Точный следящий привод какая точность
Перейти к содержимому

Точный следящий привод какая точность

  • автор:

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНОГО ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Горячев Олег Владимирович, Степочкин Александр Олегович

Рассмотрен вариант реализации системы высокоточного следящего электропривода на основе гибридного шагового двигателя . Предложен алгоритм управления гибридным шаговым двигателем, позволяющий минимизировать резонансные явления в силовой системе привода. Разработана структура векторного регулятора момента гибридного шагового двигателя с использованием алгоритма наблюдения величины скорости и угла поворота.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Горячев Олег Владимирович, Степочкин Александр Олегович

Моделирование работы шагового электрического двигателя гибридного типа в пакете Simulink

Разработка нелинейной математической модели гибридногошагового двигателя на основе анализа магнитного поля машины

Синтез и моделирование векторного управления шаговым двигателем
Расчет усилителя рулевого управления с шаговым электрическим двигателем для транспортных средств

Математическое моделирование работы шагового двигателя в составе мехатронного модуля компенсации износа режущего инструмента

i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HIGH PRECISION SERVO DRIVE BASED ON A HYBRID STEPPER MOTOR WITH VECTOR CONTROL

The variant of implementing a high-precision servo drive system based on a hybrid stepper motor is considered. An algorithm for controlling a hybrid stepper motor is proposed, which a11ows minimizing resonant phenomena in the drive power system. The structure of a vector moment controller for a hybrid stepper motor is developed using an algorithm for observing the speed and angle of rotation.

Текст научной работы на тему «ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ НА ОСНОВЕ ГИБРИДНОГО ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ»

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СЛЕДЯЩИЙ ПРИВОД ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТИ

НА ОСНОВЕ ГИБРИДНОГО ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ С ВЕКТОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

О.В. Горячев, А.О. Степочкин

Рассмотрен вариант реализации системы высокоточного следящего электропривода на основе гибридного шагового двигателя. Предложен алгоритм управления гибридным шаговым двигателем, позволяющий минимизировать резонансные явления в силовой системе привода. Разработана структура векторного регулятора момента гибридного шагового двигателя с использованием алгоритма наблюдения величины скорости и угла поворота.

Ключевые слова: следящий электропривод, гибридный шаговый двигатель, векторный регулятор момента, наблюдатель состояния.

В настоящее время системы электрического следящего привода (ЭСП) в большинстве случаев реализуются на базе моментных исполнительных двигателей с использованием датчиков скорости и углового положения. Вместе с тем перспективным направлением исследования при разработке таких систем является использование в качестве исполнительного — шагового двигателя (ШД), применение которого позволяет исключить из структуры привода датчики обратной связи по скорости и положению, что существенно повышает надёжность и снижает общую стоимость изделия. Среди существующих типов ШД выделим шаговый двигатель гибридного типа или гибридный шаговый двигатель (ГШД), который по совокупности характеристик более других подходит для использования в качестве исполнительного в следящих системах. Однако, при реализации следящего электропривода, обладающего высокой точностью, на основе ГШД необходимо решить задачу минимизации резонансных явлений в силовой системе (СС) привода, возникающих при совпадении частоты питающего напряжения обмоток статора ШД с собственной частотой колебаний электромеханической системы машины и вызывающих падение величины развиваемого двигателем момента и пропуск шагов. Как правило, в настоящее время для её решения при реализации управления приводом применяется режим дробления шага ГШД (микрошаговый режим), для которого характерны такие недостатки как снижение максимальной мощности и скорости исполнительного двигателя и повышенное тепловыделение обмоток его статора.

Обобщенная функциональная схема ЭСП на основе ГШД. При формировании закона управления исполнительным двигателем необходимо учитывать, требования технического задания по точности и быстродействию. С другой стороны, наиболее предпочтительным с точки зрения динамических и энергетических характеристик режимом работы ГШД является полношаговый режим, при реализации которого точность слежения ограничена величиной шага (в нашем случае 3°).

