Упругие электромеханические системы с сухим и вязким трением

• Автор: Мубеези-Магоола Эндрю Джимми
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 189 с. : ил

УДК
Аннотация
Рассмотрены принципы управления позиционно - следящими приводами (ПСП), которые широко применяют в станкостроении, машиностроении, робототехнике и других отраслях промышленности. Объект управления упругая электромеханическая система (ЭМС) с сухим и (или) вязким трением.
Электромеханическая система включает: усилитель мощности (УМ), электродвигатель (Д), упруго - диссипативную кинематическую цепь («упругое звено» (УЗ)) и исполнительный механизм с сухим и (или) вязким трением (ИМ). Это устройство названо «обобщенным объектом управления» (ООУ). Его свойства, в большей или меньшей степени, характерны для всех реальных ЭМС. Это позволяет применить выводы и результаты диссертационной работы для оценки свойств и поведения в динамических режимах разнообразных реальных редукторных и безредукторных ЭМС с различными структурами управления.
Анализ многочисленных источников показал, что, несмотря на ряд новых предложений («асимметричный оптимум», «пропорционально - интегро-дифференциальное» управление и др.), основной схемой остается подчиненное (каскадное) построение регуляторов и программное управление позиционно - следящими приводами. Для быстродействующих ООУ реже используют системы с переключаемой структурой. Предпочтение следует отдать апериодическим цифровым регуляторам с задаваемым временем переходных процессов («финитным«) регуляторам Доопределены условия выбора основных параметров таких ПСП.
Выполнен анализ известных аналитических зависимостей сухого трения от скорости движения объекта. Показано, что они, сложны для линеаризации. Предложены две новые модели этих зависимостей. Разработана оригинальная методика их линеаризации с оценками допустимых отклонений скорости при заданной погрешности линеаризации функций.
Исследованы частотные характеристики моделей «УЗ - ИМ» и разомкнутой ЭМС с учетом влияния сухого и вязкого трения. Показано, что их параметры соответствуют аналогу

- модели привода и механизма подач станков. Выявлена специфика их динамики .

В среде 0.8-88 построены модели ЭМС с двигателем постоянного тока, с усилителем

- релейным регулятором тока, с широтно-импульсным преобразователем (ШИП), с линеаризированными и нелинейными моделями ООУ, с замыканием системы по «выходу» двигателя или ИМ. Разработана оригинальная методика постановки экспериментов и обработки их результатов, доказана достоверность выдвинуть« положений работы. Созданы основы аналитического расчета (синтеза) регуляторов для позиционно - следящих приводов с такими сложными объектами управления.
Оглавление
Введение
Глава 1. ПОЗИЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРИНЦИПЫ ИХ ПОСТРОЕНИЯ
1.1. Основные формы оптимального управления позиционными приводами
1.2. Методы решения задач оптимального управления позиционными приводами, работающими в режиме больших перемещений
1.2.1. Первая методика расчета регуляторов систем позиционирования с постоянной структурой
1.2.2. Системы с переменной структурой
1.3. Работа приводов в режиме малых перемещений
1.3.1. Исходные положения 3
1.3.2. Системы подчиненного управления
1.3.3. Настройка регуляторов систем подчиненного управления приводом с добротностью "по рывку"
1.3.4. Дискретные регуляторы для позиционных систем
3.4. Особенности модели цифрового электропривода (ЦЭП)
1.4.1. Исходные положения
1.4.2. Расчетные модели реального цифрового электропривода
1.4.3. Предварительные сведения о расчетных моделях электродвигателей
1.4.4. Расчетные модели реальных датчиков скорости
1.5. Краткие сведения о силах и моментах трения в электромеханических системах
1.5.1 Исходные положения
1.5.2. О проблеме сухого трения
1.5.3. Краткая историческая справка о теории трения
1.6 Выводы

Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И ЕЕ ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
2.1. Основные сведения об объекте управления
2.2. Математическая модель объекта управления с явно выраженным влиянием моментов сухого или вязкого трения
2.2.1. Получение аналитических зависимостей моментов сухого и вязкого трения
2.2.2. Уточнение математических моделей исполнительного механизма и механической части двигателя при учет линеаризированных характеристик моментов сухого и
вязкого трения
2.2.3. Определение допустимых отклонений входных сигналов
при линеаризации характеристик момента вязкого трения
2.2.4. Определение допустимых отклонений входных сигналов
при линеаризации характеристик момента сухого трения
2.3. Структура математической модели механизма с явно выраженной зависимостью от моментов сухого или вязкого трения
2.4. Структура математической модели объекта управления с упругой кинематической цепью
2.4.1. Исходные положения
2.4.2 Математическая модель обобщенного механизма
с упругой кинематической цепью
2.4.3. Математическая модель объекта управления с упругой кинематической цепью
2.5. Выводы

1.3.Работа позиционных приводов в режиме малых перемещений 1.3.1. Исходные положения
Поскольку большие перемещения исполнительного механизма, как правило, являются не рабочими, а транспортными, то основные требования по динамике обычно предъявляются к работе ЭМС в режиме малых перемещений. Эти перемещения ИМ из одного состояния установившегося движения (покоя) в другое выполняются, как правило, при скачкообразном задании его положения (подачи) (или изменении скорости) и апериодическом или монотонном характере отработки перемещения. Отработка сложных траекторий движения совершается при совместной работе координатных приводов подачи в динамическом режиме.
Поэтому теперь рассмотрим рациональность использования для этих целей различных структур управления приводом. Естественно, прежде всего, проанализируем возможности СПУ.
1.3.2.Системы подчиненного управления
В данном случае можно использовать трехконтурные системы подчиненного управления (СПУ) с вентильными или обычными двигателями постоянного тока при настройке контуров управления током и скоростью привода на модульный оптимум. Реализация таких настроек описана в работ ах [1.25 -1.27].
В работе [1.3] анализируются недостатки СПУ, при этом главным из них считается неудовлетворительность динамических процессов при широком диапазоне регулирования скорости и, особенно, при изменении нагрузки. Это требует изменения настройки аналогового регулятора тока, что затруднительно. В другой работе [1.1] недостатки СПУ рекомендуется устранить использованием специально разработанной автоматически работающей программы, которая позволяет выбрать оптимальные параметры настройки для каждого частного