4.3.4 Следящий привод
Следящий привод представляет собой сложную многоконтурную систему автоматического регулирования замкнутую по положению. В состав этой системы входит регулируемый электропривод с электродвигателем и датчиком скорости, система управления приводом и питания датчиков положения от УЧПУ, механическая передача, охваченная обратной связью по положению. Механическая передача, не охваченная обратной связью по положению, не является звеном следящего привода и оказывает на него возмущающее воздействие в виде дополнительного момента нагрузки и момента инерции.
Следящий привод предназначен для преобразования электрического сигнала малой мощности в пропорциональное перемещение рабочего органа, для чего требуется значительно большая мощность. Привод преобразует информацию, поступающую от устройства управления, в перемещение механизма и выполняет функцию превращения электрической энергии в механическую.
Следящий привод является устройством, от которого в значительной степени зависит качество работы станка: точность обработки и качество поверхности, производительность, надежность и стоимость. Основными параметрами привода являются мощность, скорость (до 10-15 м/мин), точность (0,001 мм), быстродействие, плавность перемещения.
Следящий привод применяется в позиционных системах для обеспечения малой погрешности установки координат в заданную точку за возможно меньшее время.
В контурных системах следящий привод обеспечивает непрерывное управление переменными скоростями движения рабочих органов при значительной мощности и высокой точности перемещений по нескольким координатам одновременно.
Структурная схема следящего привода приведена на рис. 4.8.
Следящий привод состоит из исполнительного двигателя (Д) того или иного типа, усилителя мощности (УМ), снабжающего двигатель энергией, регулируемой в широких пределах, датчика обратной связи (ДОС), преобразующего фактическое положение Х2 (или угол поворота) рабочего органа (РО) в электрический сигнал Еос, строго пропорциональный этому положению, и сравнивающего устройства (УС), которое сравнивает сигнал ДОС с входным управляющим сигналом Евх (или Х1). Силовой преобразователь СП применяется при использовании двигателя постоянного тока и превращает переменное напряжение в регулируемое постоянное на якоре двигателя.
Сигнал на входе РО равен разности сигнала управления и обратной связи от ДОС. Например, при любом незапрограммированном возмущении объекта, вызывающем увеличение выходного параметра, растет сигнал отрицательной обратной связи, что приводит к снижению входного сигнала, а, следовательно, уменьшению выходного параметра. Таким образом, автоматически поддерживается значение выходного пар аметра на заданном уровне с определенной точностью.
Обратная связь по скорости, осуществляемая тахогенератором (ТГ), обеспечивает точность управления, снижая зону нечувствительности и влияние различного типа нелинейностей, а также увеличивает жесткость механической характеристики привода.
Регулируемый привод (без обратной связи по положению) служит для обеспечения необходимой скорости РО, пропорциональной входному сигналу . Регулируемый привод является неотъемлемой частью следящего привода, образуя его внутренний контур, замкнутый по скорости. Этот привод может применяться отдельно для главного движения.
Наиболее важным требованием к двигателям, применяемым в приводах подач, является возможность плавного регулирования скорости в широком диапазоне, вплоть до самых маленьких скоростей, измеряемых в долях оборотов в минуту. Кроме того, двигатели должны выдерживать кратковременные перегрузки, обеспечивающие высокое быстродействие привода, иметь малые габаритные размеры и массу, удобно встраиваться в станок.
В приводе подач в качестве двигателя используют двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока с частотным регулированием.
Двигатели постоянного тока
Наибольшее распространение в приводах подач получили двигатели постоянного тока.
В электромеханических системах с высокоскоростными двигателями (n3000 об/мин) с большим собственным моментом инерции достаточно просто обеспечивается устойчивость по управляющему воздействию и невысокая чувствительность к колебаниям нагрузки вследствие высокого демпфирования и небольшой собственной частоты самого двигателя.
Низкоскоростные двигатели (n1000 об/мин), устанавливаемые непосредственно на ходовой вал, обеспечивают несколько большее быстродействие, так как момент инерции ходового винта с двигателем меньше приведенного момента инерции высокоскоростного двигателя, редуктора и ходового винта. Кроме того, низкоскоростные двигатели развивают большие моменты, чем высокоскоростные. Но они имеют большие габариты и массу.
Основным недостатком двигателя является наличие трущегося токосъемного щеточно-коллекторного узла, снижающего надежность и возможность работы в условиях агрессивных сред. Этот недостаток особенно ощутим при работе станка в условиях автоматизированной системы, так как наличие щеточно-коллекторного узла требует частых профилактических осмотров. Поэтому в настоящее время наиболее распространенными двигателем для приводов подач станков с ЧПУ становятся высокомоментные вентильные двигатели.
Высокомоментные вентильные двигатели постоянного тока
Под высокомоментным понимают двигатель, развивающий на выходном валу крутящий момент, достаточный для преодоления статических и динамических нагрузок привода подач.
Высокомоментные вентильные двигатели (ВМВД) – новые технические объекты — были задуманы и созданы для применения в регулируемых электроприводах. Техническим предшественником ВМВД является регулируемый электропривод постоянного тока, содержащий электронный усилитель мощности и высокомоментный коллекторный двигатель, работоспособность щеточно-коллекторного узла которого поддерживается посредством периодического ухода и ремонта.
В ВМВД функцию коллектора выполняет электронный коммутатор, работающий по сигналам датчика углового положения вала. В результате устраняется содержащий скользящие контакты малонадежный коллектор со щетками.
Появление высокоскоростных высокомоментных двигателей малых габаритов позволило значительно сократить механическую часть коробки подач, а в некоторых случаях полностью исключить ее. Устранение коробки подач привело к повышению мощности, повышению КПД, снижению момента инерции привода.
Основное их отличие – замена электромагнита постоянным магнитом. Это существенно улучшает характеристики двигателя и привода. Отсутствие обмотки возбуждения и ее нагрева позволило увеличить ток якоря, что повысило крутящий момент при тех же габаритах двигателя.
Появление таких двигателей стало возможным благодаря появлению дешевых высококоэрцитивных магнитных материалов с большой магнитной энергией для изготовления постоянных магнитов.
Эти двигатели связывают непосредственно с ходовым винтом. Вентильные двигатели с возбуждением от высокоэнергетических постоянных магнитов «железо-неодим-бор» в настоящее время остаются наиболее перспективными из всех типов электродвигателей, применяемых в современных регулируемых электроприводах малой и средней мощности.
Это объясняется целым рядом конструктивных и технико-эксплуатационных преимуществ двигателя:
бесконтактность и отсутствие узлов, требующих обслуживания;
высокое быстродействие, которое обеспечивается высокими значениями максимально допустимых вращающих моментов, превышающих номинальные в пять и более раз, а также малой электромагнитной инерционностью. Привод подач с высокомоментными электродвигателями позволяет выполнить разгон перемещаемого органа до максимальной скорости за весьма малое время (разгон до 10 м/мин за 0,25 с).
Магниты не размагничиваются при любом токе якоря, что дало возможность получить 10- 20-кратный момент при малых скоростях вращения, обеспечив высокое быстродействие, несмотря на большой момент инерции двигателя;
имеют практически неограниченный диапазон регулирования частоты вращения (1:10000 и более) и возможность регулирования частоты вращения по различным законам;
высокие значения углового ускорения в переходных режимах работы и равномерный ход при малых частотах вращения;
большая перегрузочная способность по моменту (кратковременно кратность максимального момента равна 5 и более);
наивысшие энергетические показатели. Показатели кпд вентильных двигателей превышают 90% и очень мало меняются при изменении нагрузки двигателя по мощности и при колебаниях напряжения питающей сети, в то время как у асинхронных электродвигателей максимальный кпд составляет не более 86% и зависит от изменений нагрузки. Это связано с отсутствием обмотки возбуждения и потерь в этих обмотках;
минимальное значение токов холостого хода и рабочих токов;
низкий перегрев вентильного электродвигателя увеличивает срок службы электропривода(наработка на отказ составляет 10000 ч и более), поскольку увеличивается ресурс изоляционных материалов, работающих при более низких температурах. Этот же фактор позволяет электроприводу работать в нестандартных режимах с возможными перегрузками;
минимальные массогабаритные показатели при прочих равных условиях;
Недостатки высокомоментного двигателя:
частоту вращения невозможно регулировать изменением поля возбуждения;
при мощности более десятков ватт они уступают по габаритным размерам, массе и стоимости машинам электромагнитного возбуждения;
материалы, входящие в состав сплавов для постоянного магнита дефицитны, сложная технология изготовления и намагничивания постоянных магнитов;
Вентильные двигатели обеспечивают длительный момент крутящий в диапазоне 0,05-170 Нм, частоту вращение – 420-6000 об/мин, мощность – 0,07-67 кВт, масса 04-132 кг.
Регулирование их скорости происходит при постоянном моменте путем изменения напряжения на якоре и постоянном максимальном потоке возбуждения, создаваемом постоянным магнитом.
Двигатели переменного тока
Наряду с двигателями постоянного тока в настоящее время в узлах привода подач станков с ЧПУ находят всё более широкое применение асинхронные двигатели переменного тока с тиристорными системами управления.
Применение этих двигателей стало возможным благодаря развитию силовых полупроводниковых приборов. При этом обеспечиваются лучшие моментные характеристики.
Регулирование скорости асинхронного двигателя сложнее, так как требуется регулирование и напряжения и частоты тока на статоре по определенному закону.
Для использования в качестве двигателя привода подач станка с ЧПУ асинхронного двигателя переменного тока необходимо применение сложного и дорогого преобразователя переменной частоты. Поэтому такие двигатели не получили широкого распространения в приводах подач. Однако они достаточно эффективны в приводах главного движения, где требования к диапазону регулирования значительно более узкие, а частота вращения роторов двигателей и мощность выше.
Электродвигатель соединяется с механизмом подачи, например, с ходовым винтом, при помощи промежуточного редуктора с высокой кинематической точностью. Промежуточный редуктор должен обеспечивать безлюфтовую передачу крутящего момента от двигателя к ходовому винту.
Синхронные двигатели переменного тока
В последнее время ведутся широкие разработки по возможности использования в качестве двигателя привода подач станков с ЧПУ синхронных двигателей переменного тока. Синхронным или вентильным двигателям свойственны все регулировочные преимущества двигателей постоянного тока. В них щеточно-коллекторный узел заменен бесконтактным коммутатором на транзисторах или тиристорах. Регулирование скорости осуществляется изменением напряжения на статоре, так же как в двигателях постоянного тока.
В ентильный двигатель (рис. 4.9) состоит из статора с многосекционной обмоткой и безобмоточного ротора.
В вентильном двигателе секции статорной обмотки переключаются мощными ключами, транзисторами или тиристорами, управляемыми датчиком, расположенном на роторе. В данном случае обмотка состоит из 8 секций, переключаемых тиристорами – по два на каждую секцию для изменения направления вращения, которое производят изменением полярности питающего напряжения. Если ротор в начальный момент расположен так, как показано на рис., то открываются тиристоры 1 и 10 и ток в обмотке статора течет, образуя полюсы, расположенные перпендикулярно к полюсам ротора. Ротор стремится повернуться так, чтобы полюсы ротора и статора совпали.
Повернувшись на 45 0 , ротор с помощью своего датчика открывает ключи 3 и 12, и полюсы статора также поворачиваются на 45 0 . При непрерывном вращении ротора обмотки статора непрерывно переключаются, и полюсы ротора непрерывно «догоняют» полюсы статора с угловым отклонением, определяемым нагрузкой двигателя.
Погрешности следящего привода
Статическая погрешность следящего привода определяет погрешность многократной установки координаты УО в заданную точку, т.е. определяет стабильность (повторяемость) следящего привода. Эта ошибка складывается из зоны нечувствительности привода и из временных и температурных дрейфов различных элементов (усилителей, сравнивающих устройств и т.д.). Дрейф возникает из-за временной и температурной нестабильности элементов системы, при которой сигнал на выходе, например, усилителя постоянного тока возникает и изменяется случайным неконтролируемым образом при отсутствии сигнала на входе.
