Импульсно-следящая система числового программного управления станка по одной координате Х, страница 2

    Выберем  импульсную  измерительную  систему фотоэлектрического типа ВЕ – 106 (линейный).

    Рассмотрим технические характеристики   данной  измерительной системы:

-  Число каналов (выходных сигналов) – IV;

-  Максимальная рабочая частота – 50 кГц;

-  Сопротивление нагрузки – 1 кОм;

-  Напряжение коммутируемое – 15 В;

-  Цена импульса – 0,01 мм;

-  Разрешающая способность -  0,3 мкм;

-  Чувствительность – 10 мА/лк.

Входной величиной ФЭД является освещенность, а выходной –электрический сигнал. Принцип действия такого датчика основан на принципе прямого наложения Для фотоэлектрического датчика зависимость между напряжением и освещенностью следующая:

                                                        U = a∙E^γ

Где  U – напряжение;

        a – коэффициент пропорциональности;

        γ – коэффициент  поглощения поверхностью (для линейных поверхностей он равен единицы).

Статическая характеристика датчика – есть функциональная зависимость между входной Х  и   выходной Y величинами,  которая представлена на рисунке 4.

  Так как передаточная функция – есть отношение между выходной  и входной величины, т. е. равна чувствительности датчика. Значит передаточная функция ФЭД равна:

                                                             W_ФЭД (р) = 10(1)

3.2.   Микропроцессор (МП)

    Микропрцессорный комплекс,  состоящий  из микросхемы  К1801 и сопроцессора К1809,  является микроЭВМ – ЦП1К1801ВМ1.

   Технические характеристики:

-  Разрядность  - 16 бит;

-  Время цикла - 200¸2000 нс;

-  Мощность потребления – 1 ВА;

-  Тактовая частота  £  10 МГц.

В нем находится ПЗУ, ОЗУ, реверсивный счетчик РС, регистр, дешифратор ДШ, блоки синхронизации и тактовый генератор.

    Данная микроЭВМ, исходя из технических условий, нам подходит.

    Передаточная функция  МП будет равна:

                                                    W_МП (р) = 1                                                     (2)

3.3.  Электрогидравлический усилитель(ЭГУ)

    Усилителем называется устройство, в котором параметр выходного сигнала превышает параметр входного сигнала. Входным сигналом является электрический сигнал, а выходным – давление.

    Исходя из технического задания (см.пункт1) выбираем электрогид-равлический  усилитель  типа  ПЭГ–Д.

     Его технические характеристики:

-  давление питания (рабочее давление) – до 12 МПа;

-  сопротивление – 50 ¸ 550 Ом;

-  изменение входного сигнала – 0 – 2 мА;

-  изменение выходного сигнала – 0,2 – 10 Мпа;

-  время срабатывания – 0,01 ¸ 2 с.

Так как ЭГУ является усилителем, то он имеет передаточную функцию усилительного звена, т. е.  равен коэффициенту  усиления К_УС.

                                                   W_ЭГУ(p)= К_УС.

                                               W_ЭГУ(p) = = 5 ∙ 10⁹                                       (3)

3.4.  Силовой цилиндр (гидродвигатель)

         Из технического задания (ТЗ)  (см. пункт 1)  мы  задались диаметром

цилиндра.  Он   равен    d_Ц = 200 мм = 0,2 м .   И рабочим давлением -12 Мпа.

  Выбираем гидродвигатель  Ц 200,  его технические характеристики:

-   диаметр цилиндра – 0,2 м;

-  скорость перемещения поршня – до 6,3 см/с;

-   диаметр штока – 0,15 м;

-   усилие на штоке – 314 кН;

-   длина хода – 0,8 м;

-   расход рабочей жидкости – 12 л/мин;  

-   механический КПД – 0,93.

Передаточная функция (ПФ) гидроцилиндра  находится по формуле:

                                 W_СЦ(p) =                                                (4)

А постоянные времени  равны:

                         Т_д1 =                      Т_д2 =                                (5)

где k_д – постоянная гидродвигателя

       Т_д  - постоянная времени гидродвигателя

        - коэффициент демпфирования

    Для того, чтобы не было зон застоя и смягчить гидравлический удар об дно цилиндра, примем коэффициент демпфирования равной единицы,тогда получим:                                             ξ = 1

                                       W_СЦ(p) =                                               (6)

Исходя из формулы (5):

                                           Т_д = Т_д1 = Т_д2                                                                    (7)

Рассчитаем постояную времени по формуле:

                                               Т_д =                                           (8)

где   V -  рабочий объем (V = 0,025  м³);

         Е – коэффициент объемной упругости ( для трасформаторного масла он                       равен 1,768МПа); 

          K_у  - коэффициент, характеризующий  утечки (K_у  = 0,005);

          K _ω-  коэффициент жидкостного трения в напорной трубе (K _ω = 0,018).

Тогда согласно формуле (8) рассчитаем  Т_д:

                                                  Т_д =  0,0114 с

Постоянная гидродвигателя будет равна

                                                     K_д  =  =  51,12                                      (9)

Тогда получим, из формулы (6),  что передаточная функция  равна:

                             W_СЦ  (p)   =                                                             (10)

    Силовой цилиндр является объектом управления.

4. Структурная схема локальной системы

и исследование ее на устойчивость

4.1. Структурная схема неизменяемой части

    Неизменяемой частью системы называется те элементы, которые при замене вызовут изменения в данной системе. В нашем случае – это все элементы, кроме микропроцессора. Неизменяемая часть характеризует точность работы локальной системы.

В пункте 3 мы нашли передаточные функции всех элементов системы.

К неизменяемой части системы относятся:

-  Электрогидравлический усилитель ЭГУ;

 -    Силовой цилиндр;

 -    Фотоэлектрический датчик ФЭД;

Найдем передаточную функцию неизменяемой части:

                            W_НЧ (p) = W(p)_ЭГУ ×W(p)_СЦ ×W_ФЭД                                               (11)

Подставим числовые значения:

                                     W_НЧ (р) =                                                      (12)

На рисунке 5 приведена структурная схема ЧПУ.

4.2. Исследование системы на устойчивость