Об одном методе позиционного управления пневмоприводом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Безручко Т.В., Шипитько И.А, Змеу К.В.

ОБ ОДНОМ МЕТОДЕ ПОЗИЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПНЕВМОПРИВОДОМ

ВВЕДЕНИЕ

Область и масштабы применения пневматического привода обусловлены его достоинствами и недостатками, вытекающими из особенностей свойств воздуха. Он применяется для осуществления движения подачи, и выполнения вспомогательных операций зажима, прижима, переворачивания заготовок и т. д. Широкое применение пневмопривод находит в сборочных станках. Наиболее эффективно применение пневмоприводов в промышленных роботах при цикловом управлении. Пневматический привод также незаменим там, где требуются небольшие усилия, но имеются жесткие требования к чистоте и стерильности рабочего тела, например, в медицине или при монтаже печатных плат. Однако вследствие нелинейностей, порожденных физическими свойствами рабочего тела, применяемого в пневмомеханических системах, позиционное управление ими представляет собой сложную техническую задачу. Ниже описана методика управления, позволяющая с определённой степенью точности решить данную задачу.

МЕТОД УПРАВЛЕНИЯ Одним из современных методов анализа и синтеза систем управления нелинейными динамическими объектами является Model Predictive Control (MPC) [1]. Важной частью реализации успешной стратегии прогнозирующего управления на основе метода MPC является выбор адекватной методики синтеза эталонной траектории переходного процесса, реализуемой задающим фильтром. Форма эталонной траектории переходного процесса настроенного прогнозирующего регулятора неизменна. Зададимся НПФ с желаемой динамикой и получим ее переходную характеристику (ПХ) как реакцию на единичное входное воздействие (рис. 1).

Рис. 1. Эталонная переходная характеристика.

Разобьем ПХ на Q интервалов с дискретой времени, равной тактовой для инверсной прогнозирующей модели, реализованной в предлагаемой системе, причём Q> А, где Л - выбранный горизонт прогноза.

Измерив значение ординат ПХ в конце каждого временного интервала у + 1;у + 2;...у + (), получим набор из () скалярных значений. Организовав данный набор в виде вектор-столбца последовательных весовых коэффициентов по интервалам горизонта прогноза

Н = [/?(/:+ 1) к(к + 2) ... И(к + Я)] , получим возможность представить операции задающего фильтра по вычислению вектора

Х(к,к + Я) =

= [уг(к +1) уг(к +1) ... уг(к +1)]' (1)

точек эталонной траектории ПП как произведение вектор-столбца Н на скалярное значение текущей ошибки по управлению е(к), получаемой введением в систему управления главной обратной связи по управляемой координате объекта, отсутствующей в [2] и неявно реализованной в [3]:

к{к +1) х е(к) + у(к) = уг(к +1)

к(к + 2)хе(к) + у(к) = уг(к + 2) . (2)

к(к + 0)хе{к) + у(к) = уг{к + а)

Рис.2 содержит структурную схему предлагаемой организации управляющего контура системы управления, основанной на инверсном прогнозирующем вычислении управляющего воздействия и отличающейся введением задающего фильтра на основе предлагаемого статического преобразования скалярной величины текущей ошибки по управлению в вектор значений точек эталонной траектории ПП в пределах выбранного горизонта прогноза.

Рис. 2. Структурная схема алгоритма вычисления управляющего воздействия

Реализованная схема управления была исследована путём численного моделирования математической модели пневмомеханической системы. Результат данного опыта представлен на рис.3.

1 - сигнал задания

2 - сигнал с выхода объекта К^0.5

3 - сигнал с выхода объекта, М=0,3

Время, с

Рис. 3. Результаты моделирования работы системы управления для пневмомеханической системы.

1

В качестве передаточной функции задающего фильтра было принято звено вида-.

+1

ЛИТЕРАТУРА

1.Camacho E.F., Bordons С. Model Predictive Control, Springer, 1999.

2. Змеу К.В., Ноткин Б.С., Дьяченко П.А. Безмодельное прогнозирующее нейроуправление. //Мехатроника, автоматизация, управление. - 2006. „V«9. - С. 8-15.

3. Змеу К.В., Марков H.A., Шипитько И.А., Ноткин Б.С. Безмодельное прогнозирующее инверсное управление с регенерируемым эталонным переходным процессом // Информатика и системы управления. - 2009. - 3(21). - С. 109-117.

Чебоксаров В.В., Коровин С.Е. СТРУЙНАЯ СИЛОВАЯ ОПОРА ДЛЯ КРУГЛОШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА

Тенденция развития автоматизированного машиностроения - это разработка и реализация технологических процессов с высокой степенью надежности.

Трудоемкость изделий машиностроения, в основном, определяется технологическими процессами, которые трудно автоматизировать ввиду их недостаточной надежности. Эти процессы: обработка нежестким инструментом, обработка нежестких деталей, обработка с трудоемкими измерениями, сборка и другие.

Актуальна задача автоматизации круглого наружного шлифования нежестких валов с отношением длины к диаметру более 10-ти. Факторы, которые обуславливают малую производительность обработки таких деталей и увеличение требований к квалификации рабочих следующие: крайне малая жесткость; температурные деформации; деформации, обусловленные перераспределением внутренних напряжений в детали при снятии припуска.

Известны способы и устройства, которые увеличивают "технологическую жесткость" применением люнетов различных конструкций.

Применение жесткого люнета обеспечивает получение требуемых размера и формы поперечного сечения и не способствует исправлению погрешностей, обусловленных действием перечисленных факторов, в том числе первоначальной кривизны заготовки.

Применение люнета-виброгасителя не обеспечивает увеличения статической жесткости.

Автоматический люнет, который перемещает деталь согласно информации, получаемой от датчика силы, расположенного на базирующем центре, имеет опору на поверхность нежесткой детали, что определяет существенную неустойчивость обработки с крутильными колебаниями.

Поэтому в настоящее время широко применяются трудоемкие методы ручной доводки деталей высококвалифицированным персоналом: рихтовка, местный нагрев, местный наклеп, сопровождаемые трудоемкими измерениями.

Предложенный исследуемый метод в полном варианте включает следующую последовательность действий: автоматический обмер эксцентриситета е в зависимости от угла поворота заготовки перемещением сопла приводом с ходом 2е при реализации гидростатической силовой опоры с зазором между соплом и заготовкой 0,02...0,06 мм при постоянном пониженном давлении, при обработке заготовки силовое воздействие без запаздывания гидродинамическим (струйным) методом при черновой обработке и относительно слабое силовое воздействие без запаздывания гидростатическим методом при чистовой обработке с целью исключения эксцентриситета (рис.1).