Наибольшее значение для следящего привода имеют динамические ошибки, возникающие при внезапном изменении скорости входного сигнала на большую величину за достаточно малое время, сравнимое со временем переходных процессов в приводе. Это происходит, например, при обходе угла контура по дуге окружности малого диаметра.
Для снижения статических ошибок необходимо увеличить коэффициент усиления всего СП по контуру главной обратной связи. Но при этом увеличивается динамическая ошибка.
Различают три вида погрешностей: скоростную, моментную и динамическую.
Скоростная или кинетическая погрешность определяется отставанием рабочего органа станка от заданного положения при установившемся движении с постоянной скоростью. Она прямо пропорционально скорости и обратно пропорциональна добротности по скорости.
Добротность – это коэффициент пропорциональности между скоростью и погрешностью. Это коэффициент усиления следящего привода выходной величиной которого является скорость, а входной – погрешность (рассогласование).
Скоростная ошибка прямо пропорциональна скорости и обратно пропорциональна коэффициенту усиления привода по скорости.
Моментная или нагрузочная погрешность определяется перемещением привода под действием момента нагрузки при отсутствии управляющего сигнала. Она прямо пропорциональна моменту нагрузки и обратно пропорциональна добротности по моменту.
Добротность по моменту определяется как отношение статического момента к углу поворота вала двигателя под действием этого момента.
Моментная ошибка уменьшается с увеличением коэффициентов усиления по скорости и моменту. Моментная ошибка является основной причиной появления в приводе зоны нечувствительности вследствие момента нагрузки, создаваемой трением в двигателе и кинематических элементах станка, и составляет обычно 0,25-0,5 номинального момента двигателя.
Динамическая погрешность возникает при наличии изменения заданной скорости движения или статического момента и определяется параметрами системы автоматического регулирования по отклонению между действительным и заданным положением рабочего органа в переходных режимах. Динамические погрешности накладываются на скоростную и моментную установившиеся погрешности при управляющем или возмущающем воздействиях. Динамическая погрешность возникает вследствие инерционности привода, не успевающего мгновенно отслеживать все изменения управляющего сигнала.
В системе ЧПУ управляющий сигнал изменяется не мгновенно, а по линейному закону со временем, превышающем время переходного процесса привода. При этом динамическая погрешность существенно снижается, а погрешность в переходных режимах практически не повышает суммарного значения скоростной и моментной погрешностей.
Скоростная и моментная погрешности влияют на точность обработки, динамическая погрешность – на точность и шероховатость. Чем больше быстродействие привода, тем меньше влияние динамической погрешности на шероховатость поверхности.
В следящем приводе максимальная точность обработки не всегда достигается при расположении ДОС на конечном звене. Охват обратной связью нелинейных механических узлов требует снижения добротности привода для обеспечения устойчивости и заданного качества. Снижение добротности ведет к росту погрешностей.
СЛЕДЯЩИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДЫ
Следящим называется электропривод, который обеспечивает (воспроизводит) с заданной точностью движение исполнительного органа рабочей машины в соответствии с произвольно изменяющимся входным сигналом управления. Этот сигнал может изменяться в широких пределах по произвольному временному закону и иметь механическую или электрическую природу. Чаще всего входной сигнал представляет собой скорость или угол поворота оси или вала задающего устройства. Следящий электропривод применяется для антенн радиотелескопов и систем спутниковой связи, в металлообрабатывающих станках, для привода роботов и манипуляторов, в автоматических измерительных устройствах и во многих других случаях.
Следящий электропривод (рис. 4.17) состоит из датчика входного сигнала 1 и датчика 5выходной координаты, измерителя рассогласования 2, системы управления 3 и электродвигателя с механической передачей 4, которая приводит в движение исполнительный орган 6рабочей машины.
Рис. 4.17. Схема следящего электропривода
Датчики входной и выходной величин преобразуют механические величины (скорость или угол поворота вала) в электрические — входной сигнал Um и сигнал обратной связи Uoc. Измеритель рассогласования 2, алгебраически суммируя эти сигналы, вырабатывает сигнал рассогласования UA, поступающий в систему управления 3. Следящий электропривод по своей структуре представляет собой замкнутую систему, действующую по принципу отклонения.
