автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.01, диссертация на тему:Синтез параметров динамических характеристик механизмов перемещений автоматизированных станочных систем

й д - ? 9 ?

РОСШСЮЙШ-ДОНУ ОРДЕНА '.ТРУДОВОГО' КРАСНОГО'- ЗгШШЖ «НИШ/Г 'СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ШЖССТРОЕШ

На прэйах рукописи

ГЕРАСИМОВ ВЛАДМП5 АНАТОЛЬЕВИЧ

СИНТЕЗ. 1иРА1{ЕТРОВ'ДИНАШЧКШ )Ш»АКТЕРИСГПШ^ШШШт:1ТЕРПШШЙ •АКММАтаЕИРОВАННЫХ шначшх. сисш.

05.03.01. - - ПроцессыгыехалическоЙ л'.фвзика*-технической. обработка,. станкит инструменты

Автореферат диссертации:.на соискание ученой степени кандидата - технических. наук.

Ростов-на-Дону - 1992

Работа вашнена :в Ростовскогьна-Доку .ордена Тр/довэго Красного' Знаи-гни. нлстктухе 'сельскокозяйотввшагр г:агллгоотрояал

Научг^11 руководитель:, : доктор техническая .иауггг

Вэдуцее щядщгаатЕе" - • РостоБсцгое-па-Дощ ЩЮ "РостИЕШ"

Загцка ■ состоятся 25 фззраля 1932 :Г. в -Ю.чссов на засо-дашга сдецкшшзировЕНКого совета Д.033.27:.02 в Рсгстовско::--ни-Догг/"ордена Трудового Красного Знакгшг институте езльска-хозяйствешого шдшккхтроешш;. 314703,~ г 1 РостоЕ-нс-Доку, ГСП-8, 'ПЛ. Ю. Гагарина, X, ауд. 252...

С.дкссертацагй'ыакво огк&кохглъоя в, библиотеке Ростовско-го-нагДоку ордена Трудового Красного Знаиени института сельскохозяйственного. .шзпшостроешш.

-профессор Тугецгольд А.К.

Офпцмшькгз .оппоненты: доктор гаа-г.чеекп:: наук,

профессор Пув Л.В. кандидат., технических наук, с.н.с. Каганов Б;С.

Автореферат

Учений секретарь

специализированного совета

АВТО? ЗАЩИЩАЕТ:

1. Программу нахождения минимума ку схот о-нгпрерывной' функщге :

■ взачмосвязанных. перемакиых. для определения фазовых. коорди!?йТ ~ точек переключения управляющего воздействия.

2. Результаты сравнктельных кспытаний двигателей приводов быстрых перемеяеяий различных типов с цель», выявления предельных, возможностей по быстродействию.

3. Математическую модель процесса торможения механизма с пера-, ключением гадающих воздействий, основанную на детермингфовакт них процессах со случайными параметрами ...

4. Результаты исследования погрешностей позиционирования пор-: тального робота с. выявлением роли отдельных случайных..,факторов. в формировании общз!1 погрешности позиционирования при- различных скоростях быстрых перемещений, и перемезрешх. массах..

5. Результаты.исследований динамики•позиционных,систем, имеющих. привод., с обратной связью, по окорости и .выявлением роли упругос-твй и нелинвйностей типа-трение при статистическом,подходе к.ре~ яе.юш задачи.

Способ позиционирования рабочего органа, обаспвчиващнйчмшщг малъные потери временя, ,прн заданной точнооти.познциоЕнровашм! с* оптимизацией параметров динамических.характеристик-иеханигмоа. ■

0Б4АЯ ХАРАКТЕРДСТЖЛч РАБОТЫ.

Актуальность. Пировал практика развития ^танков с ЧПУ,ТГО£ и йрошаленвых роботов, .показывает, что один из: основных путей, повышения производительности оборудования ч сокращение ^непроизводительных затрат, времени работы.этого ^оборудования.

.'Повышение, производительности .установленного,, и. вновь. проектн-руеыого оборудования путем сокращения пстерь рабочего. вре]ени.т вспомогательные и транспортные операции достигается увеличением скоростей.перенесения рабочих органов этих машин. При повышения, скоростей перемещен^,, с учетом перехода, на управление станочными системами.от цифровых и микропрограммных.устройств, решао¥ся? проблемы упрощения аппаратной части этих устройств, рационализации программного обеспечения, его сокращение за счетприменения упрощенных алгоритмов управления, оптимизации переходных дина-, мических процессов в приводах.

,Работа выполнялась в соответствии с программой ТКЙТ СССР 0.24 "Гибкие автоматизированные производства" по созданию н освоению ГПС, раздел 01.02.Н6. "Разработка принципов механики, машин и систем машин ГПС1\

Цель работы. Решение задачи совращения времени позиционных перемещений рабочих органов станочных систем при заданной точности позиционирования 15 скоростях: перемещения 1 м/с и более, за .счет реализации в позиционных привода;: законов движения с шнимадшш потерями времени ш переходные процессы при дискретном управлений и учоге случайного характера процесса позиционирования.

Научная новизна. Разработана обобщенная математическая недель механизма быстрых перемещений, описывающая электропривод и отдельные его элементы с учетом обратних и корректирующих связей, к многомасоовую кехаккческув систему с учетом упругости И , см трения, демпфирований и реактивного момента статора электродвигателя, оказизавщего глмтш ка силы трения в ребордах при установке двигателя ка перемещаемой части механизма.

