Электромеханические системы

Министерство  образования Российской Федерации

Томский политехнический университет 
 
 
 

Факультет: АВТ

Кафедра: ИКСУ

Группа: 8А02 
 
 
 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА 

к курсовому  проекту по дисциплине

«Электромеханические  системы» 

на тему:

«»

вариант 8 
 
 

Выполнила      Иванова Е.В 

Руководитель     Розум Д. И. 
 
 
 
 
 

Томск – 2003 г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

    Спроектировать  и исследовать электропривод  постоянного тока с транзисторным  преобразователем для второй степени  подвижности промышленного робота с кинематической схемой, представленной на рис. 1. Алгоритм функционирования робота (привода) представлен в виде нагрузочной диаграммы на рис. 2. Обеспечить следующие показатели качества системы: t_пп £ 1 с., s £ 10%.

    

    Рис.1 Кинематическая схема промышленного робота

    

    Рис. 2 Нагрузочная диаграмма

    Исходные  данные:

    Исходные  данные представлены в табл.1.

    Таблица.1 Исходные данные

 

     Введение

 

    Проектирование  электромеханической системы во многом сводится к проектированию электроприводов. В свою очередь, проектирование электроприводов  состоит из выбора электродвигателя, который определяет преобразовательную часть системы, выбора трансформатора и коммутирующей аппаратуры, выбора схемы преобразователя и расчета его элементов, синтеза системы управления. Выбор перечисленных элементов ЭМС производится по каталогам [7].

    Проектирование  системы управления осуществляется в следующем порядке:

• на основании технических условий и динамических характеристик объекта регулирования выбирают первый вариант устройства управления и элементы информационно-измерительной системы;
• устанавливают упрощенную структурную схему и выбирают схему и место включения корректирующих и усилительных устройств;
• по заданным показателям качества и точности регулирования находят желаемую передаточную функцию или желаемую логарифмическую амплитудно-частотную характеристику разомкнутой системы;
• определяют тип и параметры корректирующих устройств и принимают их конструктивное исполнение;
• устанавливают окончательную структурную схему системы, определяют расчетным путем динамические характеристики системы и сравнивают их с техническим заданием.

    Структура системы управления электроприводом  и выбор датчиков внутренней информации во многом определяется типом электродвигателя. В настоящее время в электроприводах  промышленных роботов и станков  с ЧПУ преобладают электродвигатели постоянного тока с питанием от тиристорного преобразователя или транзисторного преобразователя с широтно-импульсным управлением. Находят применение асинхронные, синхронные и вентильные электродвигатели с питанием от автономных инверторов.

    Цифровые следящие системы характеризуются наличием квантования сигналов, как по времени, так и по уровню. Системы, в которых имеет место только квантование по времени, называют импульсными системами. Наличие квантования по уровню придает системе существенно нелинейный характер. Однако во многих случаях, например, когда используются многоразрядные цифровые датчики, эффектом квантования по уровню можно пренебречь и рассматривать систему как импульсную, в которой осуществляется квантование только времени.

    Выбор чувствительного элемента зависит от общих требований, предъявляемых к следящим системам, прежде всего от требуемой точности в статических режимах. Ошибка системы в статических режимах, как и в любых других, зависит от управляющих и возмущающих воздействий, от параметров системы и их отклонений, а также от погрешностей элементов системы. Точность датчиков должна быть не ниже точности, представляемой к системе. Важными параметрами являются также диапазон регулирования, максимальная скорость и ускорение на валу нагрузки, характер нагрузки, габариты и надежность. Учитываются такие факторы, как наличие тех или иных источников питания, величина потребляемой датчиками мощности, диапазон измеряемой величины, уровень шума. В соответствии с указанными требованиями выбирают измерительные элементы, обеспечивающие точность в заданном диапазоне работы [6].

 

     1 Выбор элементов  силовой части  ЭМС

    1.1 Выбор двигателя

 

    Выбор электродвигателя является одним из основных этапов проектирования системы. Это объясняется тем, что двигатель, с одной стороны, определяет тип, параметры и  мощность предшествующих элементов системы: преобразователя, трансформатора и пускорегултрующей аппаратуры. С другой стороны, именно от двигателя зависят динамические качества системы, которые он должен обеспечить. Никакая система управления не может создать требуемый момент, частоту вращения, ускорение, если они не обеспечены электродвигателем.

    В процессе работы вследствие изменения  конфигурации манипулятора может сильно измениться момент нагрузки на валу электродвигателя. Поэтому электродвигатель должен иметь хорошую перегрузочную способность, а схема управления должна обеспечить стабилизацию частоты вращения. С этой точки зрения целесообразно использовать электродвигатели постоянного тока или вентильные электродвигатели. Изменение момента инерции нагрузки, связанное с изменением конфигурации манипулятора, предъявляет жесткие требования к динамическим характеристикам электродвигателей. Наряду с электродвигателями классического исполнения находят применение электродвигатели с полым якорем и с дисковым якорем [7].

    Предварительный расчет мощности электродвигателя осуществляем с помощью следующей зависимости:

    

    где  М_мех, w_мех – заданные момент и частота вращения механизма;

                k_у – коэффициент, учитывающий необходимость создания ускорений, k_у = 1,2 – 2,5;

                k_з – коэффициент запаса, учитывающий возможность работы электродвигателя с повышенным моментом нагрузки, k_з = 1,1 – 1,3;

                М_ст.экв – эквивалентный момент нагрузки, определяемый по диаграмме нагрузки;

                h_ред – коэффициент полезного действия передаточного механизма (редуктора), h_ред = 0,8 – 0,96 [7].

    Примем  k_у=1,3, k_з = 1,2, h_ред = 0,85.

    Считают, что система получит оптимальное  ускорение в том случае, когда  на валу для преодоления момента  нагрузки используется половина вращающего момента двигателя, а вторая половина затрачивается на преодоление момента инерции ротора с редуктором и нагрузкой:

    

    где М_{ст j} – статический момент на j-ом участке нагрузочной диаграммы;

                t_j – длительность j-го участка нагрузочной диаграммы;

                t_ц – длительность цикла нагрузочной диаграммы. [7]

    Определим, чему равна длительность цикла t_ц:

    

    Статический момент М_ст определяется по формуле (1.1.4):

    

    где М_степ – момент степени подвижности;

                М_гр – величина момента переносимого груза.

    Момент  степени подвижности М_степ для второй степени подвижности манипулятора определяется по формуле:

    

.

    Подставив соответствующие исходные данные из табл.1 в (1.1.5), получим:

    

    Момент  переносимого груза определяется по формуле:

    

.

    Подставив соответствующие исходные данные из табл. 1 в (1.1.7), получим:

    

    Тогда

    Подставим необходимые данные в (1.1.2) и определим величину эквивалентного момента нагрузки М_{ст. экв}:

    

    Подставив найденные значения в (1.1.1), найдем приблизительную  мощность нашего двигателя:

    

    В [4] выберем ДПТ с дисковым якорем ПЯ – 250Ф. Его основные технические данные представлены в табл.2.

    Таблица 2 Технические данные ДПТ ПЯ – 250Ф

 

    Двигатель имеет встроенный электронный импульсный фотоэлектрический датчик, который расположен на валу двигателя.

    Рассчитаем  остальные параметры двигателя:

• номинальный момент электродвигателя М_ном определяется по формуле (1.1.12):

    

• потокосцепление обмотки якоря с полем основных полюсов y_ad определяется по (1.1.13):

    

• сопротивление обмотки якоря R_я определяется по (1.1.14):

    

• индуктивность обмотки якоря L_я определяется по формуле (1.1.15):

    

• пусковой  ток I_пуск рассчитаем по (1.1.16):