Курсовая работа - Адаптивный контур

Подождите немного. Документ загружается.

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Содержание

Введение........................................................................................................................................2

Задание...........................................................................................................................................3

Анализ исходных данных...........................................................................................................5

Анализ процесса резания...........................................................................................................7

Разработка структурной схемы ОУ.........................................................................................9

Передаточные функции для элементов схемы....................................................................11

Построение Графиков ЛЧХ.....................................................................................................14

Определение параметров корректирующего устройства..................................................15

Обоснование необходимости адаптивного управления.....................................................17

Выбор класса адаптивной системы управления.................................................................18

Разработка структурной схемы АдСУ..................................................................................18

Выбор метода и алгоритма адаптивного управления........................................................19

Вывод………………………………………………………………………………………..……………23

Список Литературы……………………………………………………………………..……………….24

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Введение

Теория автоматического управления и регулирования – наука, которая

изучает процессы управления, методы их исследования и основы

проектирования автоматических систем, работающих по замкнутому циклу, в

любой области техники. Объекты и устройства систем регулирования

отличаются по своей физической природе и принципам построения, поэтому

проектировщику необходимо не только иметь хорошую подготовку в

области механики, электротехники, электроники, но и уметь учитывать

специфические особенности объекта.

Целью данной работы является проектирование системы автоматиче-

ского регулирования (САР) погрешности обработки при фрезеровании за-

готовки. Данная САР должна поддерживать погрешность на заданном уровне

вне зависимости от действия возмущений. Для анализа и синтеза САР в

данной работе применен метод с использованием логарифмических

частотных характеристик (ЛЧХ) системы. Он является наиболее удобным

благодаря простоте, наглядности и точности.

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Задание

задание 1; вариант 4

При фрезеровании заготовки погрешность обработки



вызвана

упругими деформациями системы СПИД и зависит от колебаний

составляющей силы резания P

. Колебания силы P

обусловлено изменением

величины суммарного припуска f

. Погрешность обработки



определяется

по формуле:

PW 

(1)

где W – податливость системы шпиндель – стол;

Сила P

определяется по формуле:

zBStC

P 

(2)

где C

– коэффициент, учитывающий особенности условий

обработки;

x, y, n, q, w – показатели степени;

D, z – диаметр и число зубьев фрезы;

B – ширина фрезерования;

– подача на зуб;







1000

- скорость вращения шпинделя.

Для заданной пары инструментальный и обрабатываемый материал

выбираем значения коэффициентов и показателей степени: C

=8.25; x=1.0;

y=0.75; n=1.1; q=1.3; w=0.2. Податливость системы СПИД фрезерного станка

6Р12 (ширина стола 320 мм) W=40 мкм/кН.

Необходимо провести синтез САР, позволяющий стабилизировать

погрешность обработки



с точностью

рз

 %1,0

при изменении t

заданных пределах от t

=0,7 до t

=1.0.

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Исходные данные

Ширина фрезерования, В 150,мм

Диаметр фрезы, D 250,мм

Число зубьев фрезы, z 12

Инструментальный материал Т15К6

Cкорость 120,м/мин

Подача на зуб 0.05,мм/зуб

Величина припуска, tmax 1,0,м

Величина припуска, tmin 0.7,м

Двигатель 2ПН100LУХЛ4

Мощность, P 3,кВт

Напряжение, U 110,В

Номинальная частота вращения, n 950,об/мин

КПД 74,5%

Cопротивление обмотки при 15С:

якоря 0.22,Ом

добавочных полюсов 0.192,Ом

Индуктивность цепи якоря 0,03,Гн

Момент инерции 0.003∙м²*кг

Преобразователь электрической энергии

Постоянные времени

Звено 1, Т1 0.156,с

Звено 2, Т2 0.100,с

Датчик выходной координаты

Постоянная времени, Тду 0,с

Передаточное механическое устройство

Постоянная времени,Тпу 0,с

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Анализ исходных данных

Схема взаимодействия электропривода подачи стола фрезерного

станка приведена на рис. 1:

САР должна регулировать выходную координату с заданной

точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком

ПР. Блок задания (БЗ), состоящий из источника стабилизированного

напряжения и резистора RЗ задает напряжение U

, величина которого

определяет величину задания выходной координаты САР. Из напряжения

задания, при помощи сумматора (С) вычитается напряжение обратной связи.