Следовательно, для выполнения требований технического задания по быстродействию и точности целесообразно реализовать программное управление ГШД по разомкнутому контуру, с возможностью переключения в режим управления с обратной связью по скорости и положению на основе наблюдателей состояния. Алгоритм переключения при этом обеспечивает расчет в реальном времени заданного углового перемещения ротора ГШД и сравнение его с требуемой величиной перемещения ввход. При этом выделим соответствующие режимы работы системы ЭСП на основе ГШД:

— режим переброса (для осуществления заданных перемещений нагрузки А0> И);

— режим слежения (для осуществления заданных перемещений нагрузки А0< И);

Обобщенная функциональная схема ЭСП с заданным условием переключения управления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема ЭСП на основе ГШД

с переключением управления

На рис. 1 И — величина шага ГШД; 0вход — заданное значение угла

поворота объекта управления; 0дв — угол поворота двигателя; 0дв** — сигнал с наблюдателя угла поворота двигателя; о>дв — скорость двигателя;

Юдв — сигнал с наблюдателя скорости двигателя; иАу — входной сигнал управления ШИМ фазы А; иВу — входной сигнал управления ШИМ фазы

В; ¡а — ток в обмотке фазы А двигателя; /в — ток в обмотке фазы В двигателя; /а * — сигнал с датчика тока фазы А; ¡в * — сигнал с датчика тока фазы А; ^0 — ошибка слежения позиционного контура привода; — ошибка

слежения скоростного контура привода; ^¡а, ^¡в — ошибки контуров регулирования тока в фазах двигателя.

Работа ГШД в системе ЭСП при перебросе выполняется в полношаговом режиме без использования дробления шага, что позволяет выполнить отработку заданного значения углового перемещения 0вход с макси-

Рассмотрим отдельно каждый из представленных режимов.

Разомкнутый контур управления ЭСП на основе ГШД. Функциональная схема разомкнутого контура управления ЭСП для реализации режима переброса представлена на рис. 2.

Рис. 2. Функциональная схема разомкнутого контура ЭСП

На рис. 2 ввход — заданное значение угла поворота объекта управления; 0дв — угол поворота двигателя; о>дв — скорость двигателя; и^у -входной сигнал управления ШИМ фазы А; иВу — входной сигнал управления ШИМ фазы В; /А — ток в обмотке фазы А двигателя; /в — ток в обмотке фазы В двигателя; ^ — ошибка слежения позиционного контура привода.

Исполнительный двигатель приводится во вращение серией импульсов, частота и количество которых определяют заданные скорость вращения и угол поворота. При этом могут быть использованы известные программные алгоритмы управления шаговым двигателем: движения с постоянной скоростью и постоянным ускорением [3]. В рассматриваемом случае реализован алгоритм движения постоянной скоростью. Соответствующая 81ши1тк модель силовой системы ЭСП на основе ГШД, описанная в [5] и рассчитанные с её помощью динамические характеристики представлены на рис. 3-8.

Расчет параметров обмотки фазы А

ЭСП на основе ГШД

Время i, с. Врем и г,с

Рис. 4. Отработка ЭСП входного Рис. 5. Отработка ЭСП входного сигнала рассогласования 8° сигнала рассогласования 30°

800 600 400 200 0

Рис. 6. Частота питания на обмотках ГШД ЭСП при отработке сигнала рассогласования 8°

О 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26

Рис. 7. Частота питания на обмотках ГШД ЭСП при отработке сигнала рассогласования 30°

Переходные процессы, представленные на рис. 4 — 7, иллюстрируют реализацию алгоритма управления ГШД с постоянной скоростью, где переходные процессы по частоте коммутации, в зависимости от величины заданного угла поворота, содержат участки разгона, движения с постоянной скоростью и торможения, либо только разгона и торможения.

Для выполнения требований технического задания необходимо обеспечить устойчивую работу исполнительного двигателя во всём диапазоне рабочих частот для чего необходимо минимизировать, либо полностью устранить падение величины развиваемого момента и пропуск шагов ГШД, вызванные резонансными явлениями в двигателе.

В рамках данной работы для борьбы с резонансом предлагается использовать разработанный авторами способ коммутации обмоток ГШД [6] в режиме полного шага. Для расчета необходимых при реализации данного способа величин резонансных частот была сформирована математическая модель шагового двигателя с учетом конструктивных параметров, свойств конструкционных материалов и параметров обмоток двигателя [4]. Соответствующая расчетная механическая характеристика представлена на рис. 8.

II /,»«/! 409 6111) КПП . 121111 14М 1МН1 1МШ1 241111

Частота коммутации 1Е, 1, Г и

Рис. 8. Расчетная механическая характеристика ГШД при работе

На рис. 8 ОА — область резонансных частот; АВ — область номинальных частот, работа в которой осуществляется по закону управления ГШД с постоянной скоростью; ВС — область срыва, которая является запретной т.к. в ней не обеспечивается номинальная величина момента ГШД — 1,5 Н-м.

Анализ расчетной механической характеристики, представленной на рис. 8, показал наличие 2-х резонансных частот П и f2, следовательно, при достижении частотой коммутации данных значений будет наблюдаться пропуск шагов, что недопустимо при разработке систем ЭСП. Для данной области в диапазоне частот от 100 до 320 Гц используется разработанный способ коммутации обмоток исполнительного двигателя, позволяющий устранить это явление. Для его реализации при достижении частотой подачи фазных напряжений заданного диапазона выполняется смещение по времени фазных напряжений друг относительно друга, таким образом, что число электрических состояний на период не изменяется и соответствует режиму управления без применения дробления шага, а длительность шагов последовательно чередуется при условии сохранения их количества на заданный период 4Т, что показано на рис. 9. Экспериментальные характеристики работы ЭСП на основе ГШД в области резонансных частот представлены на рис. 10.

Рис. 9. Принцип формирования напряжения для фаз двигателя при чередующейся частоте шагов

Рис. 10. Экспериментальный переходный процесс на частоте резонанса при предложенном способе управления

Предложенное техническое решение позволяет, сохранив общее число шагов на периоде 4Т и номинальную скорость вращения ротора, последовательно чередовать длительность шагов в пределах одного периода времени подачи импульса, вследствие чего, предотвратить потерю развиваемого момента и пропуск шагов ГШД при работе системы ЭСП в заданном диапазоне.

Таким образом, для работы ЭСП в режиме переброса предложены способы управления ГШД для области номинальных и резонансных частот, эффективность применения которых подтверждается результатами моделирования и экспериментальными данными.

«Замкнутый» контур управления ЭСП на основе ГШД. Для решения с помощью ЭСП задачи слежения с необходимой точностью при заданных угловых перемещениях менее величины одного шага двигателя применяется система векторного управления током статора с реализацией обратных связей по положению и скорости при помощи алгоритмов наблюдения соответствующих переменных состояния.

При формировании системы управления исходим из того, что шаговый двигатель гибридного типа представляет собой синхронную электрическую машину с постоянными магнитами на роторе, и, следовательно, для данного типа исполнительных двигателей может применяться соответствующая типовая структура систем замкнутого электропривода на основе синхронного электродвигателя [1]. Функциональная схема замкнутого электропривода на базе 2-фазного ГШД, построенная в соответствии с общими принципами, характерными для систем на основе синхронных машин с постоянными магнитами на роторе представлена на рис. 11.

На рис. 11 0вход — заданное значение угла поворота объекта управ**

ления; 0^в — угол поворота двигателя; 0^в — сигнал с наблюдателя угла

поворота двигателя; — скорость двигателя; — сигнал с наблюда-

теля скорости двигателя; и Ау — входной сигнал управления ШИМ фазы А;

иВу — входной сигнал управления ШИМ фазы В; ¡а — ток в обмотке фазы

А двигателя; ¡в — ток в обмотке фазы В двигателя; ¡а * — сигнал с датчика тока фазы А; ¡в * — сигнал с датчика тока фазы А; ^ — ошибка слежения позиционного контура привода; — ошибка слежения скоростного контура привода; ^¡^, ^¡в — ошибки контуров регулирования тока в фазах двигателя.

