Повышение эффективности информационно-измерительных и управляющих систем технологических машин на основе механизмов параллельной структуры

• Автор: Курдюков, Роман Юрьевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. Анализ состояния проблемы
1.1 Особенности построения ИИУС технологических машин
нового поколения
1.2 Цель и основные задачи работы
Выводы
Глава 2. Исполнительные приводы ИИУС
2.1 Основные характеристики электроприводов
2.2 Структура электропривода
2.3 Датчики обратных связей, применяемые в электроприводах
2.3.1 Датчики тока, применяемые в электроприводах
2.3.2 Датчики скорости, применяемые в электроприводах
2.3.3 Датчики положения, применяемые в электроприводах
2.4 Усилители мощности электроприводов
2.5 Механические устройства
2.6 Регуляторы параметров электроприводов
2.7 Электродвигатели электроприводов
2.7.1 Электродвигатели постоянного тока
2.7.2 Вентильные электродвигатели
2.7.3 Асинхронные электродвигатели
2.8 Контуры регулирования моментов в электроприводах
2.9 Контуры регулирования скорости в электроприводах
2.10 Контуры регулирования положения в электроприводах
2.11 Обобщенная структурная схема электропривода
Выводы
Глава 3. Анализ устойчивости ИИУС
3.1 Обзор методов анализа устойчивости сложных систем
3.1.1 Критерии анализа устойчивости линейных систем
3.1.2 Критерии и методы анализа устойчивости нелинейных систем
3.2 Вероятности метод анализа устойчивости ВЭМАУС
3.2.1 Определение интенсивностей потоков контуров скорости
3.2.2 Определение интенсивностей потоков контуров положения
Выводы
Глава 4. Синтез устройств ИИУС, повышающих эффективность ИИУС
Выводы
Заключение
Библиография
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Совершенствование средств производства является основой развития машиностроения. Только на совершенном технологическом оборудовании возможно создание новейшей космической и авиационной техники, автомобилей, бытовой техники и в том числе самих средств производства.
Поэтому современное технологическое оборудование, должно в первую очередь воплощать все новое, что возникает в области новых механизмов, исполнительных приводов, средств измерения и контроля, вычислительной технике и программном обеспечении [1].
Однако современное станкостроение, как правило, базируется на традиционных механизмах, и в основном совершенствуются системы управления, средства контроля, исполнительные приводы, внедряются интеллектуальные системы управления. Построение технологического оборудования на основе механизмов параллельной структуры (МПС) позволяет качественно изменить представление о станке, о его кинематической структуре. МПС позволили получить более простые структуры станков с более широкими технологическими возможностями [2].
Основные преимущества механизмов параллельной структуры при создании на их основе станочного оборудования:
1. создание облегченных конструкций,
2. возможность одним и тем же механизмом выполнять транспортные и технологические операции,
3. расширение возможных перемещений при обработке сложных корпусных деталей,
4. создание гибкой механической системы, позволяющей встраивать дополнительные датчики и приводы.
Тем не менее, создание облегченных станочных конструкций на базе подвижных стержневых механизмов ставит главное препятствие - это возможное возникновение вибраций и снижение точности изготавливаемых изделий. Поэтому создание облегченных станочных конструкций должно в первую очередь исключать при этом вибрации и обеспечивать жесткость конструкции. Данная проблема сродни проблеме создания ферменных конструкций с той лишь разницей, что механизмы подвижны и должны обеспечивать жесткость конструкции при движении.
В стержневых станочных механизмах вибрационные колебания должны быть измеряемыми и управляемыми. В этом случае возможно «вредное» влияние вибраций превратить в «полезное». Например, колебание инструмента по касательной к обрабатываемой поверхности только улучшает процесс обработки (существуют способы виброобработки). Поэтому при проектировании стержневых механизмов необходимо рассматривать и оптимизировать в целом систему «станок - инструмент - деталь» в