Проведен анализ переходных процессов и установлена степень влияния взда закона двкзенш ка тхеиуаг.ьние ускорения инерционны;: масс механизма и определена реализуемость этих законов.

Выявлена ка модели и под1« верздена экспериментально гипотеза об увеличении асимметрии нормального закона распределены координат точек позиционирования с ростом скорости быстрых перемещений.

Определены методы расчета координат точек переключения задающего воздействия, обеспечивающих минимальные потери времени при тормозекии от скорости перемещения 1 м/с и вьпле.

Установлены©, что тормозное устройство, вводимое для уменьшения выбега, является источником дополнительных дестабилизирующих факторов, и рациональность введения этого устройства определяется тем, в какой мере решены вопросы обеспечения повторяемости законов изменения тормозного усилия.

Практическая ценность. Разработан алгоритм позиционирования рабочего органа, рассчитанный на использование тормозного устройства при разработанных способах и .'стройствох, обеспечивающих повторяемость закона изменения тормозного усилия, гащищз-кых авторскими свидетельстами. Данны рекомендации по использованию двигателей различных видов для механизмов быстрых перемещений со скоростями движения 1 м/с и выше. Предложен способ торможения для систем ЧПУ при исполнении функции СО (позиционирование в заданную точку) при управлении следящими приводами.Доказана на «одели и экспериментально целесообразность использования в позиционных приводах ступенчатого закона изменения скорости при позиционировании с числом ступеней не более 5. Разрабо-

4

танп преграда расчета с^зор-п; косрдж? тггок аорек.теч!?;?^ .-¿и равлшнвт л приеодгд п^сзк-м управдакке;» ступенчатого в? л:— сп псзпц^тср'гзакия о у.гц'жгмм'Ш потере.: вроммш.

Реедираадя' рэпульуйтсз ксслс-догакпЗ. Результаты пссл^Ч'-вавяЗ, !шлпй«'-ннис з дкссэртац!"-'г :>нолр®!"- на Рсотозском-нй-? ну ПО "Грд:*;:?", Мос-ягвстах ярогжо/.етзгшж объединениях кострохт'ЛЬЯчЯ в<шод" у'-'- Сорго Срдяопаккдае к "КраоикП - прол.: • тара?:", СКЗ КО АС г. п СКВ АН и АС г; Нинок пря разра боту.о к создан;:;: ■¡р:-;;спо.д:;сд системы для перемещения поддопоч в ГПС квжшческоЯ обработка, припала полорота рэвольперпоЛ гс-. ЛОВ5« гокпркого полуврто^ата, обрабативаедзго когшлеса о;Ш 31:~», в прх'водах подач гаш* элоктромеханвческнх силовых отолов сорл?. УМ и УЗ, 8кококичес:;:*Й эффокт составил ссьгао 220000 руб,

Апробяшт работы, Осковинв рзчультати работы обсуядени. ч одобрены на Всесоюзных научно-технических конференциях "Конструирование и производство сельскохозяйственных иакин" (Рос-тов-ка-Допу, 1885 г.), "Дкнамкка станочных систем ГАП" (Тольятти, 1888 г.), а текга да ееегодкых конференциям профессором -преподавательского состава РИСК?1а р. 1830-01 г,

Научвуе разработки текнкчеокк•апробировались при проектя-рованяи, испытаниях и доводка устройств и способов управления что отражено в 3 зарегистрированных В!ШЩ отчетах по КИОКР.

Публикации. По 'материалам-исследований опубликовано 12. печатных работ, получено 9 авторских свидетельств на каобротэ— нкя.

Структура и ооъем работы. Работа состоит кз введения, 6 разделов и заключения, изложенных на 102 страницах каииноппско-го текста, содержит 75.рлоункоя, 10 таблиц, список литератур!.! кз 80 наименований, а такке 4 приложений.да 13 страницах, содержание результата расчетов, исходные тексты разработанных программ « документ, подтверядавздай внедрение результатов работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЩ

Во введении обосновывается актуальность работы, кратко"списываются элемента научно?» новизны.

В первой главе для четкого представления проблематики а о5-лаоти создания механизмов и приводов .быстрых позиционных, установочных, вспомогательных к транспортирующих перемещений выполнена классификация проблем, связанных с реализацией таких механизмов. Признаком классификации в свете рассматриваем« в диссертация на-

дач принято соогаовснвй гремела г.ареяэ^ъййл ксполнательпого оргат на » вргиэни остальной части рабочего -цякаа машяи.

Проведен шамшз. работ со тем® даосврхацаи. Проблема« повицаСпи-.. рогсштл рабочего органа йоевящаан работы .советских. е.зьрубеяных уч^яых вколи профессор*-В.К. Твшшккчяева;, В.А. Кудкюза,.А.Я. Ле-; вша, АЛ. З&льдбау».'!», 2.3. Пуша.

Выявлено, что. в. этих работах расскатраваются отдельные вопросы, касатареся законов' движения опр«до;;снньк по критерия иакс&иаль-наго быстродействия-с -учетом .дннашшгмешшгыоа и приводов ..быстрых иереивщевяй. Б го Ее время остались, не эатровуты "и не решались.вопросы сбцей стратегии организации циедоз;быстрые перемещений с-при-, мапеняш. системного. подхода, -пра$усттрнвага&.го учет кикеаатйчес-йях, .точностных параметров и. временных сооткоаений .в. цикле лереме-г • щваия. .

Вводится шзягае,механизма ■ быстрых перемещений, как. совокупности преобразователя., даагателя м ш;сгоаассовой механической ксле-с'й.'1"-эльйой састе«н. .Определяете* обобцанкая.математическая модель, такоголехаякзда с ^четок ограшгеенкй ка фазовые «оордннатн (рис. О..

Рис. 1. ббобгценкая математическая модель привода. П - преобразователь; У - задатчик скорости; В - управлявший выпрямитель; М - двигатель; ТГ - тахогенератор; П - преобрагова-тель; иШ - задавшее воздействие; ип(0 - напряненке рассогласована; иттШ - напряжение тахогенератора; - максимальное напряжение на я^оре; - предельная величина тока якоря;

а1> ~ Условие скорости касс; ф¡_, (р^, - угловые пути масс; с«.1+1~ жесткость связи масс; - коэффициент демпфирова-

ния; — «менты инерций масс; Мс;_, моменты сил

сопротивления и нагрузки; Ду- величина зазора.-

Процессы,. происхсдацга. а тзрясторясы преобразователе, описап?; урамшишетушолуэдапннн: на основании .гредстааяепия .тиристориога

переобразозатэля апэриодцгааскми авекоц: первого порядка с ограниченной полосой пропускания

йия. 1

— « — и„--и ; (1)

<И Т„ ..... Т*

и„=ио-итг (2)

Процессы в электродпггзтеяе огоюывавтся уравнение». 1 '

— „ ---ДЧд —— ; (3)

л ' Тд • ■

; (4)

■» с>1 я ; (5)

Уравнения дЕигеняя 1.- касси <!и. 1 '

-*-.-. ч - ис.о1дп(у^) - Н-^ где:

Л 31.

(7)

°и,иг(п - Фс+|) - ПЛпК -ЛЛ'8*^ - йи1) при 9с+11 > 49'. Меи,- о при 1ф1- <?Хи! < ;

| 1 пря.о£> Г^лСи— ». + |) « I

| 0 пря а- < аи(.

. В уравнениях: ий -шшрлЕскяе дкшаа якоря;. ип - нмфяаепя« рассогласования; ктп - коэффициент передача тзрибторяого яреобра&онаге-ля; IV,- постоянная еремепя преобразователя; иа - н&ордгеяке ездвння..

' ' . 7

скорости; и7Г - напряжение тахоге-лератсра; хя - ток якоря; Ьи^ -разница ыеаду чапряиением ка якоре и величиной протпзо-гДС двигателя;. Та - постоянней времени якорной цепи; - сопротивление якорной цепи; с - коэффициент ЭДС двигателя; о- угловая скорость; <?- угловой путь; Л- момент шзрцж;с^, - кесткостъ к коэффициент демпфи-роаання связи; Д9 - величава зазора; .Ы^-.-.двииущйй ьаиент; Мс - момент сия сопротивления и нагрузки.

Анализ работ позволял сформулировать следующие задачи, кото-руо необходимо разить: ■

- определить предпочтительные законы движения,. обеспечивающие ыинк-щи динамических нагрузок для.оптимизации по критерию максималь-. кого быстродействия и простоту технической реализации;.

- определить общую стратегию организации цикла позиционного перемещения в зависимости от основных его параметров, требований к точности позиционирования, к временных .соотношений в циклограмме работы кашикы;

- вывести аналитические зависимости, связывающие основные параметры двиаения и точность позиционирования, для расчетной оценки и выбора вариантов управления процессом позиционирования;

- разработать математическую модель динамической системы позиционного привода для теоретического исследования дигзыики процесса тормояения при моделировании различных законов торможения рабочего органа;

- исследовать процесс позиционирования с -дискретным снижением скорости при использовании разработанной для этой цели оригинальной оптимизационной программы расчета точек переключения с оценкой и сравнением результатов процесса позиционирования с результатами, получении« при позиционирования, рабочего органа при непрерывном управления, для реиения вопроса о возможности применения простых, разомкнутых систем дискретного управления при скоростях перемещений 1 м/с и выше;

- выполнить теоретические и экспериментальна исследования типичного механизма быстрых перемощений с цель» ранжирования случайных факторов по степени их влияния на точность позиционирования, проверки сходимости результатов, полученных ранее с использованием оптимальных точек переключения при дискретном управлении и.выявления резервов снижения времени перемещения.

Во второй главе рассмотрены результаты теоретических исследований процессов перемещения рабочих органов. Цель исследований -определение стегани влияния законов движения на время цикла быстрого перемеаения и динамические характеристики привода с исполь-

8

гоЕапяец -расяярепдого класса функцииописывающих закона движения рабочего органа.

Решение этой задачи позволяет отыскать резервы ковыпения про-сасодятельпостя ыэикп с короткими циклами двияения рабочих органов, еостг<зл.*зэщ!»л значительную часть. общего времени работы каганы.

i'ipn оптга/таащш законоэ двпдензя по критерии максимального быстродействия ставится задача циняыизацлн функционала

to

I-jFe«(l),U(t))dt ; (8)

t,

где, Fa(X(t),ü(t)) - непрерывная функция определенная вместе с частными проазводиши на всем пространстве фазовых коордкнат и допустасых управлений;.

X(t) - решение уравнений динамики с начальным уело-, вкем Х(Ц)=Ха, соответствующее уравнению U(t);

U(t) - оптагальяое управление, переводящее рабочий

орган кз точки X, пространства фазовых координат .в точку Хй;

t0 и t( - моменты прохождения решения X(t) через точ-. КИ Ка И X; .

Опттлвищая законов движения.производилась с.использоваяиеи принципа макешука Понтряпта, что позволяло расширить.класс опти-инзкруепих функций. Объектом исследования бил часто встречающийся в практике привод поступательного■перемещения с реечной передачей. . Исс-ледовалксь: следующие законы движения: с постоянны« ускоренней без ограничений скорости; с равнопеременны* ускорением; с ускорением, иакяпциися. по синусоида льнегчу п косннусоидальному законам; с пистоянкш ускорением и ограничение?* на скорость к ускорение. В результате исследовании.было установлено следующее:

- вид закона двкяения рабочего органа при его перемещении на заданное расстояние и вид принятых ограничений существенно влияет на' вре:-'Л этого перемещения и динамику привода; для рассмотренных, законов и принятых значениях параметров.соотнесение величия "ррэко-ни перемещения для предельных случаев составило 1,77, а соотнозэ-ние величины ускорении - 3,15 раза;

- полученные результаты киаат наибольшу» практическув ценность для цасик, в рабочих циклах которых время позиционного перемещения составляет основав часть, и применение оптимальных по быстродействию законов двккения дает большое относительное сокращенна времени цикла; ■

: «

м

- пяд спГгшальйога по быстродействию 'а&ййга движения ©лред-эяястся пржхятайл огратгаегаяш;- пргхграинчекшьсхорЬота одтвмалькн -явч

- дается.с райяопэреыешг* ускорзинем,. црц ограничении ускорен ная - закон а постсяншш уо-ссропкеи;.

- приироекгкрованяи праводоа.рабочих.органов двигатель следует иЯцрать • .такии^летобы его крутяащй .ишюнг,. не: являлся.фактором, 'ограЕачквгюцпи йэлнчйны устарений в приводе;,

- точность позиционера ваная рабочего органа, практически нз гавк-4 сиг от вида еакопа ¿вигекет и определяется в основном, отклонени-г яки скорости и ускорения в к&чале процесса тораокения.от расчех-ч хх.7.. свткшльнда. значении.

Третья гяаьа пссвя^епа зкояершгяталькки исследования!;, лро-цэйеов перемещения рабочего органа, реализуемы« приводами. различ- •• кк-тепов, :а именно, .с-сияовш глгогим. двигателей, с двигателем иостояняого тока с электромаггихнш.воз^адонием, с.двигателем.., ис-сгслнаого тода с возбузденкеа от постоянных ыагнктов (еыг.скскс--кеятшл), noi.it,чонного гидропривода..

Эксперименты с кризодаиг проводились на .специально спроектк-роЕпнкои и изготовлением стенде,- позволяющем снять динамический . харамерастикк электродвигателей постоянного тока серии ПБСТ,..1ШВ5 с.тлоеого сагового электродвигателя.ЕС.и гидропривода с гкдромото- ' раю .серии Г15. ..Структурная, схе!ла .экспериментального стенда приведена на рис. 2.

Рис. 2. Схема экспериментального стенда. 1 - система управления; 2 - силовой преобразователь; 3 ~ исследуемый двигатель; 4 - нагрузочное устройство; 5 - тахогенер%тор таг ЗОП; 6 - прибор регистрирующий самопишущий НЗЗЗ-бП; 7 - управляющая ABM МН-7; 8 - оптический датчик пути ВЕ-51М.

В экспериментах получены с"-тюстав;:кые динамические херактерис-т-!'о* ппипоаов, такие как время переходного ппоцесса, величина пе-

10

ререгулировднкя, колебательность рабочего органа при варьировании предельных частот вращения двигателей, моментов нагрузки я яеердешг.

Проведениями исследования?.!:' установлено, что реальные: свойства привода с двигателем ПБСГ в значительной: море отличатся ат расчетных, и несовпадение расчетных, н фактических параметров возрастает с ростом предельной частоты вращения. Это объясняется узкой полосой пропускания систеш управления, обуславливающей воз-нихяовенпе перерагулировашш и колебательности, влекущих за собой значительное увеличение времена переходного процесса ториолання в сравнения с расчетным и сальные искажения заданного закона, дапяс-ния. Капр:тар, время тормовения е.. частота вращения ПО 1/с в приводе с двигателей ПБСГ увеличилось гпримерно.в 3 раза по.срэскенпв с расчэтнш.

При коротких циклах движения резервы, повызення бастродаЗст-гня задояены.в основном в реализация определенных оптииальшгх законов. движения.7Однако при использовании'.двигателей серии ПБС.Г. Г; комплекте с серийно выпускаеиьми ..тирнсторнкгд. системна управления типа ЗТЗР в приводах быстрых, перемещений иск,агония задаваам^ законов .'^шявяая • настолько' велики , что использование этих дангаич твлей для быстрых позиционных. переиеарниЗ является кврэцкокадь--кш.

Приводы с.силсЕ'.лс! шаговый двагателямп.серпы,ЕС ¡шея?.хоре-.' сэе качество переходных, процессов, разгона & тор^озегош.-что сзй-. гано с применением разошснутоЗ скстеиы управления. Однако .таена., недостатки двигателей, как отсутствии вогм.огности форсирования. крутящего момента.и нечеткость механической характеристика.ограничивает быстродействие.приводов с нши.

В сравнений с двиаделяыи ПБСГ 'и ЕС высокс^о^нтяие .двигатели нмевт большое быстродействиеточнее отрабатывают заданны:! 'закон* движения,. что.делает их перспективными для прииенекия.'а приводах быстрых перемещений.для реализации коротких циклов.

Проведенные экспериментальные исследования празода с высоко-иоыентиыы. двигателем серии ПБВ. для определения быстродействия привода при отработке т различных законов ДЕилеккя позволили установить, что практически значимые различия в длительности.Цкклоз быстрых перемещений имеют место при ыалых.величинах пути етрв«е~ щения, когда скорость движения не является ограничивавши "факторов. В предельном случае время перемещения сокращается при отказе от оптимального косинусоидального. закона изменения скорости и применении ступенчатого.

В совокупности результаты исследований позволит сдел-ли вывод о том, что при оптимизации циклов перемещений иес-Сходкго

учитывать реальные параметры уехакизмоь,. которыэ могут' якачптель-но отличаться от теоретических, а также о том, что при прочих равных условиях приводы с разомкнутой системой управления ккеэт большее быстродействие, лучага динамику, отличаются простотой !! надежностью системы управления,, малой стоимость». Задачей их. улучше-ШлЯ- является репеиле вопросов повшеаая. точности позиционирования, при организации. опгЕмалыак (со ступенчатым снижением. скорости) циклов. позиционных поремецениГ;.

В глава 4 рассмотрены процессы позиционирования рабочего органа на математической модели. Для описания поведения динамической двухмасссвой модели рабочего органа использована обобщенная математическая модель механизма.

Ддя теоретического исследования на математической модели кс-нользовалясь следуйте наиболее употребимые и легко реализуемые, е реальных приводах законы изменения тормозных моментов: постоянный тормозной момент, тормозной момент изменяющийся синусоидально,-коспнусокдально, экспоненциально, к равнопеременно.

Аппаратным средством исследований математической модели была ЭВМ СМ 1420. По математической модели разработана программа решения дифференциальных уравнений"методом Рунге-Кутта четвертого порядка на языке "ФОРТРАН".

Параметры модели,.принимаете в расчетах, соотвествовали типичному механизму, быстрых перемещений (например, роботу) с двигателе« могщостыо порядка 1 кВт.

По результатам исследований на модели установлен характер процессов, протекающих при торкоаении," определены закономерности изменения во времени ускорения, скорости и пути для 1-ой к 2-оГ: массы кри различных законах изменения тормозного момента и раз-якчяьж соотношениях'инерционных масс иевду собой.

Для уиоаянутых законов изменена тормозного момента, получены зависимости, связывазсщие время торложон:гя.Тт, величину начальной скорости торможения ан , точность позиционирования с'остальным;^ параметрами тормокения: величиной производной 6« ускорения, ускорением е„ , путем тормокания <?т при наличия ограничений ка ве-. личину ускорения или время перемерзши.

Обработка и анализ полученной на ЭВМ обшфной информации выявило следушцие закономерности:

экспонаацЕалькыЗ,. равноперзмаягыЗ, -спвуооядзльккЗ я хосэдгссп--далъпкг? законы изданеаия .тормозного моментапрнкяадаваегхогэ .ко £~о2 цассе, .является практически рзэноценаыуи по цаксшгаль.тсй гагет^ дгкакячсвкогсг кокеита, яргасданного к. сзяза масс;.

- эаж&льшиЗ; даягавяескяй мокввг.-воаппиат' прд цжходешш. ка5-ой «весе иостояансго, тормозного когюкта; при прочих равных, услсвитк. .это* йомеиг аопрястаэт в-. 2-раза з сргзяезек с другим», закся&ри термозита пса. одновременной сокращении времени .тормояешм. в. I ,Б-

О ГЛчл »

«V у

- при пр'йнлткг-д£>п)т1зшж яагрепносзъ.псгицгширования рабочего органа пропорхщапальиа времена тормсгезия;, благодаря чеиу накнень-S5.ii. погрешность' позиционирования. сбеспгчнвасгтся. прижепоиьзовавии постойшого тормозного ''оионта;

- критерия быстродействия к |{и№?>уиа.днкааическах нагрузок противоречат друг друг/: при двбом законй:.юркогзния повипйнке.быитро-дейотзтгя еопровоЕдается.росто'л.'Дишзгичоскнх яегрузск; разрешение этого противоречия слэдует искать', в. поисках. хсшромисскых..рещзннй, .ксгмдя. из достижении. задсстоЗ точности.как главного критерия, пр.-? обеспечения достаточной прочности элементов привода., расчятакнкй по нагрузк-ян, ссотзетсгчукз:'.» требуеисьу быстродействию.

Выведенные в датой глав» расчетное ^авискиссти когут быть кспользоваш.-дяя оценки, я вибора.вариантов позиционных, систем управления.

Пятая глаюлссгш;?»*. теоретчесхям исследованиям процесса. позицяокЕрсванжг.рабочвго органа, с использованием иногоступепч».-. того процесса с:пе:э:п;я скорости в приводах ¡«толк с разомкнутой путевой скстсыой управления. В задачу исследований входили .оптимизация »того процесса л сравнение осиовник его параметров с параметр::«?! процесс?» позгщионяровалйя, реализуемого следящими приседает, Оатвмязггэтя позволяет, повысить точность позиционирования кехаккзмоя с разомкнутой системой упраи/сния и. расширить область п;;. прикзяеная; Это имеет больвов практическое значение, спродоля-с-уоо свойствами системы управления:'простотой, надсянастыо, малой стоимостью.

Рекеяа сяояиая задача шшжззаши. Еромекя позиционирования при ступзячагсм стдачип скорости.к случайной характера процесса торгяжеккя. Ез решение потребовало. выгода зависимоствЯ для расчета среднего 1шадр&тиче<чсого отклонения точки позиционирования, математического окадалсл величия вибеп» ча каздой ступени тормо-геиия при изменении .тормозных моменгев по различным упоминавшимся вьае законам, координлт точек подачи команд ка переключении скорости, величины скорости погящгсиарозаная. При расчетах точ-

13

поста яоя-.щаонировешя приняты допуцзния о той, что рассматривается доте^ннровааний процесс со случайны«! параметрами; осеов-и!ш факторгии, вдйяощкма на разброс координат tow позицйоня-ровшша, явлк1яся;0лучайинэ .изменения дашриешигв потавдей-ре^ '¿•«.и ivsnsmiws..температура отдельных элементов привода. Для на-», прааоння принят:нормальный закон распрзделонкя era номинального значения, а для тсшератури:огдешшх элементов привода - дога--рифакчесяи. нормальный ,закон.

Математическое' оЕЯдаикз врешна лозацаонироваяия прк отол .

2 ■ .2,

AL. KCV, ] 1

M[t] я ---+'——

fcCVt.,1- (i .,)■'

2-M[V,]. НСаЗ 2>U[a] i-2 'ft.' 2 % !.![Vj_] «С1.+ UCVi.,] - M[V-3

(i -q) U14О L%3

(1 - q)H[VL]

(s):

где, ДЬ - точность позицианироваадя;

Шг,] - среднее значение начальной скорости, тормоаения;, М£а1 -'среднее значение. ускорения;

11[Уи1 - средина.значения .скоростей прибыточных, ступеней; - относительнна погрешности скоростей;, Ч - относительная погрешность ускоренны;-п - число ступеней тормокения.'

Так как аналитическое решение ..поставленной задачи нввозмож*.-но, .то для.определения.числа ступеней тордакенкя, оптимальных, величия скоростей на . промежуточных, ступенях торшаения и координат точек подачи, команд путевыми, датчиками разработана програша расчета этих-параметров лшсленньши методами. .Этот алгоритм реализует чахоздение минимума случайной кусочно-непрерывной, функции N взаимосвязанных, детерминированных переменных. Алгоритм минимизации времени тормокения основан на методе наискорейшего спуска.'. Особенность алгоритма - переменность Границ интервала на котором ищется локальный минимум В■зависимости от расположения этого минимума. Исходники данными для расчета являются предельное числа ступеней торможения Н, начальная,скорость движения V,, аналити-.. чески определенная скорость позиционирования V* , обеспечивающая заданную - точность позиционирования, величина максимального, ускорения при торможении и размах колебаний этих величин с учетом 7оч>;ости подачи команд управления путевым датчиком. Результатом-Расчета яваяюгся кеобходгыое число ступеней торможения N.

14

п

сясростя. • прсмэяуто'шых ступеней ж коордшг&ты L-t точек пе-рэюз«геяия скоростей. Программа реализована иа.-йзкке BASIC з операционной среде KTS. Эга.рз программа. попользована для исследования влияния' на время позиционирования.следующих факторов: погрзпг-ностл подачи команд путевьл; датчикоц, начальной скорости торможения, величины предолных значений этих скорости я ускорения и точности позиционирования.

Исследования многоступенчатого процесса позиционирования показали, .что при использовании в нем величин скоростей и координат точек переключения, рассчитанных предлагаемой программой, козет быть достигнуто время ториозгеиия незначительно (до ■ 15$). превышающее врэдо позиционирования, обеспечиваемое оптиыалькым тормснэниеи приводом со следящей системой управления. Устан е-яоно,: что зависимость. времени.позиционирования от числа ступеней торасжеяия не, имеет ымнимуыа'и. косит гиперболический характер, з связи с чей увеличение числа ступеней больше 4 ке дает практически. значимого уменьшения временя позиционирования, йс-пояьговазкэ одной или двух промежуточных ступеней торможения, целесообразно при небольшой заданной точности позиционирования я. высокой стабильности параметров движения, что связано с острым ыата^ъюм. оптимальной фужщш вр«иски торможения при малом числа ступеней. Следовательно, з диапазоне исследованных точностей поз:пщокпрозакия 0,1...0,01 им, право,да с разомкнутой системой управления при ступенчатом снижении скорости обеспечивают работу'со скоростями'движения "1 м/с и вькге яри-заданной производительности технологического и транспортного оборудования.

. Б игстоХ главе описаны результаты исследования процессов позиционирования'рабочего органа портального робота, выполнение с целью установления адекватности разработанных принципов управления, определения степени влияния отдельных факторов па точность позиционирования к разработки методики расчета этой точности.

Для теоретических расчетов использовалась многомассовая модель привода позиционных перемещений, разработанная по обобщенной математической модели механизма и кинематической схеме привода каретки робота.

В исследуемой модели механическая часть привода робота (кинематическая схема см. рис. 3) представлена г виде шесткмассовой

15

скстекы, расчетная схеда кс-■гсрой представлена на р;;с. 4, Поведений атой описи-..

Бается двенадцать» &:фферэнцк-алькьсг,: уравнениями первого., порядка. Процессы, происходящее., в тиристорко» преобразователе, огисаии уравнением, полученный на осиоаашы представления преобразователя апериодическим ввэ-. ®оы первого порядка с ограничен-, ной полосой пропускания, учтены. корректирующая связь и токоогра-г ничокие. Электродвигатель пред-' ставлен колебательный званом...

Ррограша, расчета .переходных., процэссов. позиционирования использована н для расчета пераход-ных процессов позиционирования. каретки робота.

Эта программа позволяет с заданной." дискретность» времени получать, значения фазовых..координат лзогх переменных системы в процесс» гж-жения скорости..

Ркс. А. Расчетная ехеш.кзханкз&а зсаретки. М3 - крутящий цоыент двигателя; - момент сил сопротивления на валу двигателя; Мв - остаточный ыоыент торкоза; - тормозной ысаелт тормоза; МТр - ыомзяг.. сил трения; и< - ыоаент сил сопротивления; о;, - скорости ыасс; с: ;»г жесткость связей масс; коэффициент демпфирования; 1ми 1»,. -

передаточние отношения; .¿Ць-.величина зазора; .1;, - моменты инерцвй.

Б

Рис. Ккнзиатачгская схеш .привода кареш; роботе.

I - глехтрэдаигатоль; £>Б - , коническая'. зубчатая' передача;. 4,6 - реечная передача; 6 -эле ктроцегшшйй фркцкошшЛ ториоз; I - вал.двигателе;.

II - выходной еал редуктора.

Лежака адекватность поводеняя:.-.мрдели, и. реального мэхагдама по критерия« .'Стьвдеита и 0 по расчетной я полученному а экспериментах распределениям величины выбега каретки робота при изменении яесаметроз механизма в широких пределах..

Определена степень влияния отдельных случайных факторов на точность позиционирования для различных начальных скоростей дви->эния каретки и представлена в виде.соотношений составляющих об-ПэЯ погрешности.

Исследованиями на модели установлено, что наибольшее, влияние, на точность позиционирования оказывант.погрешность ьаданкя скорости, с которой начинается торыозение.и изменение кассы подписных часта:! (изменение массы полезного груза, перемещаемого кареткой). •Этот зызод получил экспериментальное подтверждение. Зависимость гыбэга и точности позиционирования от начальной скорости движения даны на рис. 5 и 6.

При увеличении времени торможения с ростом скорости движения возрастает влияние нестабильности фракционного тормоза "на .точ-, ность позиционирования..

Окспериментальные исследования робота с реализацией.процесса позиционирования с трехступенчата сяязением скорости показали, что если величины промежуточной скорости и скорости позиционкровз-. ния, а такзе координаты точек переключения скоростей рассчитаны

Рис. 5. Зависимость выбега Рис. 6. Зависимость точности от скорости. позиционирования от скорости

по программе,, приведенной в главе 5, то обеспечивается максимально возможное быстродействие процесса позиционирования при хорслем качестве переходного процесса. При произвольном выборе этих параметров быстродействие снижается, и возможен выход за границы за-

17

денной точности позиционирования. Это говорит о том, что параметры процесса многоступенчатого позиционирования долены быть: определенным образом оптимизированы.

Полученные данные показали, что существенным резервом повышения быстродействия привода быстрых' перемещений при больоих бо-дкчинах перемещений (движение карзтки по порталу) мокрт. явиться оптимизация скорости пзремецеикя. Ее величина может быть найдена., решением многокритериальной оптимизационной задачи, в которой основным 'критеряек является быстродействие, а второстепенным г« касса двигателя и механизма и их стоимость.

Кроме того установлено, что перспективным направлением со- . вершенствовання организации процесса позиционирования является разработка технических реваниЯ.по стабилизации скорости позиционирования, что позволит повысить ее величину при заданной .точности позиционирования и повысить,тем самым быстродействие привода. ' '

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Существует оптимальная стратегия организации цикла быстрых перемещений, в зависимости от требований к точности позиционирования и временных ссотнопенкй в рабочем цикле машины.

2. Оценку и выбор системы управления необходимо' производить по заданной точности, позиционирования с учетом зависимостей связывающих ее с остальными параметрами закона движения.

3. Предложенная',методика, основанная на различном подходе организации цикла быстрых перемещений, позволяет получить оптимальные траектории в зависимости от.соотношений составляюадах этих циклов при случайных значениях параметров.

4. Теоретические исследования динамики процесса торможения прн различных законах тормокения с использованием разработанной для этой цели математической модели динамической системы механизма показали преимущества по быстродействию ступенчатого, снижения. скорости. Результаты моделирования проверены экспериментально на. стенде с использование" различных типов приводов.

