Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Глава 9. Элементы динамики машин

с программным управлением

9.1. Основные принципы построения машин

с программным управлением

В современном машиностроении применяются два способа получения программных движений рабочих органов машины, необходимых для выполнения рабочего процесса. Первый способ, широко используемый в цикловых однодвигательных машинах, состоит в том, что на вход двигателя подается входной сигнал, обеспечивающий получение на выходном звене роторного двигателя вращательного движения, близкого к равномерному, или (в линейном двигателе) – получение циклического возвратно-поступательного движения. Превращение этих простейших движений в требуемые программные движения рабочих органов осуществляется исполнительными механизмами с соответствующими, как правило, нелинейными функциями положения (рычажными, кулачковыми, зубчатыми и др.). Можно сказать, что в таких машинах применяются программирующие механизмы.

Второй способ заключается в получении программных движений рабочих органов за счет соответствующего выбора законов изменения входных параметров двигателей , совокупность которых образует программное управление. При этом для передачи движения от двигателей рабочим органам могут быть использованы механизмы как с линейными, так и с нелинейными функциями положения. Программное управление в последнее время все более широко используется в технологических и транспортных машинах. Часто оно осуществляется рабочим-оператором; таким способом управляются автомобили, самолеты, подъемные краны. Вместе с тем все более широкое распространение получают автоматы с программным управлением, в особенности промышленные роботы.

Программное управление оказывается особенно полезным в тех случаях, когда рабочие органы машины, в зависимости от тех или иных условий, должны осуществлять различные программные движения (например, перемещать груз по различным траекториям). Переход от одного программного движения к другому сводится при этом к изменению программного управления, что в современных системах управления, использующих электронные устройства, осуществляется достаточно просто. При применении первого способа изменение программных движений связано с изменением структуры или параметров программирующего механизма, что требует, по крайней мере, переналадки механизма или замены его отдельных звеньев.

Это преимущество обуславливает широкое применение принципа программного управления в машинах, используемых для гибких автоматизированных производств, в которых необходима быстрая переналадка системы на новый рабочий процесс.

В месте с тем машинам с программным управлением присущи и некоторые недостатки. На рис.9.1 приведены схемы машинных агрегатов, в которых рабочие органы совершают возвратно-поступательное движение. В схеме, показанной на рис.9.1, а, ротор двигателя вращается с постоянной угловой скоростью; преобразование этого вращения в возвратно-поступательное движение рабочего органа (ползуна) осуществляется программирующим кривошипно-ползунным механизмом. В схеме, приведенной на рис.9.1, б, на вход двигателя постоянного тока с независимым возбуждением подается знакопеременное входное напряжение , вызывающее реверсивное движение ротора, которое с помощью зубчатой передачи и зубчато-реечного механизма преобразуется в возвратно-поступательное движение выходного звена – зубчатой рейки; таким образом, в этой схеме используется принцип программного управления.

Сравнивая эти схемы, легко заметить преимущество системы с программным управлением в том случае, если, например, необходимо изменить величину хода рабочего органа. В первой схеме этот ход равен удвоенной длине кривошипа, и для его изменения необходимо изменение этой длины, что требует переналадки механизма. Рассмотрим, каким образом изменение хода достигается во второй схеме. Предположим, что для двигателя может быть выбрана идеальная характеристика (8.5), а входное напряжение изменяется по гармоническому закону

, (9.1)

Подставляя (9.1) в (8.5), получаем

.

Интегрируя это выражение и полагая, что при , находим

. (9.2)

Отсюда легко определить закон движения выходного звена:

, (9.3)

где – передаточное отношение зубчатой передачи, а – радиус начальной окружности зубчатого колеса 3. Из выражения (9.3) видно, что ход рейки

(9.4)

и для его изменения достаточно изменить напряжение .

С другой стороны, легко заметить, что отклонение хода от его номинальной величины в первой схеме зависит только от точности выполнения длины кривошипа и не зависит от каких-либо других параметров системы. Во второй схеме величина хода зависит от многих параметров, как механических ( , ), так и связанных с характеристикой двигателя ( ); поэтому обеспечение точности перемещения выходного звена оказывается в этом случае более сложным.

Сравнивая обе системы, замечаем также, что в первом случае реверсивное движение совершает только рабочий орган машины, а во втором – все звенья механической системы, включая ротор двигателя. Естественно, что динамические нагрузки, зависящие в первую очередь от инерционных сил, окажутся в системе с программным управлением более значительными. Это свидетельствует о большем значении динамических факторов и, следовательно, о возрастании роли динамического анализа при проектировании машин с программным управлением.

9.2. Определение программного управления.

Источники динамических ошибок

При проектировании машины с программным управлением одной из главных задач является определение программного управления, обеспечивающего выполнение заданного программного движения. При этом в отличие от машин с программирующими механизмами решение кинематической задачи – задачи получения требуемого закона движения – тесно переплетается с задачей динамического анализа. С тем, как решается задача выбора программного управления, познакомимся на примере системы, схема которой изображена на рис.9.1,б.

Составим уравнение движения механической системы

, (9.5)

где – угловая скорость ротора двигателя, – приведенный момент инерции, – движущий момент. В связи с тем, что в системах с программным управлением возникают большие переменные инерционные силы, вызывающие значительные колебания движущего момента, при их исследовании должна использоваться динамическая характеристика двигателя. Полагаем, что используется двигатель постоянного тока с независимым возбуждением, принимаем эту характеристику в форме (8.4):

, (9.6)

где – параметры двигателя.

Пусть задан программный закон движения выходного звена . Из кинематических соотношений легко определить программный закон изменения :

. (9.7)

Подставляя в (9.5), определяем закон изменения движущего момента при программном движении:

. (9.8)

Далее определяем программное управление из уравнения (9.6):

. (9.9)

Введя в рассмотрение механическую постоянную времени , приводим выражение (9.9) к форме

. (9.10)

Казалось бы, задача определения программного управления решена: подав на вход двигателя напряжение , найденное из соотношения (9.10), мы должны получить требуемый закон программного движения. В действительности, однако, имеется ряд обстоятельств, приводящих к существенным отклонениям истинного закона движения от программного, а в ряде случаев – к невозможности осуществления программного движения.

П роблема реализуемости программного движения. Системы с программным управлением часто решают задачу перемещения рабочего органа из одного положения в другое при заданном законе движения. Предположим, что требуется осуществить перемещение рейки (рис.9.1,б) на расстояние при изменении ускорения по закону, график которого показан на рис.9.2. Здесь – время программного перемещения. Рейка должна проходить первую половину пути с постоянным ускорением . Если – величина требуемого перемещения, а начальная скорость равна нулю, то из условия равноускоренного движения имеем:

, . (9.11)

Однако осуществить такое движение невозможно. Действительно, в начальный момент ускорение должно скачком измениться от нуля до . Для этого должно скачком измениться и угловое ускорение двигателя, то есть в этот момент должно принять «бесконечно большое» значение. Но тогда бесконечно большим должно быть в начальный момент и напряжение , что, естественно, невозможно.

Предположим теперь, что требуется осуществить периодическое возвратно-поступательное движение рабочего органа по закону

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов лекций