Вычитание происходит по алгоритму

ОСЗC

UUU 

. Напряжение обратной

связи подается с помощью измерительной системы выходной координаты

процесса резания (ДУ), которая с точки зрения динамики представляет собой

апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т

ДУ

Напряжение, получившееся в результате суммирования, подается на

корректирующее устройство (КУ). Корректирующее устройство

корректирует динамические свойства САР. Корректирующее устройство

падает напряжение на усилитель (УС). Усилитель является безынерционным

звеном. Усиленное напряжение поступает на вход преобразователя

электрической энергии (ПЭ). Он преобразует электрическую энергию

промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую

энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U,

питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является

линейным звеном. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет

собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т

и Т

Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию

вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с

независимым возбуждением. Возмущение машины осуществляется обмоткой

ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя

осуществляется изменением напряжения якоря U. Вращение с вала двигателя

передается на передаточное устройство (ПУ). Передаточное устройство – это

механическая система, преобразующая механическую энергию вала

двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом

резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики он

является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени Т

ПУ

Процесс резания (ПР) имеет входную координату X, выходную координату Y

и на него действует возмущение f.

Учитывая все сказанное выше мы можем составить функциональную

схему.

Функциональная схема САР

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Анализ процесса резания

1. Определение выходных координат ОУ. При фрезеровании, в

качестве выходных координат мы получаем: силу резания P

погрешность обработки;

2. Выбор выходной координаты, количественно определяющей

качество хода ПР. По заданию нам необходимо регулировать

погрешность обработки с заданной точностью. При

фрезеровании заготовки погрешность обработки вызвана

упругими деформациями системы СПИД и зависит от

колебаний составляющей силы резания Px,

поэтому именно она

будет определять качество хода процесса резания.

3. Выполнение математического описания. Зависимость выходной

координаты Δ

от различных влияющих на нее факторов

описывается с помощью формулы

zBStC

P 

(2)

где C

– коэффициент, учитывающий особенности условий

обработки;

x, y, n, q, w – показатели степени;

D, z – диаметр и число зубьев фрезы;

B – ширина фрезерования;

– подача на зуб;







1000

- скорость вращения шпинделя.



погрешность обработки при резании.

3. Определение состава управляющих координат. Из формулы (2)

видно что, на выходную координату оказывают влияние:

диаметр фрезы D, число зубьев фрезы z, ширина фрезерования

B, подача на зуб S

, частота вращения шпинделя n

4. Выбор управляющей координаты, оказывающей самое

эффективное воздействие на выходную координату при

соответствующих ограничениях. По условию задания, диаметр

и число зубьев фрезы, ширина фрезерования являются

постоянными величинами, поэтому мы можем отнести их к

входным параметрам. Показатель степени при n

мал, он

составляет всего 0,2. Поэтому изменение частоты вращения

шпинделя не будет оказывать существенного влияния на силу

резания. Ее мы тоже можем отнести к входным параметрам. В

качестве управляющей координаты выберем S

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

5. Определение состава возмущений. По условию задания на

процесс резания, в качестве возмущений, действует колебание

величины снимаемого припуска. Учитывая все это, мы можем

представить процесс резания в качестве объекта управления

следующим образом:

75.0

SCtPx 

, где

42.3



zBC

6. Определение диапазона изменения возмущений.

Возмущение

t

изменяется в пределах от 0,7 мм до 1,0 мм.

7. Определение диапазона изменения выходной координаты при

совместном действии возмущений. Согласно формуле в пункте

5, выходная координата P

будет изменяться в пределах

êÍP

253.005.07.042.3

75.0

min



êÍP

362.005.00.142.3

75.0

max



êÍP

õíîì

308.005.085.042.3

75.0



Δмин=40*0.253=10,12,мкм ,

Δмакс=40*0.362=14,48,мкм

Δном=40*0.308=12,28,мкм

Процесс резания

t

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

Разработка структурной схемы ОУ

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

0,16

0,18

0 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09

Рис 3 – График линеаризации S

Исходя из графика ( рис3) линеаризации ,можно определить коэффициент

передачи для звена, возводящего управляющую координату, для ПР, в

степень 0.75

= Sz

cт

/Sz = 4/2 = 2

Sz Sz

ст

Составим структурную схему для ОУ:

Лист

Изм. Лист N° докум. Подпись Дата

75.0

SCtPx 

, где

42.3



zBC

(1) Δ=Px W (2)

Произведем линеаризацию блока умножения:

Sz x t

= b (3),

зададим приращение данному уравнению

(

Sz+Sz)(

)=b+

b (4),

из (4) вычтем (3)

Sz t

b (5)

По уравнениям (5,1,2) составим структурную схему ОУ :

Kпр = Ks

C W = 232