5. Доказана возмонность применения простых и надежных систем., позиционного управления механизмом быстрых перемещений.при за~. данной точности позиционирования со скоростями двжанпя болаа 1 а/с при_ оптимизации' процесса торможения по разработанным для этой цели опгимизационньш программам. Проведена:эксперименталь-' га:. даОБ.-лже орга;-:;.!;>, перемещения при данных скоростях на

• . ■ .18

прс&Еиенаом' роботе.

8. В результате .ракяфованяя случайная.фалтёроя',П0' степени хг влияния па точность попацнсдорогшш установлено проямучествениое влияли« скорости дарения., С учетом результатов рагагирозания разработает .рекомэвдвцак' по повипениа точксста повншояироааияя.. 7. Использование, прогремаа расчета оптлкалького г<ногоступ<;и*?атого процесса снижения скорости" для- транспортной системы грушкзого, обслуживания станков о ЧПУ заготовками р ПО "Гранат', для опггш:за-цяа процесса тормоааияя транспортной. телеакн, обаспечяяо увеличат кие.скорости быстрых'псрексцзииЯтранспортной тедгххи с 0,73 и/6. до. i",2S и/с при сохранения точности яозгщконйровакпя. Оятювшцзя процесса тормоаэдаот механизма подачя обрася-швавдзго комплекса' •ЗЖ' Si¡28 позволяла устранять автоколебания- привода з точке останова л iiceuchto точность позйциошфоваияя. Экйиомгчесхяй эйфеят зтвх мероприятий скдзе 22C0G0 руб..

Основное содержание диссертации изложено в 17 работах;, среди которых;

1. Тугенгольд А.К., -Герасимов В.Л» Разработка алгоритма управления тормохеипем позкцяонпго привода. В. кн.: Дкиаикка ста-. Точных гибких автоматизировэнньк.произв-\зс?з: Тез. дскл. 3-й •ВсесоюЗн. научи.-тэхн. конф. Тольятти, ¡;:50, с.70-71.

2. Разработка и исследование электромеханических и гидравлических устройств околопрессово'Л механизации. Отчет m НИР. Г.Р.

01.83".СЮ72443. Икв. $ 02.87¡0033447. Рук.темы А".К. Тугенгольд, ясп.:. B.C. Сидоренко, Б.Л. Зарецкнй, В.А, Герасимов а др.. Ростов-на-Дону, .1985.-168 с.

3. Устройство автоматической подачи полос, к прзссу однокра-воазяному с ЧПУ. Отчет по НИ?. Г.Р/ К 01.83.0072449. йнв. М

02.ВЗ.0072748. Рук.тс!дц А.К. Тугенгольд; г.си.: B.C. Сидоренко, Б.Л. Зарецккй, В.А. Герасимов' и др;. Ростоз-на-Дону, 1S85.-114 с.

4. Тугенгольд А.К., Герасииоз 5.А., сарецкий В.Л. Современные привод автоматизированных станков в сельхозмашиностроении.' В кн.: Конструирование и производство сельскохозяйственных машин: Тез. докл. Всесоязн. яауте.-техн. конф. Роетев-на-Дону, 1985, с. 136.

5. Исследование электромеханических силовых столов с винтовыми парами качения,, обеспечивающих скорости быстрых ходов 1012 м/мин и повышенную точность перехода ка рабочую подачу. Отчет по НИР. Г.Р. II 80.057423. Инв. S 02.81.6006194. Рук.темы

А.К. Тугенгольд, исп.: B.JI. Зарецккй;' В.Л. Герасимов и др. Foe-тсв-ка-Дону, 1980.-89 с.

6. Ксолвдайасиа кзхакггизинадгп .токарных «дюгозшздзльпих вершгаяьш: полуаккштов к разработка. ссстеглл упрааяек»» киг.. о увлья.шзксшз: точности исдодяз1шя.цшсд&.: Отчзт по Ш?.. Г.Р. Si.73.074321. Иив. is 73„017241..гены A.K..Тугекгольд, соя.-:. •В.Л.',S'spsitKßS, В;1.':Гвраешоа в др.'. Роотов^аа-Дону, ißS0.rS7. с.

7. Герасимов В.А., Чареватеако В.А. Опт^яьшэ. дкмашяескке japaBTspscTHKB'ярг«одй.:салч»Ео8• подай:дт обеспечения.итаызтг. кого времени рай-ока заготоаки. Рукоп. деп...з ШШШ. 07,04,6S Доп. iOS-ДЗЗ. -Дьоанзрэюяшю ааучшз'работы, 1833, !> 11. с. 0..

Б, A.C. Е- Ш76740 AliCCCf). Способ позиционирования. вькоднсгз ззеиа'пуфодзагатекя./.B.C. Сидоренко, .А;Г. йуваеа.-.В.А. Герасимов, И.Б. Богуславским п.Г.И. Воробьев..Задал. 14.05.87. Опубл. в.Б.Й., 18£0,.. С .85;

S,: Л.С..Е 14S04S3 АН СССР) ..: ГкдравлпчгсхиП повнцаонкьИ прз-. вод./5.С, .Сидоренко.,. А,Г.'Пувзев, В. .А, Герасимов, »LB.- Eorycxsx-сккЕя, :В.Н. ИгЕйтов. .Заяьл. 14.05.874. Опубл..в 5.Й., 1ЙВЭ, 117.