Система управления 3 состоит из регулятора (усилителя) и силового преобразователя, которые обеспечивают необходимое преобразование сигнала рассогласования UA в напряжение U, поступающее на двигатель. За счет выбора схем регулятора и преобразователя или введения корректирующих устройств обеспечивается необходимый закон изменения этого напряжения во времени U(t) при отработке входного воздействия o)KX(t) или фвх(0-
Электродвигатель и механическая передача 4 в соответствии с законом изменения U(t) обеспечивают перемещение исполнительного органа 6. Иногда двигатель с механической передачей называют исполнительным механизмом (сервомеханизмом).
Классификация следящего электропривода может быть выполнена по нескольким признакам. Если следящий электропривод предназначен для воспроизведения с заданной точностью скорости движения исполнительного органа, он называется скоростным, а если положения — то позиционным.
Различают следящие электроприводы с непрерывным и прерывным управлением; последние, в свою очередь, делятся на релейные и импульсные.
В следящих электроприводах непрерывного действия напряжение, пропорциональное сигналу рассогласования, постоянно подается на двигатель.
Следящий электропривод релейного действия характеризуется тем, что напряжение на двигатель подается только в том случае, когда сигнал рассогласования достигает определенного значения. Поэтому работа релейного следящего электропривода характеризуется определенной зоной нечувствительности по отношению к входному сигналу.
Импульсный следящий электропривод отличается тем, что управляющее воздействие на двигатель подается в виде импульсов напряжения, амплитуда, частота или заполнение которых изменяется в зависимости от сигнала рассогласования. В этих случаях говорят соответственно об амплитудно-, частотно- и широтноимпульсной модуляции сигнала управления.
В следящем электроприводе используются двигатели переменного и постоянного тока, различные виды усилителей (электро- машинные, магнитные, полупроводниковые, пневматические, гидравлические), датчики скорости и положения и другие аналоговые и цифровые устройства управления.
Рис. 4.18. Схема следящего электропривода с двигателем постоянного тока релейного действия
Следящий электропривод постоянного тока релейного действия. В этой схеме электропривода (рис. 4.18) используется двигатель постоянного тока последовательного возбуждения М, имеющий две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. Управление двигателем осуществляется с помощью силовых транзисторов VT1 и VT2. Каждый из транзисторов работает при определенной полярности сигнала согласования UA, обеспечивая одно из направлений вращения двигателя. Если открыт транзистор VT1, ток проходит по ОВ2 и двигатель вращается в одном направлении, если же открыт транзистор VT2, ток проходит по ОВ1 и он вращается в другом направлении. Направление тока якоря в обоих случаях остается неизменным.
Разрядные диоды VD3 и VD4 служат для снятия перенапряжений, возникающих при отключении обладающих значительной индуктивностью обмоток возбуждения и якоря.
В рассматриваемом следящем электроприводе в качестве датчиков входной и выходной величин используются кольцевые потенциометры П1 и П2, которые образуют так называемый потенциометрический измеритель рассогласования.
Движок потенциометра П1 (датчика входной величины) связан с выходным валом задающего устройства ЗУ, который представляет собой в данном случае редуктор с ручным приводом. Движок потенциометра П2 (датчика выходной величины) связан с валом редуктора Р, расположенного на валу двигателя и рабочей машины РМ. Редукторы ЗУ и Р имеют одинаковое передаточное число. Питание потенциометров П1 и П2 осуществляется напряжением постоянного тока Un.
Сигнал рассогласования UA снимается с движков потенциометров П1 и 772 При их одинаковом угловом положении, что соответствует нулевому углу рассогласования Дф = фвх-фвых, сигнал UA = 0. При этом равен нулю и сигнал UA на выходе усилителя У, оба транзистора закрыты и двигатель неподвижен.
