Первые поколения контурных СЧПУ

Частичная инвариантность по управлению

Контурные СЧПУ

В предыдущей главе рассматривались две системы контурных СЧПУ, где обязательно требуется интерполятор. Первая – с аппаратной реализацией функций интерполяции и унитарным выходным кодом. Вторая – с программной реализацией функций интерполяции и цифровым двоичным кодом. Соответственно, различаются и системы связи со следящим электроприводом.

В позиционных системах можно перемещение по осям осуществлять поочередно. В контурных работают одновременно несколько координат. Следует учитывать разнообразие датчиков положения. Наиболее употребляемые: фотоэлектрические фазоимпульсные, индуктивные фазоимпульсные (вращающиеся трансформаторы, индуктосины).

Во всех контурных системах СЧПУ обязателен скоростной канал задания для реализации частичной инвариантности по управлению.

На рис. 10.3 представлена структурная схема САУ с корректирующим звеном для инвариантности по управлению.

Оператор Лапласа по ошибке из рис 10.3:

δ = Х _З – Х _вых = Х _З – W _К W ₂ Х _З – W ₁ W ₂ δ.

Передаточная функция ошибки по управлению:

Чтобы была полная инвариантность по управлению, требуется

W _К(p)= .

Рис. 10.3. Структурная схема САУ с корректирующим
звеном для инвариантности по управлению

Применим этот общий вывод к следящему электроприводу, структурная схема которого приведена на рис. 10.4.

Рис. 10.4. Структурная схема следящего электропривода
с корректирующим звеном для инвариантности по управлению

Регулятор положения в следящем электроприводе может быть только пропорциональным для исключения перерегулирования по выходной координате. Применение ПИ-регулятора положения приводит к недопустимому в траекторных задачах перерегулированию. Однако П-регулятор положения не позволяет исключить скоростную ошибку X _вых1 (рис. 10.5).

Рис. 10.5. Переходный процесс в следящем
электроприводе при линейной заводке:
Х _вых1 – с П-регулятором положения без коррекции;
Х _вых2 – с П-регулятором положения с коррекцией

Чтобы получить полную инвариантность по управлению, требуется корректирующее звено

W _K (p) = ,

где передаточная функция контура скорости при настройке на «симметричный оптимум»

W _KC(p)= ×(1/ K _дс),

где T _c – малая постоянная контура скорости. Тогда

W _K(p)= K _дс × (p+ 4 T_cp ² + 8 T_c ² p ³ + 8 T_c ³ p ⁴).

Реализация корректирующего звена в микропроцессорной системе приведена на рис. 10.6, где ВЧС – рассчитывает задание X _З^' и корректирующий сигнал Х _к по координатам , , , с учетом их ограничений, т.е.

Рис. 10.6. Реализация полной инвариантности по управлению
в микропроцессорной следящей системе

Реально можно ввести в цифровых системах первую производную (скорость), вторую производную (ускорение), третью производную (рывок), существенно снизив ошибку по управлению. В ряде случаев вводится коррекция по 1-й и 2-й производным или только по 1-й производной.

В аппаратных стойках ЧПУ унитарный код уже несет в себе информацию о скорости.

После введения коррекции скоростная ошибка исключается (см. рис. 10.5).

В первоначальных системах ЧПУ широко использовались шаговые двигатели, на систему управления которых поступает сразу унитарный код с интерполятора.* Данные разомкнутые системы в настоящее время вытесняются следящими электроприводами, рассмотренными ниже.

10.6. Фазовый индикаторный и разностный
режимы работы устройства связи с электроприводом

В СЧПУ типа CNC индикаторный режим реализуется по структуре, показанной на рис. 10.7, где ПКФ, ЦАП, ФД (ПФН) – преобразователи информации, принципы работы которых описаны в предыдущих главах. В этом случае a^*, ω^* – двоичный код, поступающий с интерполятора и блока задания скорости.

Делители частоты ДЧ имеют коэффициент деления N.

Режим работы датчика положения в фазовом индикаторном режиме называют режимом фазовращателя. Это основной режим работы в большинстве аппаратных стоек ЧПУ.

Данная же структура используется и при унитарном коде (перемещение – количество импульсов и задание скорости – частота по данной координате), но вместо ПКФ и ЦАП используются ПЧФ и ПЧН.

Рис. 10.7. Структура следящего электропривода
с фазовым индикаторным регулятором положения

Фазовый разностный режим работы устройства связи с электроприводом представлен на рис. 10.8. В данной структуре за счет уменьшения зоны работы ФД и того, что ФД работает на постоянной частоте w, итоговая точность СЧПУ возрастает.

Недостаток данной структуры – датчик положения не дает информации об истинном положении привода (для индикации, например), а сразу рассогласование по положению.

Есть системы связи, работающие при амплитудно-индика­торном или амплитудно-разностном режиме работы измерителей рассогласования и датчиков положения*. Такие СЧПУ не нашли распространения, хотя обеспечивают повышенную точность в фазо­импульсных СЧПУ.

Рис. 10.8. Структура следящего электропривода
с фазовым разностным регулятором положения

В амплитудно-индикаторном режиме на датчик подают

U _c1= U ₁sinω t, U _c2 = 0.

C датчика получаем U_{p 1} = U ₂ sinj sinω t, U_{p 2} = U ₂cosj sinω t.

В амплитудно-разностном режиме

U_{c 1} = U ₁sinasinω t, U_{c 2} = U ₁cosasinω t,

U_{p 1} = U ₂sin(j–a)sinω t, U_{p 2} = U ₂ cos(j–a)sinω t.

Дата добавления: 2015-05-29