Содержание

Введение

1. Анализ технологического процесса как объекта управления

2. Определение структуры основного контура системы

3. Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура

4. Обоснование необходимости адаптивного управления

5. Выбор класса адаптивной системы управления

6. Разработка структурной схемы АдСУ

7. Выбор метода и алгоритма адаптивного управления

8. Разработка функциональной схемы АдСУ

9. Синтез АдСУ

10. Анализ системы по результатам моделирования

Вывод

Введение

При фрезеровании заготовки погрешность обработки вызвана упругими деформациями системы СПИД и зависит от колебаний составляющей силы резания Р_Х. Колебание силы Р_Х обусловлено изменением величины снимаемого припуска t_П.

Уменьшения погрешности в машиностроении позволяют как снизить экономические затраты на производство деталей, так и уменьшить время на производство.

В данной курсовой работе производится синтез АдСУ на основе разработанной ранее САР, позволяющей стабилизировать погрешность обработки с заданной точностью, при изменении t_п в заданных пределах. Хотя САР позволяет уменьшить погрешность производимой детали, при существенном изменении параметров процесса резания такая система не способно адекватно работать. Возникает задача синтеза системы, которая адаптируется к изменениям параметров процессов резания.

2. Анализ технологического процесса как объекта управления

Схема процесса:

,

Рис. 1 – Схема процесса

- частота вращения шпинделя,

- скорость подачи,

ППД – привод главного движения,

ПП – привод подачи.

Произведем анализ процесса резания как объекта управления. Анализ будем производить в несколько этапов (рис. 1):

Произведем анализ процесса резания как объекта управления. Анализ будем производить в несколько этапов:

1. Определение состава выходных координат ОУ. При фрезеровании, в качестве выходных координат мы получаем: толщину стружки, вращающий момент, мощность;

2. Выбор выходной координаты, количественно определяющей качество хода ПР. По заданию нам необходимо регулировать погрешность обработки с заданной точностью. Погрешность обработки, в свою очередь, по прямопропорциональна силе резания P_x, поэтому именно она будет количественно определять качество хода процесса резания;

3. Выполнение математического описания. Зависимость выходной координаты от различных влияющих на нее факторов описывается так:

где

1. Определение ограничений, в условии которых должен производится ПР. Основным ограничением будет то, что напряжение может регулироваться только вниз, т. е. мы можем только уменьшать входную координату X;

2. Определение состава управляющих координат. На выходную координату оказывают влияние: диаметр фрезы D, число зубьев фрезы z, ширина фрезерования B, подача на зуб S_z, частота вращения шпинделя n_ш.

3. Выбор управляющей координаты, оказывающей самое эффективное воздействие на выходную координату при соответствующих ограничениях. По условию задания, диаметр и число зубьев фрезы, ширина фрезерования являются постоянными величинами, поэтому мы можем отнести их к входным параметрам. Показатель степени при n_ш мал, он составляет всего 0,2. Поэтому изменение частоты вращения шпинделя не будет оказывать существенного влияния на силу резания. Ее мы тоже можем отнести к входным параметрам. В качестве управляющей координаты выберем S_z.

4. Определение состава возмущений. По условию задания на процесс резания, в качестве возмущений, действует колебание величины снимаемого припуска. Учитывая все это, мы можем представить процесс резания в качестве объекта управления следующим образом (рис. 2):

Рис. 2 - Процесс резания как ОУ

А формула (2) перепишется следующим образом:

,

где ; (4)

1. Определение диапазона изменения возмущений. Возмущение изменяется в пределах от 0,7 мм до 1 мм.

2. Определение диапазона изменения выходной координаты при совместном действии возмущений. Согласно формуле (4) выходная координата P_x будет изменяться в пределах от

до

;

мкм;

мкм;

мкм.

10. Определение возможного диапазона изменения управляющего воздействия. Учитывая функциональные возможности фрезерного станка, мы можем изменять подачу в диапазоне от 0,005 мм/зуб до 0,05 мм/зуб.

11. Определение заданной точности регулирования выходной координаты. Заданная точность , мкм.

Так как реальное отклонение выходной координаты больше допустимого, то нам придется регулировать выходную координату, т.е. нам необходимо проектировать систему автоматического регулирования P_x .

2. Определение структуры основного контура системы

С хема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис. 3:

Рис. 3 - Схема взаимодействия электропривода и процесса резания

САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена Х, возмущающее воздействие f. Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени . Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

Преобразователь электрической энергии (ПЭ) преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени и .

УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

КУ - корректирующее устройство. Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

БЗ - блок задания, состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора R3, задает напряжение Uз величина которого определяет величину задания выходной координаты САР.

ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания. С точки зрения динамики представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени Т_ДУ. При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение Uос=5 В.

С - сумматор на базе операционного усилителя, безынерционное звено с коэффициентом передачи равным 1. Суммирование осуществляется по алгоритму Uс=Uз-Uос.

Функциональная схема будет выглядеть так (рис. 4):

Рис. 4 - Функциональная схема САР

Иначе, по алгоритму функционирования данная САР является следящей. В ней выходная величина – скорость резания – регулируется с заданной точностью при изменением напряжения на входе, т.е. система управляет выходной координатой. На вход системы подается напряжение Uз, соответствующее заданной скорости резания. Это напряжение сравнивается с напряжением Uос, поступающим с датчика обратной связи. Если существует ненулевая разница этих напряжений – ошибка регулирования , то она с соответствующим знаком поступает на КУ, УС, ПЭ. ПЭ таким образом меняет напряжение на своем выходе, чтобы свести ошибку регулирования - путем изменения скорости вращения двигателя к минимуму или нулю. Если на систему действуют возмущения, то система с обратной связью будет компенсировать эти возмущения, поддерживая скорость резания постоянной.

1. Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура

Структурную схему составим на основании функциональной схемы, используя данные курсовой работы по САУ

Преобразователь энергии, с точки зрения динамики процесса является апериодическим звеном второго порядка. Его передаточная функция:

Значение постоянных времени T₁ и T₂ дано в исходных данных, а значение коэффициента передачи найдем из условия номинального значения напряжения якоря двигателя.

Согласно системе уравнений:

;

двигатель можно представить в виде следующей схемы (рис. 5):

Рис. 5 - Схема электропривода

Передаточная функция двигателя рассчитывается следующим образом:

;

кг*м²; откуда:

,где

(рад/сек); (кг*м²);

;

Передаточная функция имеет следующий вид:

Передаточное устройство является линейным звеном. Зная номинальные значения частоты вращения вала двигателя и подачи на зуб фрезерного станка, запишем передаточную функцию:

,

=0,008

тогда Wпу(р) = [мм*мин/(зуб*об)]

Процесс резания как объект управления с учетом возмущений опишем используя формулу (4). Но описанный процесс резания будет нелинейным звеном, а в данной части ТАУ мы изучаем линейные звенья. Поэтому нам придется линеаризовать это звено. Для этого построим график изменения погрешности обработки от подачи и проведем касательную в рабочей точке этой зависимости (рис. 6).

Δ[мкм]

S[мм/об]

Рис. 6 - Линеаризация процесса резания

Уравнение касательной будет иметь вид: