В.П. Михайлов, А.М. Базиненков - Исследование параметров механизмов микро- и наноперемещений (1053467), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Подготовка экспериментального стенда к работе, которая производится вследующем порядке:·Ознакомиться с инструкцией по технике безопасности при работе наэкспериментальных стендах.·Проверить подключение датчика положения к блоку АЦП/ЦАП.·Подвести каретку привода (рис. 14) к датчику перемещения.·Установить датчик в нулевое положение.·Установить нулевое значение управляющего напряжения, подаваемого насоответствующие выбранному направлению перемещения МР-дроссели.2. Провести измерение управляющего тока, соответствующего моменту началадвижения каретки привода или перемещаемого объекта:·Постепенно увеличить управляющее напряжение на МР-дросселях.·Постоянно регистрировать на ЭВМ напряжение питания, подаваемое накатушки и выходное напряжение с датчика перемещения, соответствующегоположению объекта (каретки).·Напряжениепитанияувеличиватьдомоментаначаладвиженияобъекта (каретки).·Зафиксировать момент начала движения визуально по графику на экране ЭВМ.·Завершить подачу напряжения на МР-дроссели.·Сохранить файл данных на жестком диске ЭВМ.·Эксперимент провести для двух точек – крайнего и среднего положенийкаретки или макета зеркала.3.
Пересчитать полученные значения управляющего напряжения в электрическийток (рекомендуется применение ПО MS Office Excel):·Провести тарировку канала АЦП для напряжения питания.·Для этого определить показания АЦП в двух точках, например: при Uп = 20 В ипри Uп = 0 В. Для 20 В это значение будет соответствовать N20 = 0,985, для 0 В этозначение будет N0 = -0,016.Зависимость напряжения от показаний АЦП является линейной, общий видкоторой:U п = a0 + a1 × N АЦП(14)где a0 = N0 = -0,016 В, а a1 определяют по формуле:a1 = (U max - U min ) ( N max - N min )·(15)Учитывая, что Umax = 20 В, Umin = 0 В, Nmax = N20, Nmin = N0, получаем:a1 = 19,973 В.Таким образом, уравнение пересчета показаний АЦП в напряжениепитания примет вид:U п = -0,016 + 19,973 × N АЦП·(16)По полученной зависимости пересчитать значения напряжения, подаваемого накатушки.·Определить соответствующий управляющий ток.Для определения тока трогания следует разделить полученное напряжение насопротивление катушки.
Сопротивление катушки Rк = 20 Ом. Тогда ток трогания можноопределить по формуле:I тр = U П 20(17)4. В процессе эксперимента провести 30 измерений, для каждого из которыхвизуально (по графику на рис. 18) установить момент трогания и определитьсоответствующее ему цифровое значение напряжения питания (с АЦП) для проведениястатистической обработки и получения достоверных результатов. Измеренные значениязаписываются в Таблицу 9.приводаUп, В8642время0121416181101121141161181201-2-4-6перемещение (с АЦП)U питанияРис. 18.График зависимости перемещения и напряжения питания от времени5.
Провести статистическую обработку результатов проведенных экспериментов:·Для полученных n = 30 значений показаний АЦП (записанных в таблице 9)определить по формуле (14) соответствующее им напряжение питания, а затемуправляющий ток трогания по формуле (17).·Определить среднее значение тока трогания по формуле:nI тр = å I трi n .i =1(18)Подставляя экспериментальные данные в (18) необходимо получить I трвАмперах.·Определить дисперсия полученных экспериментальных значений:é ns = ê å I трi - I трêë i =1(2·2(n - 1) .û(19)Определяют среднеквадратическое отклонение:s = s2·ù) úúДляколичестваизмерений.(20)иn = 30вероятностиP = 0,95находитсякоэффициент Стьюдента t.
Таким образом, можно определить значение токатрогания по формуле:()I тр = I тр ± t × s·n , P = 0,95.(21)Определить величину погрешности перемещений заданного привода. Приусловии замыкания системы управления обратной связью с коэффициентомпередачи системы измерения k=kД∙kУ погрешность позиционирования приводабудет определяться в соответствие с формулой (9) какdС = 2dТ = 2Iтр / (k Д kУ ) .(22)Таблица. 9Цифровые значения напряжения с АЦП№измNАЦП12345678910№измNАЦП11121314151617181920№измNАЦП212223242526272829306). Сделать вывод о минимальной погрешности механизма и области егопотенциального применения в исследовательском и технологическом оборудовании.Например, для измерений, представленных на рис.
18, напряжение и ток троганияприводасоставляютпозиционированиясоответственнопривода(для5,7 Ви0,285 А.коэффициентаk=kД∙kУ=106А×м-1) будет равна dС=0,57 мкм.ПрипередачиэтомсистемыпогрешностьизмеренияВопросы для самоконтроля и подготовки к защите лабораторной работы № 21.Назовите основные типы механизмов микро- и нанопозиционирования.2.Перечислитедополнительныетребования,предъявляемыекпрецизионныммеханизмам, работающим в вакууме?3.Из каких составляющих складывается погрешность позиционирования привода длязамкнутой системы управления в условиях термостабилизации?4.Опишите устройство и принцип работы однокоординатного гидравлическогопривода на основе МРЖ с направляющими трения.
Запишите суммарную погрешностьпозиционирования механизма с замкнутой и разомкнутой системой управления.5.Опишите устройство и принцип работы трехкоординатного гидравлическогопривода с МР управлением на основе гидростатической направляющей. Запишитесуммарную погрешность позиционирования механизма с замкнутой и разомкнутойсистемой управления.6.Опишите устройство и принцип работы трехкоординатного гидравлическогопривода с МР управлением с сильфонной герметизацией и увеличенным ходом.
Запишитесуммарную погрешность позиционирования механизма с замкнутой и разомкнутойсистемой управления.7.Как экспериментально определить погрешность позиционирования привода сзамкнутой системой управления в условиях термостабилизации? Нарисуйте схемуобразования зоны нечувствительности привода.8.Назовите способы уменьшения погрешности позиционирования механизмов точныхперемещений.9.Назовите порядок проведения статистической обработки результатов измерений соценкой их точности.ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3ИССЛЕДОВАНИЕ АКТИВНОГО ДЕМПФЕРА НА ОСНОВЕ МР-ЭЛАСТОМЕРАВибрационная защита оборудованияСогласно ГОСТ 24346-80, вибрационной защитой называется совокупность средстви методов уменьшения вибрации, воспринимаемой объектом защиты. Наиболееэффективным и методом вибрационной защиты (рис. 19) является виброизоляция, котораяподразделяется на пассивную активную и полуактивную.Виброизоляция сводится к уменьшению связей между источником и объектом, приэтом происходит уменьшение динамического воздействия вибрации на объект [8].Рис.
19.Методы виброзащитыПримеромсистемпассивнойвиброизоляциислужатмассивныеоснованияоборудования, фундаменты, тяжелые гранитные плиты, рессоры автомобиля. При этомгашение колебаний происходит за счет поглощения материалом энергии вибрации.Однако, эти системы эффективно защищают от вибраций больших частот и очень малыхамплитуд.Системы же активной виброизоляции наиболее эффективны на малых частотах ибольших амплитудах вибраций.
Суть системы активной виброизоляции сводится ккомпенсации дополнительным источником энергии возмущающих сил, вызывающихвибрацию защищаемого объекта, или относительных смещений объекта. Для этих системобычно применяют приводы, компенсирующие виброперемещения за счет замкнутойсистемы управления.Демпфированием вибраций называется уменьшение вибраций за счет рассеиваниямеханической энергии колебаний. Одним из наиболее перспективных механизмоввиброизоляции является демпфер на основе МР эластомера, способный работать во всехтрех режимах виброизоляции.Краткая характеритика демпфера на основе МР-эластомераМР-эластомер является твердотельным аналогом МРЖ и может быть получендиспергированием магнитного порошка в жидком силиконовом каучуке с последующейполимеризацией композиции в форме.
В качестве магнитных наполнителей используютсяпорошки магнетита (Fe3O4) с размером от 0,2 до 0,3 мкм и железа от 1 до 5 мкм.По совокупности свойств и в зависимости от того, какое свойство изучается,композит называют по-разному – магнитоэластичный композит или магнитоэластик,магнитореологический эластомер, магнитный гель, эластомер-ферромагнитный композит,эластичный магнит, ферроэласт и магнитострикционный гель. Поскольку композитявляется принципиально новым, то нет еще устоявшейся терминологии.МР-эластомер, по своим свойствам, является промежуточным материалом междутекучими МРЖ и жесткими магнитоэластами.При помощи магнитного поля можно управлять вязко-пластичными свойствами иудлинением образцов из МР-эластомера (рис. 20) и использовать этот эффект длясоздания прецизионных механизмов перемещения и активных демпферов.абРис.
20.Деформация МР-эластомера [19]:а) магнитное поле отсутствует, б). приложено вертикальное магнитное полеВ конструкции демпфера могут быть применены МР-эластомера различной формы.МР-демпфер (рис. 21) содержит мембрану 5 из МР-эластомера с жестким центром,электромагнитную катушку 3, магнитопровод 4, сердечник 2. Между мембраной 5 исердечником 2 сформирован воздушный зазор 6. При подаче управляющего тока вэлектромагнитную катушку 3 в демпфере возникает замкнутое магнитное поле. Вмембране 5 формируется радиальное магнитное поле с индукцией, величина которойимеет максимум вблизи сердечника 2.Под действием силы индуцированной полем мембрана 5 с жестким центромперемещается в осевом направлении в пределах воздушного зазора 6, кроме тогомембрана деформируется и меняет свою жесткость в зависимости от величиныприложенного поля.Рис.
21.Варианты конструкции демпфера на основе МР-эластомера:1-основание, 2-сердечник, 3-управляющая катушка,4-магнитопровод, 5-мембрана из МР-эластомера, 6-рабочий зазорТакимобразом,меняяуправляющийток на катушке демпфера можноосуществлять виброизоляцию в полуактивном и активном режиме. Без управляющегосигнала демпфер работает в качестве системы пассивной виброизоляции за счетспособности эластомера поглощать энергию вибрации.Описание лабораторной установкиДля исследований демпфера был разработан экспериментальный стенд, схемакоторого показана на рис.
22. Экспериментальный стенд содержит демпфер I на основеМР-эластомера и задатчик вибраций II.Задатчиквибраций–специальноеустройство,позволяющеезадаватьгармонические колебания платформы с заданной частотой и амплитудой. Демпферсодержитнеподвижнуюопору6,сердечникизмагнитногоматериала5,электромагнитную катушку 4, корпус 3, мембрану из МР-эластомера 2 с жестким центром1, которая образует с сердечником 5 воздушный зазор.Устройство работает следующим образом: при подаче управляющего тока вэлектромагнитную катушку 4 в магнитопроводе возникает замкнутое магнитное поле.
Вмембране 2 формируется радиальное магнитное поле с индукцией, величина которойимеет максимум вблизи сердечника 1. Под действием этой магнитной индукции мембранас жестким центром перемещается в осевом направлении в пределах воздушного зазора.Принципработызадатчикааналогиченработедемпфера:приподачеуправляющего переменного тока в электромагнитную катушку 10 в магнитопроводевозникает замкнутое магнитное поле. В грузе 7 формируется радиальное магнитное поле синдукцией, величина которой имеет максимум вблизи сердечника 11.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