Рис. 11. Функциональная схема «замкнутого» контура управления

ЭСП на основе ГШД

Тип и структура наблюдателя состояния выбраны в соответствии с классификацией, представленной в [2]. Исходя из заданной структуры и количества известных параметров, для реализуемой системы ЭСП использован адаптивный наблюдатель скорости на основе математической модели ГШД, рассмотренной в [5], а величина угла поворота оценивается по интегралу оценки скорости.

Сформируем способ управления исполнительным двигателем, т.е. разработаем структуру блока «Формирование сигналов управления» (рис. 11). С целью достижения высокой точности слежения и хороших динамических характеристик для реализации замкнутого позиционного контура привода выбран метод векторного управления, основанный на соответствующем изменении пространственной ориентации векторов непосредственно формирующих момент двигателя электрических и магнитных переменных состояния машины с помощью преобразования неподвижной системы координат во вращающуюся вместе с ротором.

Для разработки структуры векторного регулятора также используем математическую модель ГШД представленную в [5], и известные выражения координатных преобразования Парка [1]. Запишем уравнения математической модели ГШД для вращающейся системы координат в виде:

Следящий привод станка чпу

Следящий привод электрического типа станка чпу по металлу показан на рис. 1. На изображении представлены два варианта построения следящих электрических приводов подач (с применением круговых измерительных преобразователей в системе обратной связи).

В первом варианте (рис. 1, α) приводной электродвигатель 1 установлен и соединен через муфту 2 непосредственно с ходовым винтом шариковой винтовой пары 3. Это позволяет значительно упростить и сократить длину кинематической цепи привода подачи, увеличить ее крутильную жесткость и уменьшить число зазоров, влияющих на точность передачи движения. Однако при больших осевых габаритах приводного электродвигателя возникают проблемы с габаритными размерами станка. В этом случае можно применить второй вариант (рис. 1, б), когда электродвигатель 1 убирается внутрь станины станка, а вращение от него передается на ходовой винт 3 через зубчатую ременную передачу 2.

Устройство следящего привода станка по металлу

Для соединения вала следящего привода электродвигателя с ходовым винтом применяются специальные муфты сильфонного типа. Конструкция такой муфты показана на рис. 3.11. Муфта 2 соединяет с помощью конических втулок 4 и 6, затягиваемых болтами 5 и 7, вал 3 электродвигателя с ходовым винтом 1 привода подачи. Указанная муфта обеспечивает эффективное соединение вала электродвигателя с ходовым винтом при высокой крутильной жесткости, что важно для точной передачи движений. Аналогичные муфты применяются для соединения ходового винта с валом кругового измерительного преобразователя. Таким образом выполнено устройство следящего привода станка.

Рис. 1. Структурные схемы построения следящих приводов подач: α — электродвигатель передает вращение непосредственно на ходовой винт; б — то же через зубчатую ременную передачу

На рис. 2 показана также опора ходового винта, в качестве которой применяется новый комбинированный подшипник 9 в комплекте двойного упорного роликового подшипника и радиального подшипника с игольчатыми роликами (ГОСТ 26290–90), устанавливаемого с предварительным натягом, который создается гайкой 8, а его величина определяется осевым размером втулки 10.

В следящих приводах подач станков вращательное движение электродвигателя преобразуется в поступательное перемещение рабочего органа в большинстве случаев с помощью передачи ходовой винт– гайка.

Рис. 2. Конструкция соединительной муфты и опоры ходового винта

Ранее в приводах подач обычных станков применялась передача ходовой винт–гайка с трением скольжения. Однако большие потери на трение (КПД этих передач не более 0,3), большая разница коэффициентов трения покоя и движения делали их неэффективными и даже неприемлемыми в станках с ЧПУ. Поэтому были разработаны шариковые винтовые пары (ШВП) с трением качения. В данной передаче винтовые поверхности гайки и ходового винта не контактируют непосредственно друг с другом, как это было в передаче с трением скольжения, а разделены перекатывающимися шариками (по аналогии с шарикоподшипником). В результате КПД этих передач достигает величины 0,9–0,95. Однако это преимущество обернулось недостатком — ШВП являются несамотормозящимися передачами, что необходимо учитывать при их применении.