динамических режимах. Необходимо обеспечивать управление стержневым механизмом таким образом, чтобы максимальная нагрузка действовала вдоль стержня. В данных механизмах требование на уменьшение вибрации в процессе движения, управление напряжениями, возникающими в механической конструкции, и обеспечение необходимой точности возлагается на системы управления и контроля [3].
Новые механизмы предусматривают переход к более совершенным технологическим процессам. Появляется возможность финишной обработки сложных фасонных поверхностей (например, лопатки газотурбинных двигателей, художественных изделий) без применения ручного труда.
Совершенно новый подход в данном случае можно предусмотреть к изготовлению крупногабаритных деталей. При наличии, например, единой оптической системы контроля относительно положения обрабатываемых поверхностей крупногабаритной детали и обрабатывающих голов или станков возможна установка данного облегченного обрабатывающего оборудования непосредственно на самой детали. В этом случае исключаются длинномерные направляющие для перемещения обрабатывающих головок.
Достаточно сложно компенсировать деформации гибкой системы типа руки робота, построенной на основе незамкнутой кинематической цепи. Создание механизмов на замкнутых кинематических цепях позволяет перераспределять нагрузку на звенья.
Особую роль в таком оборудовании начинает играть информационно — измерительные и управляющие системы (ИИУС).
Кроме традиционных задач производства, необходимых измерений и выработки управляющих воздействий они позволяют производить компенсацию погрешностей, вызванных упругими деформациями механической части оборудования, изменениями моментов инерции отдельных звеньев системы, взаимовлияниями степеней подвижности друг на друга.
Следует отметить, что исследованиями ИИУС занимались многие ведущие ученые и трудовые коллективы. Следует особо выделить работы Цапенко М.П. [4], Пономарева В.М. [5], Д. Пиани [6], Каверин И .Я. [7], Беседина Б.А. [8], Гарипова В.К. [9], однако все они посвящены в основном исследованиям собственно информационно — измерительных систем широкого назначения. В работах Иванова В.А. [10], Башарина A.B. [11,12], Александровой Р.Н [13], Кнауэра И.Б. [14,15], проводятся серьезные исследования ИИУС традиционного станочного оборудования. В работах Каспарайтиса А.Ю. [16], Слепцова В.В. [17], Лукашкина В.Г. [18] проводятся исследования ИИУС промышленных роботов и координатно -измерительных машин, что имеет уже некоторые общие технические решения с рассматриваемыми.
Анализируя вышеизложенное можно сделать вывод о новизне и перспективности разработки ИИУС нового технологического оборудования -механизмов с параллельной структурой, чему и посвящена данная работа.

ротора а, т.е. выходное напряжение с роторных обмоток меняется по закону синуса и косинуса и с учетом принципа суперпозиции
£/,„ = к Ь7т зт(со + ос),
172р = А: (7т соз(сй + а) (2-14)
где к - коэффициент.
Если одно из напряжений, питающих статорную обмотку, принять за опорное, то фазовый сдвиг выходных сигналов обмоток ротора соответствует его угловому смещению.
В трансформаторном режиме обмотку возбуждения запитывают переменным напряжением и—1]т -ЭШ Ш. Под действием этого напряжения создается пульсирующий магнитный поток Фв, который наводит во вторичных обмотках ЭДС, пропорциональную синусу и косинусу угла поворота ротора а. Выходной сигнал этих обмоток определится выражениями
и1р = к-и-эта
и2р = к-и- соэа (2-15)
Так как питающее обмотку возбуждения напряжение синусоидальное,

и, =к-Ц
(2.16)
и, -к-ІІ -собоі
2р т
Выходное напряжение синусоидальной и косинусоидальной обмоток зависит от угла поворота ротора.
Вращающиеся трансформаторы в обратной связи, как правило, работают в фазовом режиме. При этом погрешность измерения положения равна погрешности формирования сдвига фаз и при допущении, что каждая составляющая погрешности не превышает (25-30)% суммарной допустимой ее величины, погрешность в формировании фазового сдвига не должна превышать 5-7 угл. мин.
Дополнительные погрешности вращающихся трансформаторов могут возникнуть и за счет неточности сочленения валов трансформатора с подвижными элементами станка.
Вместе с тем применение в системе обратной связи механической редукции, имеющей собственную кинематическую погрешность даже для несиловых передач, соизмеримую с допустимой погрешностью измерения, существенно снижает метрологические возможности вращающего трансформатора; кроме того, уменьшается и его надежность. В этой связи большой интерес представляют многополюсные индукционные