При возникновении рассогласования между угловыми положениями движков потенциометров 777 и П2, вызванного поворотом рукоятки ЗУ, сигналы UA и UA становятся отличными от нуля. В зависимости от полярности сигнала UA, которая определяется знаком угла рассогласования (ошибки) Дф, сигнал U& подается на транзистор VT1 (по цепи диод VD10— стабилитрон VD5 — резистор R3 — диод VD7) или VT2 (по цепи диод VD9 — стабилитрон VD6 — резистор R4 — диод VD8). Если этот сигнал превышает порог срабатывания стабилитронов VD5 или VD6, то соответствующий транзистор откроется, подключая двигатель к источнику питания с напряжением U. Двигатель начнет вращаться, поворачивая вал рабочей машины РМи ось движка потенциометра П2 в направлении, при котором возникшее рассогласование в системе будет уменьшаться и стремиться к нулю. Когда сигнал UA станет меньше напряжения открывания стабилитронов VD5 или VD6, работающий транзистор (VT1 или VT2) закроется и отключит двигатель от источника питания.
Таким образом, электропривод в данной схеме отрабатывает заданное перемещение (рвх с некоторой погрешностью, обусловленной нечувствительностью системы из-за порога срабатывания стабилитронов VD5, VD6. Зону нечувствительности системы стараются делать возможно меньшей в пределах 2. 3 0 угла рассогласования. Однако снижение зоны нечувствительности может привести к возникновению нежелательного колебательного режима работы электропривода около положения равновесия. Эффективным средством устранения такого режима является введение в систему дополнительных сигналов по первой и второй производным сигнала рассогласования, а также использование электрического торможения после отключения двигателя.
Достоинствами следящих электроприводов релейного принципа действия являются их простота, надежность и возможность получения оптимальных траекторий движения исполнительных органов рабочих машин. К недостаткам таких систем следует отнести их склонность к колебаниям и наличие определенной нечувствительности (неточности) при слежении.
Рис. 4.19. Схема следящего электропривода с асинхронным двигателем
Следящий электропривод переменного тока пропорционального действия. В следящем электроприводе широкое применение находят асинхронные двигатели, которые отличаются надежностью в работе и долговечностью. При создании маломощных (до 1 кВт) следящих электроприводов обычно используют двухфазные короткозамкнутые двигатели, в том числе и с полым ротором (рис. 4.19).
Двигатель М имеет обмотки возбуждения О В и управления ОУ, которые питаются сдвинутым по фазе на 90° напряжением. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением действующего значения напряжения на ОУ, которая получает питание от фазы А трехфазной сети переменного тока через тиристоры VS1— VS4. Обмотка возбуждения ОВ связана с фазами В, С через тиристоры VS5—VS6. Тиристоры VS1—VS6образуют стандартные схемы регуляторов напряжения переменного тока. Они попарно включены по встречно-параллельной схеме, что обеспечивает протекание тока по обмоткам в оба полупериода питающего напряжения.
Рассогласование между задающей осью и валом электропривода измеряется с помощью сельсинной пары, состоящей из сельсина-датчика СД и сельсина-приемника СП. Положение ротора СД задает входной сигнал срвх, а положение ротора СП определяет угол поворота вала электропривода (рвых. Сигнал рассогласования UA, снимаемый с обмотки статора СП, пропорционален разности углов (рвх и (рвых, а фаза этого напряжения определяется знаком этой разности (ошибки).
Сигнал рассогласования UA подается на вход фазочувствительного усилителя У/. После прохождения через корректирующее звено, состоящее из резисторов Rl, R2 и конденсатора С1, сигнал рассогласования усиливается усилителем У2 и в виде напряжений ?/д1 и Uпоступает на блок управления тиристорами.
Схема работает следующим образом. При появлении сигнала рассогласования UA в зависимости от его фазы на выходе усилителя У2 появляются напряжения UM или Ua. При возникновении, например, напряжения UAl С//ФУ подает импульсы управления на тиристоры VS1, VS2, VS5, VS6. Тиристоры открываются, и на ОУ и О В подаются напряжения Uoy и UO B, которые пропорциональны сигналу рассогласования UM. Двигатель М начинает вращаться, уменьшая угол рассогласования Дф=фвх — фвых между осями сельсинов СД и СП.