При изучении следящих приводов станков чпу, рассмотрение кинематики движений шариков 1 в ШВП при вращении ходового винта 3 (рис. 3) показало, что они, контактируя с вращающимся ходовым винтом и неподвижной гайкой 2 (она имеет осевое перемещение), будут перекатываться в сторону вращения ходового винта, но со скоростью v0 = 1/2vA. В результате шарики могут выйти из зацепления винта и гайки. Их необходимо ловить в конце гайки и передавать в ее начало. Это делается двумя способами. В первом случае в гайке 1 применяют и устанавливают специальные вкладыши 2, замыкающие один виток гайки с шариками 3 (рис. 4). В результате шарики 3 перекатываются в одном витке резьбы гайки, замкнутом вкладышем 2. Таких вкладышей может быть 2–4 в зависимости от количества шариков в гайке.

Рис. 3. Кинематика движений шариков в ШВП

При втором варианте возврат шариков производится специальными каналами возврата в виде одной–трех трубок, расположенных на поверхности гайки. Здесь уже длина канала возврата (трубки) получается достаточно большой, шарики там уже не перекатываются, а проталкиваются в начало гайки с потерями на трение по стенкам трубки. Фирма THK Co. (Япония) предложила конструкцию ШВП, где шарики уже не контактируют друг с другом, а разделены втулками, в результате чего должны снижаться потери на трение. С другой стороны, наличие втулок снижает количество шариков в ШВП, а их количество определяет нагрузочную способность ШВП. Очевидно, в этом случае придется увеличивать осевые размеры гайки.

Таким образом, в этой статье мы рассмотрели систему следящего привода станка чпу по металлу.

Рис. 4. Конструкция ШВП с каналом возврата шариков в одном витке резьбы в виде вкладыша

СЛЕДЯЩИЕ ПРИВОДЫ ЛИНЕЙНОГО И ПОВОРОТНОГО ТИПА С БЕСКОНТАКТНЫМ ДАТЧИКОМ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

Позиционирование штока линейного цилиндра или выходного вала поворотного цилиндра осуществляет блок управления, смонтированный на корпусе цилиндра или в выносном шкафу.

  • Абсолютное измерение координаты » Внешний или внутренний бесконтактный датчик положения
  • Потенциометрический или магнитострикционный принцип измерения координаты
  • Односкоростное или многоскоростное управление
  • Доступно химически стойкое исполнение
  • ойкое исполнение » Настраеваемые программно-аппаратным способом функции:
    — режим безопасности
    — режим состояния привода Н.О., Н.З. при сигнале управления 4 мА

Варианты монтажа блока управления

— блок управления на корпусе цилиндра;
— удаленный шкаф управления

Крепление следящего привода

по резьбовым отверстиям шпилек, с помощью фланцев, лап, подвесок, шарниров и цапф

Рабочее давление

номинальное давление: 6 бар. Рабочий диапазон: для линейных 2…10 бар; для поворотных 5,6…8 бар

Сигнал управления

аналоговый электрический 4…20 мА, 0…10 V, 0,2 …1 бар;
(по заказу цифровой, пневматический или механический)

Напряжение питания блока управления

4 V DC, (220 V AC для исполнения в удаленном шкафу)

Следящий Привод Станка

В этой статье мы разберемся в понятии — следящий привод станка, его устройство и особенности работы. Привод подач – один из основных узлов, определяющих производительность и точность станка с ЧПУ. Поскольку УЧПУ практически безинерционно формирует сигналы управления приводом, обеспечивающие движение по заданной траектории или позиционирование в заданной координате, большое значение приобретает совершенствование параметров исполнительного двигателя и схемы управления им с учетом особенностей кинематической цепи привода.

