Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Повышение эффективности функционирования станочного оборудования на основе разработанных моделей импульсного управления электромеханическим преобразователем

ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Объект управления — электромеханический преобразователь (ЭМП) описывается нелинейной системой уравнений высокого порядка, которая ранее сводилась ко второму порядку (к обобщённой машине). Но для объектов новых систем управления необходимы более совершенные модели, позволяющие более результативно применять численные методы. Следовательно, среди алгоритмов составления дифференциальных уравнений… Читать ещё >

Содержание

  • Глава 1. Постановка задачи моделирования управления электромеханическим преобразователем современного станочного оборудования
    • 1. 1. Особенности электромеханических преобразователей современного станочного оборудования
    • 1. 2. Методы управления электромеханическим преобразователем современного станочного оборудования
    • 1. 3. Импульсное управление бесконтактными двигателями постоянного тока
    • 1. 4. Моделирование систем управления современного станочного оборудования
    • 1. 5. Обзор существующих моделей управления электромеханическими преобразователями в виде бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 1. 6. Выбор средств моделирования
    • 1. 7. Выводы по главе и постановка задачи исследования
  • Глава 2. Разработка математических моделей для систем импульсного управления электромеханическим преобразователем современного станочного оборудования
    • 2. 1. Подход к моделированию нелинейных систем управления электромеханическим преобразователем
    • 2. 2. Разработка аналитической модели бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 2. 3. Структура модели широтно-импульсного управления электромеханическим преобразователем в виде бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 2. 4. Разработка математической модели элементов системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока
    • 2. 5. Построение линейной модели импульсной системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока
    • 2. 6. Построение дискретных линейных моделей системы широтно -импульсного управления бесконтактным двигателем постоянного тока
    • 2. 7. Построение нелинейной модели системы широтно-импульсного управления бесконтактным двигателем постоянного тока
    • 2. 8. Анализ переходных процессов нелинейной модели с помощью метода медленно меняющихся амплитуд
    • 2. 9. Выводы по главе
  • Глава 3. Разработка имитационных моделей импульсного управления электромеханическим преобразователем в пакете MultiSim
    • 3. 1. Выбор способа построения имитационной модели системы управления электромеханическим преобразователем
    • 3. 2. Базовая имитационная модель бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 3. 3. Создание имитационных моделей широтно-импульсного модулятора
    • 3. 4. Создание имитационной непрерывной модели управления каналом бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 3. 5. Разработка имитационной модели импульсного управления каналом бесконтактного двигателя постоянного тока
    • 3. 6. Разработка методики сквозного моделирования процессов динамического управления бесконтактным двигателем постоянного тока
    • 3. 7. Выводы по главе
  • Глава 4. Оценка применимости разработанных моделей
    • 4. 1. Экспериментальная проверка адекватности моделей
    • 4. 2. Сравнение модели и реального объекта
    • 4. 3. Разработка методики вычислительного эксперимента
    • 4. 4. Выводы по главе
  • Основные результаты

Повышение эффективности функционирования станочного оборудования на основе разработанных моделей импульсного управления электромеханическим преобразователем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Современное станочное оборудование представляет собой единство новейшего электрооборудования, систем управления и высокотехнологичных механических и гидравлических блоков.

Целью данной диссертационной работы является разработка методических основ моделирования динамических процессов импульсного управления электромеханическим преобразователем, построение совокупности математических и имитационных моделей элементов и установление взаимосвязей параметров моделей бесконтактного двигателя постоянного тока с характеристиками системы управления, что позволит повысить эффективность работы станочного оборудования.

