Автоматизированный электропривод робота-манипулятора

 

Номинальный ток двигателя: .

Максимальный ток двигателя: .

Коэффициент трансформации: .

Номинальный ток первичной  обмотки трансформатора:

.

Активное сопротивление  фазы трансформатора:

.

Приведенное индуктивное  сопротивление трансформатора:

.

 

Номинальная и максимальная угловые частоты вращения двигателя:

,

.

 

 

Номинальный коэффициент эдс двигателя:

,

где – полное сопротивление якорной цепи двигателя,

здесь ;

.

Сопротивление преобразователя:

,  где

.

 

Полная индуктивность  якорной цепи:

, где

 – индуктивность уравнительного  реактора,

 – индуктивность сглаживающего  дросселя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчет параметров неизменяемой части

 

 

Рис. 2.2.1  Структурная схема САУ скорости электропривода

 

 

Полное сопротивление  якорной цепи двигателя: .

Номинальный коэффициент  эдс двигателя: .

Постоянная времени цепи якоря: .

Суммарный момент инерции  при подъеме максимального груза:

.

Коэффициент передачи тиристорного преобразователя: .

Постоянная времени  тиристорного преобразователя:

Коэффициент обратной связи  по току якоря: .

Коэффициент обратной связи  по скорости: .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Расчет регуляторов по принципу подчиненного регулирования

 

Расчёт регулятора тока якоря

 

Приравниваем передаточную функцию разомкнутого контура тока якоря, в котором за выходной сигнал принят сигнал обратной связи, к желаемой передаточной функции, которой должен обладать контур тока якоря, настроенный на технический оптимум:

,

отсюда, после всех сокращений получаем передаточную функцию регулятора тока якоря:

Полученная передаточная функция  соответствует ПИ-регулятору.

 

После настройки на технический  оптимум, замкнутый контур тока якоря  будет иметь передаточную функцию в виде:

,

где – постоянная времени контура тока якоря.

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт регулятора скорости

 

Приравниваем передаточную функцию  разомкнутого контура скорости, в  котором за выходной сигнал принят сигнал обратной связи, к желаемой передаточной функции, которой должен обладать контур скорости, настроенный на технический оптимум:

,

отсюда, после всех сокращений получаем передаточную функцию регулятора скорости:

Полученная передаточная функция  соответствует П-регулятору.

 

После настройки на технический  оптимум, замкнутый контур скорости будет иметь передаточную функцию  в виде:

,

где – постоянная времени контура скорости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4 Статические механические характеристики электропривода

 

Исходное уравнение  системы с учётом действия сигнала  управления и сигнала момента нагрузки имеет вид:

,

подставляя в данное выражение передаточные функции  регулятора скорости и замкнутого контура  тока, упрощая полученное выражение  и подставляя в него получаем выражение для статических механических характеристик системы:

.

Задаваясь различными напряжениями задания  от 1 до 10 В получаем десять статических механических характеристик, ограниченных по перегрузочной способности двигателя на значении .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.4.1  Статические механически характеристики системы

 

2.5 Расчет переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействиям

 

Переходные  процессы скорости и тока якоря при  управляющем воздействии

 

Для построения графиков переходных процессов при управляющем воздействии используем формулы для контура скорости и контура тока якоря, настроенных на технический оптимум. Эти зависимости выражены в относительных единицах:

;

.

Рис. 2.5.1  Графики переходных процессов при управляющем воздействии

 

Для перехода к абсолютным значениям нужно воспользоваться формулами:  – абсолютное время;

 – абсолютная скорость;

 – абсолютный ток.

Переходные  процессы скорости и тока якоря при возмущающем воздействии

 

Для построения графиков переходных процессов при возмущающем  воздействии используем формулы  для контура скорости и контура  тока якоря, настроенных на технический оптимум. Эти зависимости выражены в относительных единицах:

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.5.2  Графики переходных процессов при возмущающем воздействии

 

Для перехода к абсолютным значениям нужно воспользоваться  формулами:  – абсолютное время;

 – изменение абсолютной скорости;

 – изменение абсолютного тока.

2.6 Частотные характеристики системы

 

Логарифмические амплитудно-частотные характеристики контуров тока и скорости

 

Передаточная функция  разомкнутого скорректированного контура  тока:

.

Выражение для ЛАЧХ разомкнутого контура тока имеет вид:

Передаточная функция  разомкнутого скорректированного контура скорости:

.

Выражение для ЛАЧХ разомкнутого контура скорости имеет вид:

Рис. 2.6.1  ЛАЧХ контура тока и контура скорости

 

Фазо-частотные характеристики контуров тока и скорости

 

Выражение для ФЧХ  разомкнутого контура тока имеет вид:

Выражение для ФЧХ  разомкнутого контура скорости имеет  вид:

Рис. 2.6.2  ФЧХ контура тока и контура скорости

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

Микроконтроллер системы управления получает команды управления от ЭВМ, анализирует состояния конечных выключателей, контакторов (см. Приложение «Принципиальная схема системы управления электроприводом»), и, в соответствии с заданным алгоритмом, выдает команды на исполнительные устройства – контакторы.

Для составления алгоритма  примем, что в общем виде команда  от ЭВМ задается в формате «переместить груз с высоты уровня А на уровень В», причем уровень А не должен быть равен уровню В, иначе команда от ЭВМ не имеет смысла и микроконтроллер такую команду должен проигнорировать.

Всего задано 4 уровня высоты, т.е. переменные А и В могут  принимать 4 различных, но не равных друг другу значения.

Если уровни А и  В отличаются больше чем на 1, то команды  с конечных выключателей, расположенных на других уровнях между А и В, должны игнорироваться системой управления.

Алгоритм состоит из главного алгоритма и подпрограмм  движения вверх и вниз. Подпрограммы движения вверх или вниз вызываются после анализа текущего уровня высоты робота-манипулятора, и производят его перемещение на заданный уровень. Вначале, текущий уровень сравнивается по команде с уровнем А, на котором должен находиться груз перед его перемещением. Затем, после перемещения робота на уровень А и захвата груза, текущий уровень сравнивается с уровнем В, на который нужно переместить груз. После перемещения груза на уровень В происходит разгрузка робота-манипулятора и переход его в режим ожидания следующей команды от ЭВМ.

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Капунцов Ю.Д., Елисеев В.А., Ильяшенко Л.А.  Электрооборудование и электропривод промышленных установок: учебник для вузов / под ред. Проф. М.М. Соколова. – М.: Высш. Школа, 1979. – 359 с.
2. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов / М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.
3. Баранов В.Н. Применение микроконтроллеров AVR: схемы, алгоритмы, программы, 3-е изд., перераб. – М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2006. – 288 с.
4. Элементы систем электропривода: методические указания / сост.: В.И. Доманов, А.В. Доманов. – Ульяновск: УлГТУ, 2005. – 24 с.
5. Коробко А.В. Проектирование электротехнических устройств: текст лекций / А.В. Коробко. – Ульяновск: УлГТУ, 2005. – 96 с.
6. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов: сборник лабораторных работ / сост.: А.В. Коробко, С.И. Фалова. – Ульяновск: УлГТУ, 2007.