения нагрузки 8П, Величина интервала X совпадает с величиной интервала оценивания и задается ооотаоаваиви X ■> 1/Я2"К3, где К3 - коэффициент определявши Я фильтрующие свойства ИС.

Модифицированное выражение для оценки нагрузки, полученное о учотои ( 10 ) и приведенных замечаний, имеет вид

Мн = (1И1+ Е.Иг) + , где К^ - коэффициент пропорциональности.

пункция $ЧсО выбрана в виде ф (сО = К^еА | , где -- коэффициент чувствительности фильтра.

Результаты математического ыодэлировэний П'кэзоли, что яз-лиаейный фильтр при действии интенсивных шумов ( отнозснио сигнал/шум равно трем ) превосходят по быстродействии стациоварпый наблюдатель в 2-4 раза, обладает пониженной чувствительностью» к изменению параметров идентифицируемого объекта.

Предложенная методика перехода от непрерывных алгоритмов к дискретным предполагает выполнение следующих этапов:

1. Подготовка детализированной структурной схема для непрерывной на линей:-эй система. _ -

2. Замена нелинейных блоков о гладкий характеристиками и линейьлх интеграторов (интеграторов Римвна) интеграторами Стил-тьеса. Структурная схема нелинейного фильтра на интеграторах Стилгьоса приведен на рис. 2.

■ 3. Составление системы дифференциальных уравнений в форме

С1рукт.урнэя схема нелинейного фильтра на интеграторах Стиптьеоа

Р, у-, 0, Ь, У, 171 - внутренние переменные фильтра; 01~ С е - постоянные коэффициенты

Рис. 2

Шаннона и запись первообразных функций интеграторов в вида

К '

Ри 1 = «ч+ РцТ + РгУ+ • • ■ + Рк1тк= 1Рп1тл,С и )

П= о

где Т - период дискретизации; при п 1 - коэффициенты

ряда; К - определяет порядок формул численного интегрирования.

Интегрирование системы дифференциальных уравнений в форме Шеннона по Стилтьеоу, получение рекуррентных формул для коэффициентов соотношения ( II ).

5, Окончательный вибор порядка формул численного интегрирования и значения Т.

Предлагаемая методике позволяет учесть особенности правых частей исходной нелинейной системы дифференциальных уравнений. Полученные на основе приведенной методики минимизированные формулы численного интегрирования уступают по точности только методу Рунге-Кутга того же порядка, но в сравнения с последним требуют на 30-50$ меньшее число операций умножения, выполняемых в цикла.

Предложен алгоритм рекуррентного экстраполятора (РЭ), осуществляющего предварительную об;-зботку сигнала У(гО на входа нелинейного фильтпа. В основу работы Рс положено сопоставление двух последовательных интервалов измерения. Интервал измерения -это период времени между двумя последовательными отсчетами У(п) . Последовательность Ур(п> на выходе РЭ определяется из соотношений: .

Ур( п )• = КпР/1 , если I > 3, У (п ) = 0 ;

Ур ( п ) = К ПР / I , если I < з , о (г> 0 ;

< УР (п ) = КПР У(п) , если 1=0;

УрСгО = УрСп-1), если Ю при У(п)=0,

I >л' при УСп) * О,

где Кяр - коэффициент пропорциональности, зависящий от дискрет-вооги ФП перемещения} I - текущее значение интервала измерения, выракевноа целым чиолом X, I = 1+1, есл,. У(п> = 0} ] - зафиксированное енвчакр.е предыдущего интервала измерения, j=l , воли УСп ) >ф О, I О, РЭ выполняет функции экспандере чашин дискретизации последовательности У(гП , позволяющего стабилизировать огношше оигнзл/иуы в иагшай части диапа-оова окоростай, увеличить динамичеокуа точность измерений,

р чатвдргой глзвд на основа положений и результатов, полученных в предыдущих рэздаявх, выполнена композиция оистемы управления ВП, проведано магеизтичеокоа моделирование оистеиц, рассмотрены вопроси тахщптокоЯ реализации, выполнены экспериментальные исследования.

На этапе композиции уточнены структуры систем управления ЭП в зависимости от способов обеспечения ивариантности, устойчивости, реализаций аппаратных средств. В основу построения структур полонани принципы сигнальной самонастройки и комбинированного управлений по возмущенна (нагрузке), что позволяет: снизить влияние возмуцэюяйх воздействий, два варианте предлихдннис о?руктур учитнвэют такие особенности ЗП, как тип силового преобразователя ( травзиогорный или тиристорный ), дискретность датчика полокания, В случае ограниченной оазрешавдей способности датчика полокания система имеет запаздывание по цепям обрат-вой связи, Здесь приняты дополнительные мары для повышения запаса устойчивости основного контура упр-влания и контура идентификации! включение в систему прздакаторов, организация параллельной коррекции нелинейного фильтра. Результаты моделирования подтвердили -эффективность принятых, для повышения вапаса устойчивости мер. Система с $>Д перемещения о дискретностью Ю4 шш/об амшпюгйчвони устойчива при окорости 0.01 рад/с.

Разработанный при участии автора измерительный праобравовв- . таль ток - код (ИПТК) обладает требуемой линсяноотью и стабильностью статичеокой характеристики, Разулмвты испытаний показали, что суммарная погрешнооть ИПТК о учетом температурного дрейфа на превышает 0,2$. Время переходного процэоса при отупянча-гоа воздействии - но более 5 мко.

Экспериментальные исоледовэния проводились на опытном образце цифрового электропривода (ЦЭП) (разработка ВШШ СЧПУ, г. Ленинград) о высокомоыентным двигателей постоянного токо ПЕВ-112 и тирисгорнш СП. Устройство управления двигателем (У?Л) реализовано на база микро-ЭВМ "Электроника - 60". Код скорооти в УУД вычислялся методом первой разности кода положэния. Дискретность датчика положения - 10^ гат/об, Аппаратные и программные средства ЦЭП были дополнены ИПТК и программный модулей нелинейного ИС, разработанными автором. Оценка окоросги, определяемая ИС, использовалась в базовом программном обэспечания УУД при формировании управляющего воздействия в конгуро скорости

Результаты экспериментов подтвердили оффактивность раэрэ-ботаннг- аппаратных и программных ерэдетв. Применение непинзй-ного ИС позволило увеличить диапазон регулирования окорооти в 2 раза: с 2«Ю3 до Ч-«Ю3.

В приложении приведены оковомичеокоа обоснование ш ¡ро-процеосорного ЗП, документы о внедрении и использовании резуль-тз'гов работа.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТА РАБОТУ

1. Уточнены требования к функциональны» характеристика» 8П в зависимости от типорззавра и класса точности станка. Определены пути повышение эффективности микропроцессорного управления ЗП.

2. Выявлены особеннсзти реализации оптимального (по квадратичному критерию качества) управления в системах ЧПУ с распределенной структурой. Синтезирован оптимальный регулятор основного контура управления, учитывающий особенности микропроцессорного ЭП станков с ЧПУ.

3. Разработан алгоритм ыикроинтерполяции, позволяющий получить высшие производные выходной последовательности интерполятора УЧПУ rto третьей включительно, а, следовательно, повысить порядок астахизма системы до второго. Алгоритм позволяет также увеличить полосу пропускания системы по входному воздействию, без существенного увеличения контурного коэффициента, перенести часть зз-ччи управления формообразованием в приводной контроллер и высвободить вычислительный ресурс центрального процессора УЧПУ.

4. Выявлены особенности решения задачи идентификации состояния 5П станков. Предложен алгоритм нелинейной фильтрации, основанный на апостериорной оценке коэффициента сноса диффузионного марковского процесса изменения нагрузки привода. Предложенный алгоритм в 2-4 pasa превосходит по быстродействию стационарный наблюдатель и не требует априорных данных о характере изменения нагрузки ЭП, необходимых при синтезе фильтра Калмана--Бьюси.