Системы управления электромеханическими преобразователями станков с использованием персональной ЭВМ начинают своё развитие в 60-х годах 20-го века. Этапы применения контрольно-измерительных приборов и автоматики, тиристоров, полноуправляемых тиристоров (в 90-х годах), сменяя друг друга, привели к возможности использования импульсного управления для маломощных станков. Станки были оснащены двигателями постоянного тока с подчинёнными аналоговыми системами управления. На следующем этапе развития автоматизации у систем управления станков с ЧПУ появились новые возможности, основанные на применении микропроцессорной техники. В 2000;м году с появлением сигнального микропроцессора начинается переход на цифровое управление через модулирование закона аналогового управления в цифру. С развитием промышленного производства биполярных транзисторов с изолированным затвором ЮВТ (быстрых ключей), модулей на их основе и переходом от микропроцессоров к микроконтроллерам получает распространение прямое цифровое управление.

Современные металлорежущие станки с ЧПУ, как правило, предназначены для изготовления деталей методом формообразования с использованием перемещения рабочего органа по заданному контуру. Это предусматривает применение следящей системы управления, работающей в динамическом 4 режиме. Следящие системы предъявляют высокие требования к быстродействию и точности регулирования, к надежности функционирования и качеству обработки. Современные станки требуют новых систем управления, в которых электротехника, электроника, точная механика, компьютерное управление и информационные технологии составляют единое целое — мехатронный модуль. Реализованные на основе идей мехатроники системы цифрового управления, предполагают наличие универсальных моделей, позволяющих напрямую включать в процесс управления компьютер. С целью сокращения времени обработки информации появляются типовые программные пакеты.

За этот период длиной в 50 лет получили существенное развитие вычислительная техника и силовая электроника, появились высокомоментные двигатели, сформировались новые разделы теории управления (теория цифрового управления), были созданы многофункциональные пакеты программного обеспечения. Возникли новые задачи управления, среди которых задачи построения систем управления новым типом двигателя (бесконтактным с электронной системой коммутации обмоток статора) как единой мехатронной системы. Появились новые возможности решения этих задач. Для реализации этих возможностей требуются новые, более сложные и полные модели, а также рациональный выбор средства моделирования.

Объект управления — электромеханический преобразователь (ЭМП) описывается нелинейной системой уравнений высокого порядка, которая ранее сводилась ко второму порядку (к обобщённой машине). Но для объектов новых систем управления необходимы более совершенные модели, позволяющие более результативно применять численные методы. Следовательно, среди алгоритмов составления дифференциальных уравнений необходимо выбирать способ, эффективно работающий с современными программными пакетами. Для конструкторов наиболее удобным является пакет схемотехнического моделирования МиШБгт, получивший широкое распространение благодаря компактности, возможности визуализации и прямым связям с другими программными продуктами.

Таким образом, смена элементной базы станочных систем управления, появление новых силовых устройств, ужесточение требований к процессу обработки на станке привели к необходимости проектирования новых систем автоматического управления, требующих разработки новых подходов к вопросам моделирования.

В последние годы появилось немало научных работ, посвященных моделированию процессов в системах управления на основе бесконтактных ЭМП. Среди них работы Чемоданова Б. К., Овчинникова И. Е., Подураева Ю. В., Германа-Галкина С. Г, Панкратова В. В., Мартынова A.A., Кротенко В. В., Kenjo Т., Miller T.J.E., Nagamori S. и др. Однако вопросы цифрового управления ЭМП станочного оборудования с использованием имитационных моделей освещены недостаточно. Поэтому задача исследования импульсных систем управления бесконтактными ЭМП на основе имитационных моделей является актуальной.

Основные выводы.

1. Повышение эффективности функционирования станочного оборудования (производительности и точности обработки) достигается за счет использования разработанных математических и имитационных моделей и применения схемотехнического моделирования на этапах проектирования и наладки систем управления электромеханическим преобразователем (ЭМП) станочного оборудования.

2. На основании проведенного обзора методов управления ЭМП и анализа их особенностей в оптимальных САУ выбрана структура построения моделей системы управления ЭМП для исследований при разработке и проектировании систем управления металлообрабатывающих станков с ЧПУ.

