CC BY
12
УДК 62-503.54
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИВОДА ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОГО СТАНКА
Т. Д. Хуснутдинов, А. О. Панаськов, Я. Е. Шумилина, М. М. Максимчук, М. Н. Серафимов
Научный руководитель - В. А. Левко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: tymurus14@mail.ru
В связи с необходимостью выбора метода управления на ранних этапах проектирования управляемых приводов с асинхронным двигателем произведено имитационное моделирование разрабатываемого привода, управляемого системой скалярного регулирования скорости вращения выходного вала, с целью определения пригодности данного метода управления для работы горизонтального ленточнопилъного станка.
Ключевые слова: скалярное управление, привод, асинхронный двигатель, ленточнопильный станок, привод главного движения.
IMITATION MODELING OF THE DRIVE OF THE MAIN MOVEMENT OF THE HORIZONTAL BAND SAW MACHINE
T. D. Khusnutdinov, A. O. Panaskov, Y. E. Shumilina, M. M. Maksimchuk, M. N. Serafimov
Scientific supervisor - V. A. Levko
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: tymurus14@mail.ru
Due to the need to select a control method in the early stages of the design of controlled drives with an asynchronous motor, a simulation of the developed drive, controlled by a scalar control system of the output shaft rotation speed, was carried out in order to determine the suitability of this control methodfor operating a horizontal band saw.
Keywords: scalar control, drive, induction motor, band saw, main drive.
В последнее время на подготовительных этапах производства ракетно-космической техники для резания различных видов металлов, в том числе жаропрочных высоколегированных сталей и труднообрабатываемых сплавов, нашли применение ленточнопильные станки, рабочим органом которого является ленточная пила. Конструкции современных ленточных пил позволяют существенно уменьшить ширину резания (пропила), что позволяет сократить расход металла. Моделирование силы резания на ленточнопильном станке с помощью программного средства SIMULINK показало, что такой подход обеспечивает оптимальные конструкторские решения по разработке динамической системы ленточнопильного станка [1]. Особенности формирования касательных напряжений при передаче рабочего движения в механизмах резания ленточнопильных станков влияют на выбор привода главного движения [2].
Выбор или проектирование привода главного движения является ключевым моментом создания высокоэффективной конструкции ленточнопильного станка. На этом этапе необходимо определиться с методом регулирования привода (электродвигателя).
Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»
Главным фактором, влияющим на выбор метода регулирования, является устойчивость системы управления электродвигателем. Основными методами регулирования асинхронных двигателей на данный момент являются скалярное и векторное регулирование. Скалярное регулирование проще в реализации и применяется в том случае, если не требуется максимальное быстродействие, управление моментом электродвигателя, а диапазон регулирования частоты не превышает 100:1.
В связи с этим, для определения устойчивости проектируемого привода произведено имитационное моделирование привода главного движения с использованием скалярного метода управления. При этом окончательное решение по выбору метода регулирования с обеспечением заданной устойчивости системы строилось на анализе поведения модели привода при изменяющемся моменте сопротивления.
Для имитационного моделирования привода главного движения за основу взята известная структурная схема привода главного движения горизонтального ленточнопильного станка, показанная на рис. 1 [3*].
В эту схему включены: составная передаточная функция ПИД-регулятора 1; передаточная функция преобразователя напряжения 2; передаточная функция, преобразующая частоту питающего напряжения асинхронного двигателя в угловую скорость вращения магнитного поля статора 3; передаточная функция, преобразующая угловую скорость магнитного поля в электромагнитный момент асинхронного двигателя 4; передаточная функция механической системы (преобразование момент - угловая скорость) 5 и передаточная функция датчика обратной связи 6.
Рис. 1. Структурная схема привода главного движения горизонтального
ленточнопильного станка
На основе описанной выше структурной схемы предложена функциональная схема привода главного движения горизонтального ленточнопильного станка (рис. 2).
Структурная и функциональная схема привода были взяты за основу для имитационного моделирования работы привода в условиях, приближенным к реальным.
На основе данных схем была создана виртуальная программа. Разработка программы проведена в среде разработки ЬаЬу1е~м. Виртуальная программа создана в виде блок-диаграмма среды разработки ЬаЪуг^^ и показана на рис. 3. В качестве интерфейса виртуальной программы разработана лицевая панель, показанная на рис. и 4.
В связи с переменным числом вовлеченных в процесс резания зубьев изменяется характер нагрузки на привод главного движения, который характерен для операции пиления заготовок. Для моделирования на шестой секунде симуляции реализован процесс начала резания лентой металла. Для этого подан случайно изменяющийся по времени сигнал, амплитуда которого колеблется в диапазоне от 9.5 до 10.5 Нм, частота изменения сигнала -0,1 с.
ЗИ - задатчик интенсивности; РС - регулятор скорости; РЧ - регулятор частоты; ПЧ - преобразователь частоты; ДС - датчик скорости; М - асинхронный двигатель.
Рис. 2. Функциональная схема привода главного движения горизонтального ленточнопильного станка
Рис. 3. Блок-диаграмма виртуальной программы, моделирующего работу разрабатываемого
привода
Рис. 4. Лицевая панель виртуальной программы, моделирующей работу разрабатываемого привода
Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»
По графику изменения скорости вращения выходного вала, показанного на рис. 4, видно, что привод асинхронного двигателя сохранил устойчивость работы.
Система привода главного движения ведет себя стабильно, следовательно, применение метода скалярного регулирования системой управления целесообразно.
Библиографические ссылки
1. Литвинов А.Е., Корниенко В.Г. Моделирование силы резания на ленточнопильном станке с помощью программного средства SIMULINK. Современные наукоемкие технологии. 2008. № 12. С. 36-37.
2. Кондратюк A.A., Шилько В.К. Особенности формирования касательных напряжений при передаче рабочего движения в механизмах резания ленточнопильных станков. Известия Томского политехнического университета. 2004. Т. 307. № 1. С. 134-136.
3. Н.В. Кояин / Асинхронный частотно-регулируемый электропривод. Имитационные модели в среде моделирования MATLAB-Simulink [Электронный ресурс] / Л. С. Удут, О. П. Мальцева, Н. В. Кояин; Томский политехнический университет. - Режим доступа: https://studfile.net/preview/4247281/page:17/.
© Хуснутдинов Т. Д., Панаськов А. О., Шумилина Я. Е., МаксимчукМ. М., Серафимов М. Н., 2020