При другой фазе сигнала UA, что имеет место при изменении знака угла рассогласования Дф, на выходе усилителя У2 появляется напряжение UA2. Этот сигнал вызывает включение тиристоров VS3, VS4, и на обмотку управления ОУ будет подано напряжение Uo y, сдвинутое по фазе на 180° по сравнению с предыдущим случаем. Поскольку одновременно с этим откроются тиристоры VS5 и VS6 и О В также получит питание, двигатель М начнет вращаться, но уже в другом направлении. Таким образом, за счет изменения фазы напряжения Uoy осуществляется реверс двигателя М, что обеспечивает отработку угла рассогласования любого знака.
Конденсаторы С2—С5 и резисторы R3, R4 используются для сглаживания пульсаций напряжения на обмотках двигателя.
Цифроансшоговый позиционный следящий ЭПпостоянного тока. При необходимости получения высокой точности слежения (до 0,001%) в следящих электроприводах применяются цифровые устройства управления (задатчики, сумматоры, счетчики и т.д.) и датчики координат. В ряде случаев цифровая измерительная часть сочетается с аналоговой, выполненной по принципу подчиненного регулирования координат, в результате чего образуются так называемые цифроаналоговые схемы управления электропривода, сочетающие в себе положительные свойства цифровых и аналоговых систем.
Аналоговая часть электропривода (рис. 4.20) выполнена по структуре подчиненного регулирования координат, в которой внешний контур регулирования положения выполнен цифровым, а внутренние контуры регулирования тока и скорости — аналоговыми. Аналоговая часть содержит регулятор тока РТ, на который поступают сигналы задания по току U3T и обратной связи по току U0 T, подаваемые соответственно с регулятора скорости PC и датчика тока ДТ. Выходной сигнал регулятора тока Uy является управляющим для реверсивного преобразователя ПУ, питающего якорь двигателя постоянного тока независимого возбуждения М. Регулятор скорости PC, в свою очередь, получает сигналы Uoc от датчика скорости (тахогенератора) BR и U3C от задатчика интенсивности ЗИ, входным сигналом которого является выходной сигнал U3 C аналогового регулятора положения РП.
Рис. 4.20. Схема цифроаналогового следящего электропривода
В состав цифровой измерительной части электропривода, формирующей сигнал рассогласования UA, входят датчики входной ДП1 и выходной ДП2 координат электропривода (его положения), арифметическое суммирующее устройство АСУ, преобразователь кода в напряжение ПКН (преобразователь «код — аналог») и преобразователь кода положения вала ДПТ в двоичный код ПК.
Работа цифровой части следящего электропривода происходит следующим образом. Требуемое перемещение исполнительного агрегата рабочей машины вырабатывается задатчиком ДП1 в виде числа N3Jl в двоичном коде. Этот сигнал подается на вход сумматора А СУ вместе с числовым сигналом Nn (также в двоичном коде), соответствующим действительному положению исполнительного органа рабочей машины.
Сумматор А СУ обеспечивает суммирование этих двух цифровых сигналов и выделение сигнала рассогласования (ошибки) в цифровом коде NA. Далее цифровой сигнал NA с помощью преобразователя ПКН преобразуется в аналоговый сигнал UA (напряжение постоянного тока), который поступает на вход регулятора положения РП.
Цифроаналоговый следящий электропривод имеет хорошие динамические показатели работы за счет аналоговой части и высокую точность слежения, обеспечиваемую цифровой частью. Элементы и устройства такого электропривода могут быть реализованы на основе унифицированной серии аналоговых (УБСР-АИ) и цифровых (УБСР-ДИ) регуляторов.
Точный следящий привод какая точность
Основное назначение следящих приводов : слежение за вводимым в систему сигналом управления, изменяющимся по заранее неизвестному закону. Следящие приводы составляют большую группу приводов, используемых в промышленности. Наиболее распространенным случаем является отработка движения некоторого входного вала выходным валом привода. При этом повторение движения выходным валом должно осуществляться с требуемой ошибкой. В следящих приводах регулируемой величиной обычно является угол поворота Θ , а само регулирование — регулированием по положению.
