В.П. Михайлов, А.М. Базиненков - Исследование параметров механизмов микро- и наноперемещений (1053467), страница 4
Текст из файла (страница 4)
13); IТР – ток троганиясистемы; kД – коэффициент передачи датчика положения; kУ – коэффициент усиленияизмерительной системы.В отличие от идеальных характеристик управления (кривые 1, 2 на рис. 13),реальная характеристика (кривая 3) имеет ступеньку, определяемую силой статическогосопротивления Fст и соответствующим этой силе током трогания системы IТР.В теории следящего привода [6] показано, что размер зоны нечувствительностиdТ для любого типа привода определяется током трогания IТР следящей системы и общимкоэффициентом передачи системы измерения k=kДkУ. При этом чем выше kУ (например,kУ2>kУ1), тем меньше погрешность позиционирования при неизменном токе управлениядвигателем.Однако при увеличении общего коэффициента передачи системы измеренияуменьшается запас устойчивости следящего привода и могут возникнуть автоколебания.Общий коэффициент передачи k системы измерения перемещения определяется типомдатчика (мехатронный, индуктивный, емкостной и т.
д.) с коэффициентом kД и усилителемизмерительной системы с коэффициентом kУ, которые задаются в паспорте системыизмерения.Рис. 13.Схема образования зоны нечувствительности следящей системыОднако, иногда приходится решать обратную задачу, т. е. выбирать общийкоэффициент передачи k=kДkУ, а точнее, коэффициент kУ, в зависимости от заданнойпогрешности позиционирования djД (в рассматриваемом случае djД»dС).Длянормальногораспределениятоктроганиявкаждойточкеi-ойпозиционирования с вероятностью P=0,95 будет определяться какIтр.i ± 2s (Iтр.i ) ,(10)где I тр.i – математическое ожидание тока трогания в i-ой точке;s(Iтр.i) – среднеквадратическое отклонение тока трогания.Величины в формуле (11) определяются следующим образом:nI тр.i = å I тр.
j n ,(11)j =1где Iтр.j – ток трогания для i -ой точки позиционирования при j-м измерении;n – количество измерений тока трогания;s ( Iтр.i ) = s 2 (I тр.i ) ,(12)где s2(Iтр.i) – дисперсия измеренных значений тока трогания в i-ой точке;s 2 (I тр.i ) = éê å ( I тр. j - I тр.i ) 2 ùú (n -1) .në j =1(13)ûОписание лабораторных установокЭкспериментальная часть лабораторной работы может проводиться на одном изтрех экспериментальных стендов. Основой стендов являются одно- и трехкоординатныегидравлические приводы с магнитореологическим управлением.
Применение в качестверабочих жидкостей магнитореологических жидкостей позволяет повысить точностьприводов (их погрешность перемещений не превышает 50 нм).Экспериментальный стенд на базе однокоординатного гидравлического привода сМР управлением (далее МР-привода), схема которого изображена на рис. 14, состоит изоднокоординатногоМР-распределителя,положениякареткиМР-привода,источникаприводарасположенногопостоянного(стокакоэффициентомв(ИПТ),вакуумнойкамере,индуктивногодатчикапередачисистемыизмеренияk=kД∙kУ=106 А×м-1), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (ЛА-70) и ЭВМ, сустановленным специализированным программным обеспечением.МР-привод состоит из штока 1, закрепленного на каретке 2. Каретка перемещаетсяпо направляющим скольжения 4, в качестве элементов скольжения используютсяфторопластовые втулки 3.
Концы штока расположены в гидроцилиндрах 5, в которыхнаходится МРЖ, и уплотняются при помощи тонкостенных резиновых оболочек (ТРО) 6.Рабочая жидкость подается с постоянным расходом через МР-распределитель вгидроцилиндры 5 при помощи насосной станции. Давление рабочей жидкости на выходенасосной станции измеряется при помощи деформационного манометра.В качестве рабочей жидкости используется суспензия Р-103 на основеполиэтилсилоксановой жидкости и частиц карбонильного железа микронного размера,стабилизированная поверхностно-активным веществом.Рис.
14.Схема экспериментального стенда на базе однокоординатного МР-привода:1 – шток, 2 – каретка, 3 – втулки, 4 – направляющие, 5 – гидроцилиндры, 6 – ТРО,7-блок АЦП, 8-ЭВМ, 9-источник постоянного тока (ИПТ),10-магнитореологические дроссели, 11-насосная станцияПри подаче управляющих сигналов от ИПТ на катушки МР-дросселей в зазорахдросселей наблюдается МР-эффект, происходит структурирование частиц карбонильногожелеза и увеличение динамической вязкости рабочей жидкости. Таким образом,пропускная способность дросселя уменьшается и в гидроцилиндрах привода создаетсяперепад давлений DP, в результате которого возникает сила, действующая на кареткупривода. В момент, когда эта сила превысит силу трения покоя в направляющих, начнетсяперемещение каретки.Катушки подключены парами (на схеме показано подключение только однойкатушки из пары), и выбираются переключателем таким образом, чтобы одновременнобыла подключена одна катушка на подачу и одна на слив.Например, для перемещения привода влево (рис.
14) будут подключены катушкиК2 и К4. Катушка К2 ограничивает подачу жидкости в левый цилиндр, а катушка К4ограничивает слив из правого гидроцилиндра. При этом в правом гидроцилиндресоздается избыточное давление, а в левом – пониженное, и сила, действующая на каретку,направлена влево. Аналогично для перемещения каретки привода вправо подключаютсякатушки К1 и К3.Для перемещения объектов по трем ортогональнымкоординатам X,Y,Z внебольшом диапазоне (до 1 мм) создан МР-модуль на основе гидростатической опоры,схемы которого приведены на рис.
15.Модуль содержит подвижную каретку 1, неподвижное основание 2, шток 3 свыполненными в нем четырьмя радиальными и двумя осевыми камерами высокогодавления, три пары МР-дросселей 4, расположенные на входе в камеры высокогодавления, сильфон 5, тонкостенную резиновую оболочку 6, упругий шарнир 7, объект 8 идатчик перемещения 9.Модуль работает по принципу гидростатической направляющей следующимобразом.
Рабочая среда – МРЖ подается через входные МР-дроссели 4 в радиальные иосевые камеры высокого давления штока 3 и далее через рабочие зазоры между штоком икареткой поступает на слив. Изменяя величину управляющего сигнала, подаваемого наМР-дроссели, можно регулировать давление рабочей жидкости в камерах высокогодавления и перемещать каретку 1 по трем координатам X,Y,Z.Линейные перемещения каретки 1 по осям X и Y преобразуются в угловыесмещения объекта 8 вокруг упругого шарнира 7. Привод используется в адаптивнойоптике для юстировки инерционных зеркал массой до 150 кг с погрешностьюпозиционирования не более 50 нм и быстродействием (постоянной времени) не хуже 100мс.Трехкоординатный юстировочный МР-привод с сильфонной герметизацией иувеличенным ходом (рис.
16) содержит пять гидроцилиндров 2 (на схеме показаны двагоризонтальных гидроцилиндра из четырех и один – вертикальный), герметизированныхсильфонами, подвижную платформу 1, с закрепленными на ней штоками, неподвижныйкорпус 4, входные и выходные МР-дроссели 5, расположенные попарно в каждомгидроцилиндре, гидравлическую насосную станцию 3.Рис. 15.Схема трехкоординатного юстировочного МР-привода:1 – каретка, 2 – основание, 3 – шток, 4 – МР-дроссели, 5 – сильфон,6 – ТРО, 7 – упругий шарнир, 8 – объект, 9 – датчики положения, 10-насосная станция,11-система управленияМР-привод работает следующим образом.
Рабочая МРЖ подается при помощигидравлической насосной станции 3 в гидроцилиндры 2 через входные МР-дроссели 5 идалее перемещается в сливной бак через выходные МР-дроссели 5.При подаче управляющих сигналов на входные и выходные МР-дроссели 5меняется динамическая вязкость рабочей жидкости и в каждом гидроцилиндре 2 создаетсяопределенное давление. Под действием давлений в гидроцилиндрах 2 возникают силы,перемещающие подвижную платформу 1 по координатам X, Y, Z.Рассмотрим главный исполнительный элемент привода – МР-дроссель.
СхемаМР-дросселя с кольцевым рабочим зазором приведена на рис. 17. Дроссель состоит изэлектромагнитной катушки 1, корпуса 2 и сердечника 3 из магнитной стали, которыевыполняют функции магнитопровода.Между корпусом 2 и сердечником 3 сформирован рабочий зазор 5, через которыйпротекает МРЖ. МР-дроссель работает следующим образом. Ток, подаваемый на обмоткукатушки, вызывает появление магнитного поля и соответственно магнитного потока 4через магнитопровод. Магнитный поток 4 воздействует на протекающую через рабочийзазор 5 МРЖ и увеличивает ее динамическую вязкость.Рис. 16.Схема трехкоординатного юстировочного МР-привода с увеличенным ходом:1-подвижная платформа, 2-гидроцлиндр, 3-насосная станция,4-основание, 5-МР-дросселиРис. 17.Схема МР-дросселя:1-электромагнитная катушка, 2-корпус, 3-сердечник,4-магнитный поток, 5-рабочий зазорЗадачи и порядок проведения исследованийВ ходе экспериментальной части работы должны быть решены следующиеосновные задачи:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