3. На основе совокупности разработанных линеаризованных и нелинейных математических моделей системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока (БДПТ) установлены функциональные зависимости характеристик управления в частотной и временной областях от параметров широтно-импульсного модулятора: коэффициента модуляции, периода квантования, амплитуды и длительности импульсаполучены соотношения между параметрами модуляции и коэффициентами регуляторов, которые определяют области устойчивой работы моделей.

4. Показано, что при сквозном моделировании нелинейных систем управления БДПТ применение методов гармонического баланса и медленно меняющихся амплитуд позволяет повысить точность анализа динамических процессов управления, что делает более эффективными процедуры проектирования станочного оборудования.

5. На основе созданной совокупности имитационных моделей в динамических режимах выявлены связи между показателями качества управления электромеханическим преобразователем (точностью,.

161 быстродействием) и механическими параметрами (скоростью вращения, развиваемым моментом), позволяющие реализовать оптимальное управление процессом обработки.

6. Разработанная обобщенная методика сквозного моделирования, позволяет осуществить полный цикл вычислительного эксперимента при проектировании систем управления электромеханическим преобразователем станочного оборудования.

7. Проведенные экспериментальные исследования показали пригодность моделей для эффективного применения при разработке систем управления приводами подачи станков.

Показать весь текст

Список литературы

  1. И., Глубоков А. Управление вентильным электродвигателем. Часть 1. ИД «Электроника», www.elcp.ru, «Электронные компоненты», 2007-№ 11
  2. И., Глубоков А., Пашкевич А. Управление вентильным электродвигателем. Часть 2. ИД «Электроника», www.elcp.ru, «Электронные компоненты», 2008 — № 3
  3. B.C. Теория нелинейных электрических цепей. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1982. — 280 е., ил.
  4. Е. В. Фалк Г. Б. Электромеханические устройства автоматики. Учебное пособие М. .'Московский государственный институт электроники и математики. 2002. — 214с.
  5. А.П., Сливинская Г. А. Прямые прецизионные электроприводы -опыт разработки и применения./ Журнал «Электронные компоненты» -2008, № 11.
  6. А.П., Цаценкин В. К. Прецизионный электропривод с вентильными двигателями М.: Издательский дом МЭИ, 2010. — 328 е.: ил.
  7. A.B., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. JL: Энергоиздат. Ленингр. Отделение, 1982. — 392 е., ил.
  8. A.B., Постников Ю. В. Примеры расчёта автоматизированного электропривода на ЭВМ: Учебное пособие для вузов. 3-е изд. — JL: Энергоиздат. Ленингр. Отделение, 1990. -512с., ил.
  9. Ю.М., Зеленков Г. С., Микеров А. Г. Опыт разработки и применение бесконтактных моментных приводов. Л.: ЛДНТП, 1987. 27 е., ил.
  10. Ю.М., Микеров А. Г. Выбор и программирование параметров бесконтактного моментного привода. Л.: ЛДНТП, 1990. 24 е., ил.
  11. Е., Колесов Ю.Б, Сениченков Ю. Б. Практическое моделирование динамических систем. СПб.: БХВ-Петербург, 2002.
  12. В.А., Попов Е. П. Теория систем автоматического управления. -М.: Профессия, 2007. 752 с.
  13. Л.А. Теоретические основы электротехники. М., Высшая школа, 1996.- 638 е., ил.
  14. М.Г. Вентильно-индукторный электропривод: алгоритмы и системы управления./Рынок электротехники. 2008, № 1,2.
  15. В.А., Иванов-Смоленский A.B. Физическое моделирование электрических систем. М.: ГЭИ, 1956
  16. С.А., Букатова В. Е., Киселева O.A. Выбор критериев конструирования мехатронных модулей на базе бесконтактных двигателей постоянного тока. Электротехнические комплексы и системы управления. Комп. журнал, № 1, 2007. -v-itc.ru/electrotech