Следящий привод
Для повышения производительности и повышения точности копирования часто применяется гидравлический следящий привод. Принцип действия копировального станка со следящим приводом поясним на примере шлифовального станка для изготовления кулачковых распределительных валов ДВС (рис. 8.3). В качестве копира применяется готовый кулачковый вал 3, который связан с заготовкой 2 кулачкового вала синхронизирующей зубчатой передачей 1 с передаточным отношением U = 1. И образцовый распределительный вал 3 и заготовка 2 вала приводятся во вращение с одинаковой угловой скоростью сосннх. Толкатель 4 кулачкового вала 3 передает перемещение золотнику 5 гидравлического серводвигателя. Золотник 5 управляет движением гидроцилиндра 6 серводвигателя перепуском масла от гидронасоса 8. С гидроцилиндром 6 серводвигателя связан шлифовальный круг 7, получающий вертикальное перемещение идентичное толкателю 4. Шлифовальный круг 7 имеет также независимое технологическое вращение резания сорез и методом обкатки обрабатывает заготовку 2 распределительного вала. При вращении распределительного вала 3 (копира) толкатель 4 получает задающую подачу 5>ад, зависящую от профиля кулачка распределительного вала. а шлифовальный круг 7 вместе с гидроцилиндром следящего сервопривода 6 повторяет движение толкателя 4.
Таким образом, гидравлическая следящая система обеспечивает шлифовальному кругу 7 необходимое перемещение, равное перемещению толкателя 4 кулачкового вала 3, служащего образцом (копиром). Гидроцилиндр 6 следящей системы со шлифовальным кругом 7 перемещаются в вертикальном направлении под действием управляющего гид- розолотиика 5, связанного с толкателем 4. Работа следящей системы (рис. 8.3) происходит следующим образом. Когда золотник 5 находится в среднем (равновесном) положении, то он своими кромками перекрывает оба отверстия, сообщающие гидронасос 8 с гидроцилиндром 6. В этом случае следящая система находится в положении равновесия и гидроцилиндр 6 неподвижен. При поступлении управляющего воздействия от толкателя 4 происходит отклонение золотника 5 от равновесного положения. Это взаимодействие можно назвать «прямой» связью между управляющим и ис-
Рис. 83. Схема управления шлифовального станка для изготовления кулачковых распределительных валов ДВС:
1 — синхронизирующая шестерня привода движения кулачковых валов; 2 — изготавливаемый кулачковый вал; 3 — образцовый кулачковый вал; 4 — толкатель привода золотника гидроусилителя; 5 — управляющий золотник; 6 — цилиндр гидроусилителя; 7 — шлифовальный круг; 8 — гидравлический насос
полнительным устройствами. Золотник 5 открывает каналы, соединяющие полости гидроцилиндра 6 с гидравлическим насосом 8 и со сливным баком. Масло от насоса 8 поступает в одну из полостей гидроцилиндра, а масло из другой полости гидроцилиндра поступает в сливной бак. Поршень гидроцилиндра 6 связан со стойкой (неподвижным звеном). Поэтому при заполнении маслом из насоса одной полости гидроцилиндра 6 и при опорожнении другой полости гидроцилиндра под действием разности давлений корпус гидроцилиндра 6 вместе со шлифовальным кругом 7 получает перемещение в ту же самую сторону, что и толкатель 4 «образцового» кулачка 3. Как только эти перемещения сравняются, система управления придет в равновесное неподвижное состояние. Перемещение толкателя 4 является управляющим воздействием, а перемещение гидроцилиндра 6 является «следящим». Поскольку перемещение золотника 5 с толкателем 4 выводит систему из равновесия, а перемещение гидроцилиндра 6 снова приводит систему в равновесное состояние, то перемещение золотника 5 и перемещение гидроцилиндра 6 по своему действию являются обратными операциями. В этом проявляется наличие в следящей системе «обратной связи» между объектом управления и управляющим устройством, производящей снижение ошибки между положением входного (звено 4) и выходного (звено 7) органов. Роль датчика относительных перемещений управляющего толкателя 4 и исполнительного устройства (гидроцилиндра 6) выполняет золотник с каналами.
Применение следящего привода по сравнению со способом непосредственного копирования значительно повышает производительность и точность изготовления так как на копир (кулачок У) передается лишь незначительное усилие пружины золотника, а значительное усилие резания передается через гидроцилиндр на стойку.