Расчет настройки цифрового привода

Цифровой привод обычно имеет две зоны регулирования скорости: рабочую и ускоренных ходов.

В I-ой зоне рассчитывается допустимое рассогласование

,

где uраб.макс – максимальная рабочая подача

Кu – добротность по скорости

d – дискретность

e1x и e1z заносятся в память МУЧПУ под номерами N0F_ и N1F_ соответственно и после адреса F записывается рассогласование.

Для расчета параметров во II-ой зоне задается время торможения tТ=0.2…0.4 сек

Следовательно

e2x и e2z заносятся в память МУЧПУ под номерами N2F_ и N3F_

Торможение обеспечивается за счет интенсивности изменения сигнала управления

, где 0,5 В/с – изменение напряжения управления за такт расчета.

Wx и Wz заносятся в память под номерами N4F_ и N5F_.

Для обеспечения обработки за время торможения tт пути Sт определяется коэффициент передачи контроллера привода во II-ой зоне

Кп2x и Кп2z заносятся в память под номерами N15M_ и N16M_.

Импульсным фотоэлектрическим датчиком положения. Часть 2

Дешифратор ДШ, стробируемый тактовыми импульсами Ти2, анализирует состояние разрядов в сдвиговых регистрах и формирует сигналы «счет».

Код СР21	Код СР22	Сигнал «счет»	Выходы ДШ
Н	С	Н	С
0	0	0	0	Без.Изм.	01
0	0	0	1	+1	02
0	0	1	0	-1	03
0	0	1	1	Без.Изм.	04
0	1	0	0	-1	05
0	1	0	1	Ошибка	06
0	1	1	0	Ошибка	07
0	1	1	1	+1	08
1	0	0	0	+1	09
1	0	0	1	Ошибка	10
1	0	1	0	Ошибка	11
1	0	1	1	-1	12
1	1	0	0	Без.Изм.	13
1	1	0	1	-1	14
1	1	1	0	+1	15
1	1	1	1	Без.Изм.	16

Сигналы «счет» Без.Изм. не используются.

Выходные сигналы ДШ, объединенные  в группы «+1» и «-1» схемами «ИЛИ» подаются соответственно на суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика РС.  РС накапливает импульсы и формирует код

 углового (линейного перемещения). Коэффициенты умножения частоты сигнала фотоэлектрического ДП в этом ППК равен 4. Схема не чувствительна к фазовым сдвигам сигналов фотоэлектрического ДП и может обнаружить ложные импульсы, возникающие в такте передачи входных сигналов.

Кроме рабочих штрихов на диске (линейке) фотоэлектрического ДП имеется один дополнительный штрих, который вырабатывает сигнал «метка» при каждом полном обороте диска ДП. Сигнал «метка» необходим для выхода рабочих органов станка в фиксированную точку. Кроме того, по сигналу «метка» можно организовать подсчет общего числа импульсов, наступивших в ППК за 1 оборот диска. Если это число не соответствует заданному значению – значит в ППК произошел сбой.

Структура и характеристики цифрового привода

Цифровой привод – следящий привод, информация в котором обрабатывается программным путем с использованием микропроцессора.

В МУЧПУ геометрическая технологическая и терминальная информация обрабатывается МП(микропроцессором), который содержит ПИД-регулятор положения, по определенным алгоритмам которые могут изменяться. Информация о перемещениях обрабатывается контроллером привода и преобразуется в аналоговый сигнал управления Uу, который поступает на регулируемый привод.

ДПТ преобразует угловую скорость w в линейной перемещение стола или суппорта.

ТГ – обратная связь по скорости.

Обратная связь по перемещению осуществляется импульсным преобразователем перемещения (ИИП).

ИИП преобразует угол поворота двигателя в унитарный код. Эта информация преобразуется в контроллере импульсных преобразователей (КИП) в двоичный код.

Основной характеристикой цифрового привода является

,

где Кu – добротность по скорости.

 - коэффициент передачи КП

 - коэффициент передачи регулируемого привода

i – передаточное отношение u/w

Как и в следящем приводе необходимо стремиться компенсировать e.

Наибольшие погрешности возможны при изменении направления движения, например, при обработке прямого угла.

Xз, Zз – заданные перемещения

Xд, Zд – действительные перемещения

ex, ez  - рассогласования

Dн – наружная погрешность обработки

Dв – внутренняя погрешность обработки

Чтобы исключить такие погрешности необходимо исключить перерегулирование и одновременно движение по 2-м координатам. Это можно осуществить аналоговым и цифровым путем.

В 70-80-е годы использовался аналоговый способ. Путь торможения до изменения направления вращения рассчитывался предварительно технологом и задавался в программе. В МУЧПУ это реализуется программным путем за счет расчета настройки привода.

Расчет характеристик следящего привода

РП – регулятор положения

а)

 (Настройка на технический оптимум)

Возьмем П-регулятор положения

При условии замыкания

К2 из условия устойчивости

, при Тmс=2 Тmт=2Ттп£0,06 сек

Из всего этого следует, что

, т.е. точность увеличивается при более высоком быстродействии.

При

   

Т.о. передаточная функция следящего привода является звеном 2-го порядка с коэффициентом демпфирования

Коэффициент демпфирования мал, следовательно, привод обладает высокой колебательностью.

б)

  при

Возьмем ПД-регулятор положения

 (из условия замыкания)

При условии замыкания

, т.е. x увеличивается в (1+К2Трп) раз, что снижает колебательность.

в)

  при

Возьмем ПИ-регулятор положения

 (с учетом замыкания)

При условии замыкания

Из условия устойчивости :

 в 2…3 раза

При р=0

 при

Из всего этого следует, что следящий привод обладает высокой точностью.

Расчет электрических параметров регуляторов

Регуляторы реализуются на операционных усилителях постоянного тока с большим коэффициентом усиления

Z0, Z1-это полные сопротивления прямой и обратной связи соответственно

1) П-регулятор Wp=Kp, Z0=R0, Z1=R1, Kp=R1/R0, Примем: R1=1 кОм, R0=R1/Kp

2) ПИ-регулятор

Z0=R0, R1-последовательная R1C1 цепочка

Kp=R1/R0, Tp=R1C1, R1=1 кОМ, R0=R1/Kp, C1=Tp/R1

3) И-регулятор

, Kp=1/R0C1, R0=1 кОМ, C1=1/KpR0

4) ПИД-регулятор

Z1-последовательная RC цепочка

Z0-последовательная RC цепочка

Kp=R1/R0, Tp1=R1C1, Tp2=R0C0, R1=1 кОм®R0, C1, C0

Импульсным фотоэлектрическим датчиком положения. Часть 1

Рассмотрим функциональную схему ППК с фотоэлектрическим датчиком положения (ДП):

ДП – датчик положения

СР2 – сдвиговый регистр

ДШ – дешифратор

Ти – тактирующий импульс

РС – реверсивный счетчик

СР21:

Фотоэлектрический ДП формирует 2 сигнала прямоугольной формы US и UC имеющие сдвиг по фазе π/2. Они поступают соответственно на входы СР21 и СР22. При этом сдвиговые регистры, синхронизируемые тактовыми импульсами Ти1, формируют двоичные коды, первые разряды которых соответствуют новому, а вторые – старому значению сигналов фотоэлектрического ДП. Контроль уровня (логическое значение 0 или 1) сигналов US и UC фотоэлектрического ДП осуществляется в каждом такте синхронизации.

РС подсчитывает число импульсов поступающих на него «+» увеличивает на 1, «-» уменьшает на 1.

Моделирование привода подчиненного регулирования на ЭВМ

Модель привода должна учесть все допущения которые были приняты при расчете настройки регулятора тока и скорости.

Структурная схема.

Рассчитываем модель в следующих вариантах:

1) К1=0, М*с=0

2) К1=1/Кд; М*с=0, т.е.

3) К1=1/Кд; М*с=Мmaxi=М*max

4) К1=1/Кд; М*с=Мmaxi=М*max,

В результате расчетов необходимо получить переходные характеристики

Определяем прямые показатели качества:

1) tп.п. при а=3%wуст

2) s=43%: (для 1-3 вариантов расчета), s<10% (в 4-м варианте)

3) N должно быть 1-2

4) Sдейст=

Sдейст< SЗ (для 3-4 вариантов расчета М*с>0)

Импульсные фотоэлектрические датчики положения. Часть 2

Встречное включение ФД позволяет компенсировать постоянную составляющую токов ФД. Погрешность датчика обусловлена неравномерностями нагрузки шкалы, уменьшающимися благодаря тому, что на каждый ФД попадает световой поток от большого числа просветов шкалы. Аналоговые сигналы с ФД поступают на входы усилителей-формирователей УФ1, УФ2, на выходах которых формируются напряжения Us и Uc прямоугольной формы.

Для круговых датчиков вместо шкалы используется стеклянный диск с нанесенными на него штрихами.

Для увеличения числа импульсов на оборот вала используется специальная схема (измерительный преобразователь ИП), временная диаграмма работы которой имеет вид:

Схема имеет 2 выхода, на которых возникают последовательности импульсов унитарного кода

 или

, частота которых пропорциональна скорости вращения вала ДП. Число импульсов с выхода схемы в 4р больше числа штрихов на диске. Этот эффект достигается в результате формирования узких импульсов по фронту и срезу напряжений US и UC с выхода УФ1 и УФ2.

Расчет настройки контура скорости. Часть 3

В)

1) Контур скорости – линейная система 2 – о порядка

2) Тµ и 2Тµт – “большие” постоянные времени D>500 – привод широкорегулируемый с большими колебаниями нагрузки

, 

3) Некорректируемое звено

4) Настройка на симметричный оптимум с ПИД-регулятором скорости

;

 - произвольно

П.ф. р.с.к.

Независимо от ТМ обладает астатизмом 2-о порядка

Из-за действия форсирующего звена замкнутый скоростной контур будет иметь большую колебательность с σ=43%, т.о. также необходим фильтр с П.Ф.

Расчет настройки контура скорости. Часть 2

Вариант б)

1) контур скорости линейная система 2-го порядка

2) ТМ – «большая» переменная времени D>500 – привод широкорегулируемый с большими колебаниями нагрузки

Передаточная функция Объекта регулирования:

;

3) Некорректируемые звенья

Таким образом

 - «малая» постоянная времени скоростного контура.

4) Выбирается настройка на симметричный оптиуи с ПИ-регулятором скорости

Передаточная функция Разомкнутого Скоростного Контура

Т.е. контур обладает астатизмом 2-го порядка, т.е. компенсирует отклонение регулируемой велия\чины (

) как от колебания управляющего, так и возмущающего воздействия (момент сопротивления

)

Передаточная функция Замкнутого Скоростного Контура

Передаточная функция Замкнутого Скоростного Контура не зависит от «большой» постоянной времени ТМ

σ = 43%, tпп=3,1Тμс.

Вывод: Замкнутый скоростной контур обладает высоким быстродействием, но и высокой большой колебательностью, т.е. σ = 43%, это является следствием действия форсирующего звена в числителе ПФ ЗСК (

).

Для компенсации его действия на вход замкнутого скоростного контура включается фильтр или задатчик интенсивности с передаточной функцией.