  17. Н.В. Функциональные ряды в задачах динамики автоматизированных систем. Мовква.: Янус — К, 2001 — 96 с.
  18. А.Х., Чурилов А. Н. Колебания и устойчивость нелинейных импульсных систем. СПб.: Изд-во Санкт-Петерб. ун-та, 1993.
  19. Герман-Галкин С.Г. Mathlab & Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008. — 368 с.
  20. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. СПб.: КОРОНА принт, 2007. — 320 е., ил.
  21. Горбунов-Посадов М. М. Расширяемые программы. — М.: Полиптих, 1999. — 336 с.
  22. B.JI. Управление электроприводами с вентильными преобразователями. Учебное пособие. Вологда: ВоГТУ, 2003. — 294 с.
  23. В.Д., Козочкин М. П., Григорьев С. Н. Диагностика автоматизированного производства. М. Машиностроение, 2011. — 600 с.
  24. Ю.Н., Чернышев А. Ю., Чернышев И. А. Автоматизированный электропривод: Учебное пособие. Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 224 с.
  25. Дьяконов В.П. Mathcad 11/12/13 в математике. Справочник. М.: Горячая линия — Телеком, 2007. — 958 с.
  26. A.A. Теория автоматического управления: Учебник для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: Политехника, 2005. — 302 с.
  27. В.А., Медведев B.C., Чемоданов Б. К., Ющенко A.C.- Под ред. Б. К. Чемоданова. Математические основы теории автоматического управления. 3-е изд., перераб. и доп. Т.2. — М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. -616 е.: ил.
  28. В.А., Сарапулов Ф.Н, Шымчак-Щецин П. Структурное моделирование электромеханических систем и их элементов., 2000 г.- 310 е., ил.
  29. Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984. — 541 с.
  30. Ю.В. Создание высокоэффективных систем управления исполнительными движениями роботов и мехатронных устройств на основе технологически обусловленного метода синтеза. Диссертация на соискание учёной степени д.т.н. М.-.МГТУ «Станкин», 2001.
  31. Казмиренко В.Ф./ Под ред. Автоматизированное проектирование следящих приводов и их элементов М.: Энергоатомиздат.1984 — с.96−108.
  32. В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. М.: COJIOH-Пресс, 2003.-736 е.: ил.
  33. М.М. Электрические машины: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. Образования. 8-е изд., стер. М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 496 с.
  34. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т.1. Линейные системы. -М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2003. 288 с.
  35. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т.2. Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы. М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2007.-440с.
  36. В.И. Теория электропривода. Учебник для вузов. 2-е издание. М.: Энергоатомиздат, 2001. — с.
  37. В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам.//Chip News.-1999.-№ 1(34).-С.2−9.
  38. В.Н., Куприянов В. Е., Шашихин В. Н. Теория автоматического управления. СПб, изд-во Политехнического университета, 2006. 316 с.
  39. Ю.Б., Сениченков Ю. Б. Имитационное моделирование сложных динамических систем. exponenta.ru
  40. И. П. Математическое моделирование электрических машин. М.: Высшая школа. 1987. — 248 с.
  41. Коровин Владимир Викторович. Моделирование регулируемых преобразователей частоты и разработка эффективных алгоритмов управления: Дис.. канд. техн. наук: 05.09.12 Москва, 2005 210 с. РГБ ОД, 61:06−5/1129
  42. А. Динамический расчёт стабилизированного понижающего преобразователя напряжения постоянного тока. Силовая электроника № 3, 2005.
