13XVМеждународная научно-практическая конференция УДК: 62-83.01
Максимов Никита Максимович Maksimov Nikita Maksimovich, Корнякова Ольга Юрьевна Kornyakova Olga Yurievna, Головань Игорь Николаевич Golovan Igor Nikolaevich Магистр Master
Южно-Уральский государственный университет
South Ural State University
О МЕТОДАХ ПОВЫШЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТОЧНОСТИ МНОГОМАССОВЫХ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С УЧЕТОМ УПРУГИХ ПОДАТЛИВОСТЕЙ
METHODS OF INCREASING THE DYNAMIC ACCURACY OF MULTI-MASS ELECTROMECHANICAL SYSTEMS TAKING INTO ACCOUNT ELASTIC COMPLIANCE
Аннотация. Современные технологические процессы металлообработки, производства измерительной аппаратуры и оптических изделий, сборочные и мик-романипуляционные процессы, задачи тарировки прецизионных датчиков выдвигают постоянно возрастающие требования к электроприводам по точности воспроизведения заданных параметров механических движений. Практика создания точных электромеханических систем указывает на резкое возрастание технических трудностей при попытках создания систем, реализующих угловую и линейную точность. К возникновению своеобразного секундно-микронного "барьера точности" приводит комплекс физических явлений, ярко проявляющихся только при микроперемещениях в сочетании с реально существующими технологическими проблемами изготовления прецизионных элементов высокоточных электромеханических систем. В статье рассмотрены пути и методы решения по снижению вредных микроперемещений в процессе воздействия динамических возмущений.
Abstract: Modern technological processes of metalworking, production of measuring equipment and optical products, assembly and micromanipulation processes, calibration tasks of precision sensors put forward ever-increasing demands on electric drives for the accuracy of reproduction of the specified parameters of mechanical movements.
«Инновационные аспекты развития науки и техники» The practice of creating precise electromechanical systems indicates a sharp increase in technical difficulties when trying to create systems that implement angular and linear accuracy. A complex of physical phenomena leads to the emergence of a kind of second-micron "accuracy barrier", which are clearly manifested only with micro-displacements in combination with the actual technological problems of manufacturing precision elements of high-precision electromechanical systems. The article discusses ways and methods of solutions to reduce harmful micro-displacements in the process of exposure to dynamic disturbances.
Ключевые слова, упругие связи, точность, динамика, SimInTech, электромагнит.
Key words: elastic bonds, accuracy, dynamics, SimInTech, the electromagnet.
Исследованию факторов, ограничивающих точность электромеханических систем, посвящено много работ советских и зарубежных авторов [1]. К числу таких факторов принадлежат трудности измерения параметров движения с требуемой точностью, которые в настоящее время успешно преодолеваются благодаря внедрению в промышленность лазерных интерферометрических датчиков положения и угла [2, 3], успехам, достигнутым в повышении разрешающей способности датчиков на штриховых мерах [4].
При исследовании динамики электроприводов было выявлено что, при микроперемещениях и низких скоростях в традиционных электромеханических системах наступают явления, которые появляются в виде нерегулярных колебаний в направлении движения и являются следствием сложного взаимодействия нелинейного трения и микро-упругостей в зоне контакта механических звеньев, претерпевающих относительное перемещение [3]. В работах Мазунина В.П. [3] и Каминской Д.А. [4] рассматриваются возможности демпфирования упругих податливостей непосредственным воздействием на механическую часть системы. Также было предложено масса вариантов по решению демпфирования упругих колебаний и оптимизации динамических свойств многомассовых электромеханических систем с точки зрения
27
XVМеждународная научно-практическая конференция подбора оптимальных параметров регуляторов системы управления
электропривода. Так было предложено использование электромагнита в контур упругого звена.
Таким образом, в программе SimInTech была построена структура двигатель упругое звено рабочий механизм (ДВУЗРМ), для исследования поведения системы при различных возмущениях (рис.1).
111
V, . <5 1 3500 —► — - 2 1 ->-
^ ' 2.453 'Ж 0.339э 3.39э
т ДВ УЗ —► РМ
3£
Мс
Рис.1. Структурная схема ДВУЗРМ
Анализируя частотную характеристику, получаем следующие показатели резонансного максимума (А=0,0387 и ю=85,2 рад/с). В области низких частот наблюдается постоянная зависимость амплитуды от частоты т.е. имеет 0 наклон, в области высоких частот характеристика имеет -3 наклон. ФЧХ изменяется от 0 до -270 град (рис.2).
Рис.2. Графики переходного процесса, АЧХ и ФЧХ система ДВУЗРМ
Вводим электромагнит, представленный апериодическим звеном с постоянной времени Т=0,002 и коэффициентом усиления К= 1, который охватывает ДВ и УЗ (рис.3).
-к Ьг - ► '» АГиг) * ой ф(\у]
^ „ 1 3500 гГ + + 1 1
2.45э А и 0.339г " 3.39э * П\г ->
т ДВ УЗ -> РМ
1
Цв1
эм
Мс
Рис.3. Структурная схема ДВУЗРМ-ЭМ
ЛАЧХ имеет следующие параметры резонансного максимума (А=0,0125 и ю=85,2 рад/с). При этом ФЧХ в области низких частот имеет 0 наклон, а в области высоких частот -2 наклон, причем изменяется от 0 до -180 град, при этом на частоте близкой к 100 рад/с наблюдается провал ФЧХ до -200 рад/с. Переходный процесс полностью устанавливается на 2,2 секундах при приложении ступенчатого входного сигнала и 6,3 с при приложении ударной нагрузки на 4 с (рис.4)
0.02 0.01
0 -1 ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■ I ■■■I■■■ I ■■■I■■■ I ■■■I■■■ I ■■■I ■■■ I ■■
О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 G 6.5 7 7.5 3 3.5 Э Э.5 10
-ЗЕ+01 -4Е+01 -5Е+01
-SE+01
О
В "50
^ -100
1Е-01 1Е+00 1Е+01 1Е+02
Ь), С-1
Рис.4. Графики переходного процесса, АЧХ и ФЧХ система ДВУЗРМ-ЭМ
V
Полученные данные свидетельствуют, что демпфирование системы с помощью электромагнита приводит к снижению пульсации в переходных процессах и к более стабильной работе при низких частотах вращения и микроперемещниях.
Библиографический список:
1. Кожевников С. Н., Динамика машин с упругими звеньями, изд-во АН УССР, 1961.
2. Дружинин Н. Н., Теория многодвигательного электропривода непрерывных станов холодной прокатки с учетом характеристик технологического процесса и упругостей прокатных клетей, МЭИ, Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора техн. наук, 1962.
3. Мазунин В.П. Параметрические ограничения в нелинейных системах управления механизмами с упругостью / Мазунин В.П., Двойников Д.А. // Электротехника. 2010. №5. С. 9-13.
«Инновационные аспекты развития науки и техники» 4. Каминская Д.А. Демпфирование приводом стационарных колебаний скорости механизма. «Известия вузов». «Горный журнал», 1972, № U.C. 119-123.