5. Предложенный алгоритм первичной обработки сигнала скорости на входе нелинейного фильтра позволяет стабилизировать отношение сигнал/шум в нижней части диапазона изменения скорости, повысить ( в ¿-3 раза) 'шамическую точность инкрементального (по приращению пути) датчика скорости.

6. Меюдшз перехода от аналоговых алгоритмов к дискретным учитывает ограниченные вычислительные ресурсы приводного контроллера кз этапо программной реализации слойках нелинейных ал-

горитмов управления.

7. Структуры систем микропроцессорного управления, получанные на основе предложенных в работе решений, позволяют повысить эффективность и улучшить характеристики ЭП, снизить влияние возмущающих воздействий.

8. Экспериментальные исследования и результаты ивтвматиче-ского моделирования микропроцессорного БП подтверждают достоверность теоретических положений.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Управление формообразованием олойных профилей о помощью устройств ЧПУ классе С NC / Чикуров Н.Г..Куликов С.И., Михайлов-окий А.И. // В сб.: Оборудование о числовым программным управлением,- 1982,- вып. 7,- С. 4-7.

2. Управление электроприводами станков J Чикуров Н.Г..Михайловский А.И., Гайсин Ш.Ц, // Машиностроитель.- 1985,- й 7.- . С; 18-19.

3. Датчик тока / Урэксеев H.A., Чикуров Н.Г., Гайсин И.Ы., Ыихайловский А.И., Яковлев В.А, //Изв. вузов. Электромеханика 1987,- № 7,- С. 84-87.

4. Повышенно точности и быстродействия цифровых следящих электроприводов в станках с микропроцессорными УЧПУ / Чи.'.уров Н.Г., Цихайловский А.И, //В кн.: Проблемы обработки деталей машиностроения на станках с ЧПУ: Тез. докл. Вснсоюзн. конф,-Свердловск.- 1983,- С. 156-158,

5. Самонастраивающаяся цифровая система управления электроприводами. / Михайловский А,И., Чикуров Н.Г. // В кн.: Пути и меры по реализац::.! программы внедрения промышленных роботов, разработка роботогахнических комплексов и участков на продариг. • т. ях машиностроения: Тез. доил. Республ. конф,.- У,¡г.,- 15£л.~

С. 73-74.

6. Задача идентификации в цифровых оиотемах управления электроприводами / Чикуров Н.Г., Михайловский А.И. // В кн.: Динамика станочных оистем ГАП: Tas. докл. Всееоюзн. конф. -Тольятти,- 1988.- С. 295-296.

7.'Микропроцессорная система управления влектроприводом / Хайруг:ин И.Х., Исыэгилов Ш.Г., Михайловский А.И, и др.// В kh.s Динамика стеночних систем ГАП: Тез. докл. Боесоюзн. конф.-Тольятти,- 1988.- С. 292.

8. Прогрвымно-ызтематическое обеспечение измерительной подсистемы микропроцессорного электропривода / Михайловский А.И. // В кн.: Датчики и средства первичной обработки информации: Тез. докл. Зоь.льной конф,- Курган,- 1990.- С. 65.

9. A.c. 1290255 СССР Самонастраивающаяся система управления / Чикуров Н.Г., Куликов С.И., Михайловский А.И.- Ks 3878642/24-24; Запвд. 05.04.85; Опубл. 15.02.87, Бюл. № 6.- 4 о.

10. A.c. 147I141 СССР Преобразователь тока в цифровой код / Ураксеев М.А., Чикуров Н.Г., Гаисин Ш.м., Михайловский А.И.-«2 4227781 / 24-21; Зэявл. 13.04.87; Опубл. 07.04.89; Бюл.Иг 13,2 с.

11. A.c. 1597730 СССР Способ измерения скорости перемещения и устройство для его осуществления / Чикуров Н.Г., Михайловский А.И., Еахмаев Р.Г., Гзйсин Ш.И.- Кг 4320226/ 24-10; Завял. 26.10. 87; Опубл. 07.10.40; Бюл. № 37.- 6 с.