  43. В.В., Ильина А. Г. Параметрический синтез цифровой системы управления бесконтактного моментного привода с двигателем ДБМ. Электротехника, Электромеханика и Электротехнологии. Компьютерный журнал, № 2, 2006 books.ifmo.ru
  44. В.А. Компьютерное моделирование процессов в станочном электроприводе с бесконтактными двигателями постоянного тока. Вестник МГТУ «Станкин», № 2(10), 2010. М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». 2010.
  45. В.А. Основы автоматического управления. Теория и электронные технические средства: Учебник М. ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2006. — 268 с.
  46. В.А. Разработка совокупности имитационных моделей вентильных электродвигателей (бесконтактных двигателей постоянного тока).М.: Отчёт кафедры ЭЭиА МГТУ «Станкин». 2008.
  47. В.А., Филатов В. В. Компьютерное моделирование станочного электропривода переменного тока / Материалы III научно-образовательной конференции «Машиностроение традиции и инновации» (МТИ-2010). .Сборник докладов. — М. МГТУ «Станкин», 2010. — 222 с.
  48. В.А., Филатов B.B. Моделирование электрических и электронных устройств в MultiSim 10. Пособие. М.: ГОУ ВПО МГТУ «Станкин», 2010. -213 с.
  49. В.А., Филатов В. В. Моделирование электрических и электронных элементов автоматики. Конструкторско-технологическая информатика -2005: Труды конгресса. V международный конгресс. М.: ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», «Янус-К», 2005. — 358 с.
  50. В.А., Филатов В. В. Электромагнитные устройства и электрические машины.
  51. В. М., Чеховой Ю. Н. Нелинейные системы управления с час тотно- и широтно-импульсной модуляцией. Киев: Техника, 1970. 339 с.
  52. Куо Б. С. Теория и проектирование цифровых систем управления. М.: Машиностроение, 1986. 447 с.
  53. С.Ю., Гладких Т. В. Автоматизированное проектирование сложных устройств в компьютерной системотехнике. Учебное пособие.
  54. В.В., Лохин В. М., Петрыкин A.A. Дискретные системы автоматического управления теплотехническими объектами Под ред. В. В. Макарова. М.: Наука. Физматлит, 1997. — 224с.
  55. A.A. Проектирование электроприводов. Учебное пособие. -СПб.: СПбГУАП, 2004.- 97с.
  56. О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1990. -304 с.-19., [129].
  57. В.В. Электрический привод: Учеб. Пособие М.: мастерство: высшая школа 2000. — 368 с.
  58. Л.Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. Уч-к для вузов. В 2-х т., Т.2. Л., Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1981. — 416 е., ил.
  59. A.B., Шишлаков В. Ф. Параметрический синтез нелинейных систем автоматического управления: Монография / Под ред. В. Ф. Шишлакова. СПбГУАП. СПб., 2003. — 358 е.: ил.
  60. И.Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе. Курс лекций. СПб., Корона-век, 2006. — 336 е., ил.
  61. В.В. Вентильный электропривод: от стиральной машины до металлорежущего станка и электровоза: Журнал «Электронные компоненты», 2007, № 2.
  62. Ю.В. Основы мехатроники. Учебное пособие. М.: МГТУ «Станкин», 2000. — 80 е., ил.
  63. В.Д. Система проектирования OrCad 9.2/ В. Д. Разевиг. -M.:COJIOH-P, 2003. 520 с.
  64. Ю.А. Электромашинные устройства автоматики. Л.: Энергоатомиздат, 1988. 408 с.
  65. Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебник. М. ?ACADEMIA, 2006. — 265 е., ил.
  66. Ю.М. Теория автоматического управления. М.: Высшая школа, 2000. — 270 с.
  67. Соломенцев Ю.М./ Под ред. Основы автоматизации машиностроительного производства/ Ковальчук Е. Р., Косов М. Г., Митрофанов В. Г. и др. 2-е изд. — М.: Высшая школа, 1999. — 312 е.: ил.
  68. Справочник по теории автоматического управления под ред. А. А. Красовского. М.: Наука, 1987.- 712 с.