По мере совершенствования СЧПУ, увеличения жесткости и точности узлов станка, повышаются требования к быстродействию и точности привода подач: скорость быстрых перемещений в современных станках доведена до 50 м/мин, а дискретность перемещений – до 1 нм.

Указанным требованиям удовлетворяют приводы и двигатели, разработанные специально для станков с ЧПУ. Высокими показателями характеризуется тиристорный привод с низкоскоростным высокомоментным двигателем постоянного тока и возбуждением от высокоэнергетических магнитов (рис. 1). Двигатель имеет большой момент инерции, обеспечивает хорошие динамические характеристики, полученные в результате использования (для возбуждения) высокоэнергетических керамических магнитов, выдерживающих 10-15-кратные пиковые моменты без размагничивания. Значительная масса и теплоемкость ротора позволяют достаточно долго (до 30 мин) выдерживать значительные перегрузки.

Конструктивная схема высокомоментного двигателя

Рис. 1. Конструктивная схема высокомоментного двигателя: 1 — повышающая передача (мультипликатор); 2 — резольвер; 3 — тахогенератор; 4, 5 — коллекторы; 6 — ротор; 7 — корпус статора; 8 — ферритовые полюсы; 9 — электромагнитный тормоз

В приводах с высокомоментными двигателями во многих случаях исключена необходимость в редукторе или значительно упростилась его конструкция, что уменьшило динамическую нагрузку приводного механизма и ее влияние на переходные процессы. Высокий КПД современных винтовых передач и направляющих обеспечивает ускоренные перемещения при крутящем моменте привода, равном 15-20 % от номинального крутящего момента, необходимого для процесса резания. В то же время, резание с большими усилиями возможно лишь при скорости, равной 15-20 % от скорости быстрого перемещения. Эти особенности и определяют специфику создания привода подач станков.

Однако, несмотря на все свои достоинства, высокомоментный двигатель постоянного тока не используется в современных станках. Это обусловлено наличием коллекторных узлов в конструкции двигателя. Являясь ненадежным и быстро изнашиваемым узлом, коллектор приводит к частым отказам привода. Вследствие этого, наибольшее распространение в современных приводах получили синхронные электродвигатели. Они обладают удовлетворительными характеристиками, и в их конструкции полностью отсутствует коллектор, т. к. ротор такого двигателя выполнен из высокоэнергетических магнитов, а обмотки расположены в неподвижном статоре.

Следящий привод станка имеет, как минимум, два датчика обратной связи – по скорости (тахогенератор) и по пути. Тахогенератор всегда устанавливают на вал двигателя подачи, при этом часто встраивают непосредственно в двигатель. Что касается датчика обратной связи по пути, то существуют три варианта его установки, в зависимости от которых различают и структурные схемы следящих приводов (рис. 2).

Структурные схемы следящих приводов

Рис. 2. Структурные схемы следящих приводов: а — с полузамкнутым контуром обратной связи по пути; б — то же с замкнутым контуром; в — с гибридной схемой обратной связи; 1 — основной блок УЧПУ; 2 — узел управления приводом; 3 — блок привода; 4 — двигатель подачи; 5 — тахогенератор; 6 — стол станка; 7 — круговой датчик обратной связи по пути; 8 — линейный датчик обратной связи по пути

В станках нормальной точности датчик обратной связи по пути выполняют круговым и устанавливают на ходовой винт или на вал двигателя (рис. 2 (а)); поскольку пара винт—гайка не охвачена обратной связью, погрешности этой пары переносятся на изделие. Систематическую слагаемую этих погрешностей, повторяющуюся стабильно, можно компенсировать с помощью заранее программируемых корректирующих сигналов. Следящие приводы станка с такой структурной схемой, называемой схемой с полузамкнутым контуром обратной связи по положению, обеспечивают точность позиционирования ± 10 мкм.

В микропроцессорных системах ЧПУ обратные связи по пути замыкаются в УЧПУ, а обратные связи по скорости — в блоке управления приводом. Таким образом, в следящих системах используют регулируемый привод с введением обратной связи по пути.

В прецизионных станках устанавливают на столе станка высокоточный линейный датчик 8 (рис. 2 (б)). Такая структурная схема называется замкнутой по положению. При этой схеме зазоры в кинематической цепи и упругие деформации влияют на колебания привода.

Поэтому, в ряде случаев (например, в тяжелых станках) применяют гибридную схему обратной связи (рис. 2 (б)), в которой используют два датчика: круговой, установленный на вал двигателя или ходовой винт, и линейный, установленный на стол станка.

При этом круговой датчик используют для позиционирования, а линейный – для автоматической коррекции погрешностей кинематической цепи.

Для уменьшения величины выбега (т. е. пути, который проходит рабочий орган после получения команды на остановку) используют способы интенсивного торможения. Подходить к позиции точной остановки можно лишь на очень низкой скорости. Поэтому между первой (на торможение) и второй (на отключение) командами в позиции точной остановки приходится вводить промежуточную скорость. В цикловых системах управления при одноступенчатом графике позиционирования после получения команды на торможение рабочий орган станка, например координатный стол, может остановиться в любой точке участка, который называется участком разброса тормозного пути при одноступенчатой остановке. Если рабочий орган остановится в начале этого участка, то весь участок придется проходить на ползучей скорости. Чаще всего остановка происходит в середине этого участка и оставшуюся половину проходят на ползучей скорости. По сравнению с одноступенчатым двухступенчатый график (показан жирными линиями на рис. 3) позволяет значительно (примерно в три раза) сократить время позиционирования: после получения первой команды (на торможение) выполняется переход рабочего органа на промежуточную скорость, с которой он перемещается до получения команды на второе торможение; затем скорость снижается до уровня ползучей и рабочий орган попадает на участок, называемый участком разброса тормозного пути при втором торможении.

Увеличивая число ступеней, переходят к графику с непрерывным позиционированием, который называется «оптимальным» и обеспечивает заданную точность позиционирования при минимальных затратах времени. Осуществление оптимального графика решается в системах ЧПУ со следящим приводом; в этих системах реализуются также двух- и трехступенчатые циклы позиционирования.

Рис. 3. Траектория одноступенчатого и многоступенчатого позиционирования: 1 — команда на торможение; 2 — команда на снижение скорости; 3 — команда на остановку; V0, V1, V2 — скорость быстрого хода, промежуточная и ползучая соответственно

Гидравлические следящие системы

Гидравлическая следящая система (рис. 4), применяемая для привода суппортов, в наиболее простом исполнении состоит из следующих основных элементов:

  • П — программоносителя, которым служит копир при копировании профиля (см. Копировальный фрезерный станок) или задающий движение командный механизм (при копировании движений);
  • Н — насоса, подающего поток масла в исполнительный механизм (гидроцилиндр) И рабочего органа P суппорта;
  • Щ — щупа, выполненного в виде распределительного золотника, направляющего поток масла в ту или иную полость гидроцилиндра в зависимости от направления смещения золотника программоносителем;
  • О — обратной связи, жестко связывающей суппорт с корпусом золотника-щупа, а иногда с золотником щупа. Благодаря обратной связи при смещении золотника, щупа корпус последнего перекрывает проходное сечение для поступления масла в гидроцилиндр, когда суппорт переместится на величину смещения золотника щупа. Если же золотник щупа непрерывно смещается, то устанавливается проходное сечение такой величины, что суппорт смещается со скоростью смещения золотника щупа. В результате следящая система стремится сохранить расстояние между наконечником щупа и острием резца (в направлении перемещения суппорта) постоянным, но в отличие от механического копирования — при малых силах давления на наконечнике щупа и копире.

В отличие от электрических копировальных следящих систем гидравлические следящие системы не требуют усилителей мощности сигналов и вследствие меньшей инерционности обладают большим быстродействием.

Недостаток гидравлических следящих систем — склонность к вибрациям при больших величинах подачи.

Рис. 4. Блок-схема гидравлической следящей системы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *