Главная страница
Навигация по странице:

  • Современные проблемы управления силовыми параметрами процесса резания.

  • Особенности процесса резания как объекта управления силовыми координатами.

  • Рис. 2.

  • 5.Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура. 5.1. Передаточная функция объекта управления.

  • 5.2. Математическая модель управляющего устройства основного контура

  • 5.3. Передаточная функция датчика обратной связи.

  • 5.4. Передаточная функция регулятора силы резания.

  • 6. Обоснование необходимости применения адаптивного управления.

  • 7.Выбор класса адаптивной системы управления

  • 8.Разработка структурной схемы АдСУ

  • 9. Анализ графиков переходных процессов.

  • Список использованной литературы

  • Курсовая работа по дисциплине«Интегрированные системы проектирования и управления»Адаптивная система управления Выполнила

  • Курсовой проект [вариант 1] (еще одна версия). Задание Введение


    Скачать 1.62 Mb.
    НазваниеЗадание Введение
    АнкорКурсовой проект [вариант 1] (еще одна версия).doc
    Дата07.05.2017
    Размер1.62 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаКурсовой проект [вариант 1] (еще одна версия).doc
    ТипАнализ
    #2738
    КатегорияИнформатика. Вычислительная техника

    Содержание


    1. Задание……………………………………………………………………….3

    2. Введение……………………………………………………………………..4

    3. Анализ технологического процесса как объекта управления…………...6

    4. Определение структуры основного контура системы……………………8

    5. Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура………………………………………………………….9

    6. Обоснование необходимости адаптивного управления………………...13

    7. Выбор класса адаптивной системы управления…………………………14

    8. Разработка структурной схемы АдСУ…………………………………...15

    9. Анализ графиков переходных процессов………………………………..16

    Заключение…………………………………………………………………… 19

    Список использованной литературы………………………………………...20
    1.Задание



    1. Анализ процесса резания, как объекта управления.

    Определение входных и выходных переменных, возмущающих воздействий и каналов управления.

    Определение цели управления.

    1. Определение состава основного контура системы.

    2. Определение математической модели объекта управления и управляющего устройств основного контура.

    3. Обоснование необходимости адаптивной системы управления.

    4. Выбор класса адаптивной системы управления.

    5. Разработка структурной схемы системы адаптивного управления.

    6. Выбор метода и разработка алгоритма адаптивного управления.

    7. Разработка функциональной схемы адаптивной схемы управления.

    8. Синтез адаптивной системы управления (расчет элементов контура адаптации).

    9. Моделирование адаптивной системы управления на ЭВМ.

    10. Выводы о качестве работы адаптивной системы управления по результатам моделирования


    Основные требования к оформлению работы


    1. Текстовая часть 20-25 листов.

    2. Графическая часть: Теоретический чертеж модели объекта управления, Структурная электрическая схема адаптивной системы управления, Функциональная электрическая схема АДСУ, Графики переходных процессов в основном контуре и процессов настройки АДСУ, Принципиальная электрическая схема функциональных узлов АДСУ


    2.Введение




    Современные проблемы управления силовыми параметрами процесса резания. Возникая, как результат реакции станочной системы (станок – приспособление – инструмент - деталь, сокращенно СПИД) на процесс принудительного съема материала при изготовлении деталей резанием, силы резания определяют характер протекания этого процесса в статических и динамических режимах работы.

    Силы (момент, мощность) резания при черновых операциях определяют границы предельного управления для достижения максимальной производительности оборудования, а при чистовых операциях вместе с температурой резания определяет качество изготавливаемых деталей (точность, свойство поверхностного слоя).

    Этим можно объяснить тот факт, что наибольшее распространение получили именно системы управления по силовым параметрам (координатами) процесса резания (силам, моменту, мощности).

    Несмотря на продолжительный период многочисленных исследований по созданию САУ силовыми координатами процесса резания проблемы построения надежных, удовлетворяющих требованиям автоматизированного производства этих систем не решены.

    Основными причинами такого состояния являются:

    1. Отсутствие требуемого качества (прежде всего по надежности, быстродействию, точности) датчиков текущей информации о силовых координатах.

    2. Связанное с первой причиной отсутствие исследований по разработке алгоритмов управления процессами резания в условиях их существенной нестабильности (резкие колебания припусков заготовки, прерывистое резание при фрезеровании, точение поверхностей с отверстиями и пазами).


    Особенности процесса резания как объекта управления силовыми координатами. Регулирование силовыми координатами процесса резания обычно осуществляется изменением сечения среза (s*t). Наиболее чувствительны силы резания к изменению глубины резания t. Но этот параметр связан с припуском на обработку, и его изменять возможно при многопроходной обработке.

    Таким образом, в основном управляющим воздействием для динамического звена «процесс резания» в САУ силовыми координатами является линейная скорость подачи инструмента (суппорта), а выходными координатами – составляющие силы резания при упругой деформации системы СПИД.

    В статических режимах зависимость сил резания от основных факторов обычно выражается в степенной форме. Так, для главной составляющей Pz силы резания:

    Pz=C’Pz*Vx*Sy*tz*Kp, (1.1)

    Где C’Pz – коэффициент пропорциональности, определяемый для постоянных условий резания;

    Kp - обобщенный поправочный коэффициент, учитывающий влияние на силу резания других факторов, не вошедших в рассматриваемое выражение ( прочность или твердость обрабатываемого материала , геометрии инструмента, свойств СОЖ и др.) и равный произведению отдельных коэффициентов: Кр=Км*К*К*Кr*Ксож.

    Показатели степени лежат в пределах

    X’=0 - 0,1; Y’=0,65-0,75; Z’=0,9-1,0.
    Их величины определяют степень влияния основных факторов на силу резания (X’
    Коэффициент передачи процесса резания в реальных условиях может изменяться в широких пределах – в 50 – 100 раз, а постоянная времени в 20 – 30 раз.

    Целью данной курсовой работы является синтез адаптивной динамической системы станка, а также приобретение практических навыков анализа технологических процессов как ОУ, моделирования на ЭВМ синтезированной АдСУ и технической реализации элементов системы управления.

    3. Анализ технологического процесса как объекта управления



    Рис.1. Схема процесса точения.
    Wшп - частота вращения шпинделя

    Vs - скорость подачи

    ПГД –привод главного движения

    ПП - процесс подачи

    УЧПУ –устройство с числовым программным управлением

    УП –управляющая программа

    DPz –датчик силы резания

    Процесс формообразования деталей снятием с их заготовок слоев материала резанием весьма разнообразны. Они могут осуществляться только механической обработкой или сочетанием механической обработки с другими видами физико-химических воздействий на срезаемый слой материала. К обработке резанием можно отнести также процессы снятия с заготовок слоев материала без механической обработки другими физико-химическими воздействиями.

    Механическая обработка металлов резанием представляет собой комплекс взаимосвязанных процессов деформирования, стружкообразования, трения износа режущего инструмента, теплообразования и др.

    Характеристики процессов резания зависят от свойств динамической системы станка, применяемых режимов резания, в частности от геометрии и свойств материала режущего инструмента, обрабатываемого материала, свойств и способа подвода СОЖ. Сила резания зависит от многих факторов. Она нелинейно зависит от скорости резания, подачи, толщины среза.

    На основании данных о механических свойствах обрабатываемого материала, законах пластического деформирования и параметров режимов резания определять силы резания можно лишь в простейших случаях обработки. Поэтому силы резания обычно определяют на основании зависимостей, полученных экспериментом.
    Входными координатами, позволяющими эффективно управлять процессом резания являются :

    -частота вращения шпинделя(Wшп);

    -подача(Vs);

    -глубина резания(tр).

    Контроль за обработкой возможно осуществлять по следующим выходным координатам:

    -главная составляющая силы резания(Pz);

    -термо-ЭДС (Е, характеризует температуру в зоне резания θ).

    Негативное воздействие на токарную обработку оказывают возмущения:

    -изменение припуска, следствием чего является изменение глубины резания(tр);

    -изменение твердости обрабатываемого материала(HB);

    -величина износа режущего инструмента, например относительный износ по задней поверхности(hпз).



    Рис. 2.

    4.Определение структуры основного контура системы

    Схема взаимодействия электропривода и процесса резания приведена на рис.


    САР регулирует выходную координату процесса резания с заданной точностью. Процесс резания на схеме обозначен функциональным блоком ПР, управляющая координата ПР обозначена V, возмущающее воздействие f. Передаточное устройство – это механическая система, преобразующая механическую энергию вала двигателя в механическую энергию управляющего воздействия процессом резания. ПУ является линейным звеном. С точки зрения динамики, является апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени ТПУ. Двигатель Д преобразует электрическую энергию в механическую энергию вращения вала. Двигатель является машиной постоянного тока с независимым возбуждением. Возбуждение машины осуществляется обмоткой ОВД. Поток возбуждения в процессе регулирования не изменяется и остается равным его номинальному значению. Регулирование скорости двигателя осуществляется изменением напряжения якоря U.

    Преобразователь электрической энергии (ПЭ) преобразует электрическую энергию промышленной сети трехфазного переменного тока в электрическую энергию постоянного тока и регулирует величину выходного напряжения U, питающего цепь якоря двигателя Д. Преобразователь энергии является линейным звеном. Выходное напряжение U равно номинальному значению при напряжении управления 10 В. С точки зрения динамики процесса ПЭ представляет собой апериодическое звено второго порядка с постоянными времени Т1 и Т2.

    УС - усилитель, является безынерционным звеном, усиливает напряжение, поступающее от корректирующего устройства.

    КУ - корректирующее устройство. Корректирующее устройство корректирует динамические свойства САР. Статический коэффициент передачи КУ равен 1.

    БЗ - блок задания, состоящий из источника стабилизированного напряжения и резистора R3, задает напряжение Uз величина которого определяет величину задания выходной координаты САР.

    ДУ - измерительная система выходной координаты процесса резания, например, термопара. Представляет собой апериодическое звено первого порядка с постоянной времени ТДУ. При номинальном значении выходной координаты выдаёт напряжение Uос=5 В.

    С - сумматор на базе операционного усилителя, безынерционное звено с коэффициентом передачи равным 1. суммирование осуществляется по алгоритму Uс=Uз-Uос. Функциональная схема будет выглядеть так:

    5.Определение математической модели ОУ и управляющего устройства основного контура.
    5.1. Передаточная функция объекта управления.
    Математическая модель объекта управления, в данном случае процесса резания, отражает взаимосвязи сил резания и регулирующего воздействия. Также она должна учитывать изменение жесткости заготовки, износ режущего инструмента, изменение припуска. Регулирование силовыми координатами процесса резания обычно осуществляется изменением сечения среза. Наиболее чувствительны силы резанья к изменению глубины резанья. Но это параметр связан с припуском на обработку и его изменение возможно при много проходной обработке. Изменение глубины резанья обычно осуществляют многоступенчато, а в пределах одного прохода регулирование силовой координаты осуществляется изменением подачи инструмента на оборот заготовки.

    Таким образом, в основном управляющим воздействием для динамического звена «процесс резания» в САУ силовыми координатами являются линейная скорость подачи инструмента (суппорта), а выходными координатами – составляющие силы резанья или упругой деформации системы СПИД.

    Главная составляющая силы резания определяется по формуле:



    где Ср - коэффициент пропорциональности, определяемый при постоянных условиях резания.

    Кр - обобщённый поправочный коэффициент , учитывающий влияние на силу резания других факторов , не вошедших в рассматриваемое выражение (прочность или твёрдость рассматриваемого материала , геометрию инструмента, СОЖ) и равный произведению коэффициентов.

    Показатели степеней лежат в пределах:

    X=0 - 0.1 ; Y=0.65 - 0.75 ; Z=0.9 – 1.

    Передаточную функцию процесса точения можно представить в виде:


    где Т1, Т2 – постоянные времени процесса точения,

    Кпр – коэффициент процесса точения.
    Передаточную функцию процесса точения возьмем из курсовой работы по ТАУ: КПР=1100; Т­1=0.318 с; Т2=0.032 с.

    Таким образом , передаточная функция процесса резания выглядит следующим образом:

    .

    5.2. Математическая модель управляющего устройства основного контура
    Управляющим устройством является привод подач. В качестве привода используется высокомоментный двигатель постоянного тока, управление которым осуществляется с помощью тиристорного преобразователя.

    Передаточную функцию привода подач также выберем из курсовой по ТАУ:

    .


    5.3. Передаточная функция датчика обратной связи.
    Датчик обратной связи представляет собой пропорциональное звено с коэффициентом передачи:

    .
    5.4. Передаточная функция регулятора силы резания.
    Передаточная функция регулятора силы представляет собой апериодическое звено первого порядка:



    Основной контур стабилизации силы резания выглядит следующим образом:





    Рис. 3.Контур стабилизации силы резания.
    В данной системе необходимо стабилизировать силу резания на уровне FZ=900 Н. Ошибка регулирования ε должна быть не более 5%, перерегулирование — не более 10%.

    П
    ереходный процесс системы без регулятора силы и без действия возмущений имеет следующий вид:
    П
    ереходный процесс системы с регулятором силы резания (без действия возмущений):

    6. Обоснование необходимости применения адаптивного управления.
    Система стабилизации силы резания представлена на рис.3.

    Данная схеме обеспечивает лишь устойчивость системы при отсутствии параметрических возмущений или при их весьма маленьком воздействии. На практике с течением времени могут меняться параметры объекта управления. Данная система не может обеспечить требуемое качество переходного процесса при значительных возмущениях, поэтому необходимо синтезировать адаптивную систему управления, способную компенсировать действие параметрических возмущений.

    В данной схеме сила резания может быть стабилизирована с достаточно высоким качеством лишь в небольших пределах изменения kp. Однако, kp может изменяться за один проход в десятки и даже сотни раз. Как видно из графиков переходных процессов, в таких условиях обычная система стабилизации с неизменными параметрами не может справиться с задачей регулирования. Уже при сравнительно небольших изменениях коэффициента резания переходные процессы принимают колебательный характер.

    Очевидна необходимость синтеза адаптивной системы управления, инвариантной к изменению значения коэффициента резания.

    7.Выбор класса адаптивной системы управления
    По типу контура адаптации выбираем замкнутую систему. По способу адаптации различаются адаптивная система управления с прямой и непрямой адаптацией. Так как математическая модель процесса точения известна, то адаптивная система управления должна приблизить движение реальной системы управления к движению «эталонной модели», т.е. выбираем адаптивную систему управления с прямой адаптацией. Задача системы адаптации – стабилизация качества. По характеру настройки устройства управления основного контура выбираем самый простой тип адаптивной системы управления – самонастраивающуюся.





    Рис. 4.




    8.Разработка структурной схемы АдСУ
    С
    труктурная схема адаптивной системы управления с коррекцией по изменению коэффициента передачи процесса резания представлена на рисунке:
    Рис.5

    9. Анализ графиков переходных процессов.





    Рис. 6. Переходный процесс в системе без контура адаптации при изменении коэффициента резания в 7 раз.





    Рис. 7. Переходный процесс в системе с контуром адаптации при изменении коэффициента в 7 раз.






    Рис. 8. График изменения сигнала коррекции.




    Рис. 9. Переходный процесс в системе при действии синусоидальных возмущений.

    Из графиков переходных процессов видно, что при отключенном контуре адаптации при скачкообразном изменении коэффициента резания система приобретает колебательный характер. При включенном контуре адаптации уменьшается перерегулирование и значительно сокращается время стабилизации. При действии синусоидальных возмущений (ω=0.2, А=5) изменения на графике переходного процесса практически незаметны.

    Заключение.
    В процессе выполнения курсовой работы был рассмотрен процесс точения, как объект управления. Мы выяснили, от чего в наибольшей степени зависит сила резания, а также рассмотрели факторы, влияющие на значение коэффициента резания, и поставили задачу проектирования системы управления приводом подачи, которая была бы инвариантна изменению коэффициента резания и других параметров внутри объекта управления. Такими параметрами могут быть износ инструмента, глубина резания, твердость материала заготовки, а также температура окружающей среды, свойства охлаждающей жидкости, изменение геометрии инструмента, загрязнения, износ механизма подачи и др. В результате была синтезирована простейшая система адаптивного управления, которая, тем не менее, полностью удовлетворяет поставленным задачам. Полученная система устойчива, и отрабатывает любые теоретически сколь угодно большие изменения коэффициента резания. Все элементы контура адаптации физически реализуемы, а данные, поступающие в контур (значения скорости и силы), могут быть легко получены с помощью тахогенератора и магнитоупругого преобразователя.

    Список использованной литературы


    1. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А..В.Шинянского.-М.:Энергоатомиздат, 1983.




    1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат. Ленингр.отд-ние, 1982.




    1. Зориктуев В.Ц. Автоматизированный электропривод металлорежущих станков: Учебное пособие. Уфа: УАИ, 1981.




    1. Коган М.Н., Неймарк М.М., Адаптивное управление, Горький, 1987г.




    1. Якимов А.В. Оптимизация процессов точения, 1975г.


    Министерство образования Российской Федерации
    Уфимский Государственный Авиационный Технический Университет
    Кафедра АТС


    Курсовая работа

    по дисциплине

    «Интегрированные системы проектирования и управления»
    Адаптивная система управления
    Выполнила: ст. гр. АТП-424

    Проверил: Лютов А.Г.

    Уфа-2005

    написать администратору сайта