  69. В. Методы пространства состояний в теории дискретных линейных систем управления. М.: Наука, 1985. 294 с.
  70. И.В. Вентильный электропривод: шанс для российских производителей: Журнал «Оборудование: рынок, предложение, цены», 2004, № 1.
  71. Теория автоматического управления. Под ред. A.B. Нетушила. Учебник для вузов. Изд. 2-е, доп. И перераб. М., «Высшая школа», 1976. 400 с.
  72. В.М., Осипов О. И. Системы управления электроприводов./ Под ред. В. М. Терехова. М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 304 с.
  73. В.В., Чумаева М. В. Моделирование широтно-импульсного преобразователя в профессионально-ориентированном программном пакете MultiSim. // Вестник МГТУ «Станкин». Научный рецензируемый журнал. -М.: МГТУ «Станкин», № 2(10), 2010. с.79−85.
  74. Ю.М., Романов A.B. Автоматизированное проектирование электроприводов: Учебное пособие. Воронеж, ВГТУ, 2003. 205 с.
  75. Хернитер Марк Е. Multisim 7: Современная система компьютерного моделирования и анализа схем электронных устройств. (Пер. с англ.) М.: Издательский дом ДМК пресс, 2006. — 487 с.
  76. Я.З. Круговые критерии робастной устойчивости нелинейных дискретных систем // Доклад РАН. 1992. Т. 322. № 4. С. 656−661.
  77. Я.З. Частотные критерии абсолютной устойчивости нелинейных импульсных систем // Автоматика и телемеханика. 1964. № 3. С. 281−289.
  78. .К. Следящие приводы. В 3 томах. Том 1. Теория и проектирование следящих приводов (2-е издание). Изд-во МГТУ им. Баумана, 2003. — 904 е., ил.
  79. Чумаева М.В. MultiSim-модель импульсной системы управления ДПТ с независимым возбуждением и её характеристики. Вестник МГТУ «Станкин» № 4(8), 2009. — М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». 2009.
  80. М.В. Моделирование импульсной системы управления ДПТ с независимым возбуждением в среде MultiSim. /Материалы XII научной конференции МГТУ «Станкин».: Программа. Сборник докладов. Под ред.О. А. Казакова. М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «Станкин». 2009.
  81. Р. Имитационное моделирование систем- искусство и наука: пер. с англ./ Р. Шеннон М.: МИР, 1978. — 424 с.
  82. Р.Т. Системы подчинённого регулирования электроприводов. Учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. — 279 с.
  83. Н.П. Современные тенденции развития станкостроения в России. -informdom.com: Журнал «Оборудование и инструмент», серия Металлообработка, 2007, № 1.
  84. В. D. О. Controller Design Moving from Theory to Practice. IEEE Control Systems, 1993. Vol. 13. № 4. P. 16−25
  85. Jury E. I., Pai M. A Convolution z-transforms methods applied to certain nonlinear discrete systems. IRE Trans. PGAC. 1963. P. 138−142.
  86. Kenjo T. and Nagamori S. Permanent-Magnet and Brushless DC Motors. -Oxford University Press, 1985.
  87. Kuo В. C. The z-transform describing function for non-linear sampled data control systems. Proc. of the I. R. E. 1960. № 43, 5. P. 941−962.
  88. Miller T. J. E. Switched Reluctance Motors and their Control. Magna Physics Publishing and Oxford University Press, 1993.
  89. Ray W. F., Lawrenson P. J., Davis R. M, Stepehnson J. M., Fulton N. N. and Blake R. J. High Performance Switched Reluctance Brushless Drives IEEE IAS Conf. 1985, pp. 1769−1776
  90. Shyam S. Ramamurthy, Juan Carlos Balda. Implementation of Neural Networks to Aid Switched Reluctance Motor Control on the TMS320C6701 / Department of Electrical Engineering, University of Arkansas. 2002. 6 p
  91. Tan K.K., Lee Т.Н., Dou H., Huang S. Precision Motion Control. Design and Implementation. Springer-Verlag 2001.
  92. Yashvant Jani. Renesas Implementing Embedded Speed Control for Brushless DC Motors, Parti, Part2, Part3
Заполнить форму текущей работой