5.2. Исполнительные механизмы систем управления

технологическими объектами

При проектировании систем управления ТО большое значение имеет выбор приводов главного движения. Назначение приводов главного движения подачи в ТО с системой программного управления заключается в том, чтобы обеспечить выполнение ТП с максимальной производительностью при заданных значениях точности и качества.

Точность следящей системы определяет способность системы обеспечивать требуемые условия работы в различных режимах вне зависимости от изменения внешних возмущающих факторов. Точность следящих систем характеризуется динамической и статической ошибками.

Динамическая ошибка—разность между заданным и текущим значениями воспроизводимой величины в период отработки управляющей информации рабочими органами ТО.

Наибольшее значение для СУ имеют динамические ошибки, возникающие при внезапном изменении скорости входного сигнала, например, от нуля до максимума (или, наоборот) за достаточно малое время, сравнимое со временем переходных процессов в СУ. Это происходит, например, при обработке контура в виде угла или дуги окружности малого радиуса.

Точность воспроизведения заданной программы вдоль каждой из координат зависит как от заданной программы (входной функции), так и от статических и динамических характеристик следящего привода, в частности от коэффициентов усиления и быстродействия.

Статическая ошибка — разность между значением выходного параметра (полученного в результате выполнения заданной программы) и значением входного (заданного по программе) параметра в установившемся режиме. Она определяет точность следящих приводов координатных станков, является одной из составляющих погрешности обработки плоских контуров и при объемной обработке. Статическая ошибка складывается из нескольких составляющих, основные из которых:

- ошибка датчика положения;

- ошибка, связанная с наличием люфтов в кинематической цепи между датчиком положения и управляемым органом станка (режущий инструмент, заготовка и т. д.);

- ошибка, вызванная дрейфом нуля усилительного канала;

- ошибка, обусловленная нелинейностью усилительных элементов СУ;

- ошибка, вызванная действием статического момента нагрузки при трогании (усилия трения в направляющих, усилия резания).

Статическая погрешность СУ определяет погрешность многократной установки координаты управляемого объекта в какую-либо точку, т.е. по сути дела она определяет стабильность ее функционирования. Эта ошибка складывается из зоны нечувствительности СУ, дрейфа нуля на выходе преобразователей и т. д.

В настоящее время применяют в основном два вида приводов: на основе следящих систем (как правило, используют высокомоментные двигатели) и на основе шаговых двигателей (ШД).

Шаговые приводы подач являются простейшим вариантом исполнительного привода подач. Их основные показатели следующие:

- полоса пропускания—максимальная частота командных импульсов, отрабатываемых в установившемся режиме на холостом ходу;

- приемистость—наибольшая частота следования командных импульсов, при которой возможны внезапный пуск и останов ШД без потери шага.

Приемистость и полоса пропускания характеризуют быстродействие привода и, следовательно, производительность технологического оборудования.

Шаговые двигатели изготовляют двух видов: маломощные для использования в качестве серводвигателей и силовые для непосредственного привода исполнительного узла без усилителя крутящего момента. Принцип действия ШД напоминает работу поворотного электромагнита. Магнитопроводящий ротор с полюсами стремится повернуться так, чтобы его полюсы оказались в положении наибольшей проводимости магнитного потока, образованного электрическим током, проходящим через одну из трех обмоток секций статора (рис. 33). Секции статора имеют аналогичные ротору полюсы, однако эти секции расположены таким образом, что если полюсы одной из них совпадают с полюсами ротора, у двух других они смещены на ±V3 шага полюсов.

Шаговый двигатель обеспечивает строго выдерживаемый угол поворота ротора при подводе к его обмоткам постоянного напряжения. Подавать напряжение к разным обмоткам (секциям) статора необходимо в определенной последовательности, зависящей от требуемого направления поворота ротора двигателя. Частота подаваемых на ШД импульсов изменяет угловую скорость вращения ротора, и при большой частоте наблюдается его непрерывное вращение (необходимо помнить, что ШД можно использовать в разомкнутых системах лишь в пределах их разрешающей способности, если не снабжать систему специальными устройствами плавного разгона и торможения). Разрешающей способностью ШД (частотой приемистости или приемистостью) называют мгновенный перепад частот, отрабатываемый двигателем без пропуска хотя бы одного импульса. Разрешающая способность различных типов отечественных ШД достигает 2000 Гц. При плавном разгоне двигатели могут работать на более высоких частотах, например до 20000 Гц.

Рис. 33. Устройство шагового двигателя: