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

Введение

     Следящие системы работают на принципе уменьшения сигнала рассогласования - разности между величинами входного и выходного сигналов, выраженных в одинаковых единицах измерения. Входной сигнал данной системы изменяется по заранее заданному закону.

     Задачей следящей системы является воспроизведение сигнала движения выходного вала с определенной точностью, путем обработки сигнала рассогласования (то есть пока сигнал  рассогласования  не будет равен нулю).

    Они нашли широкое применение в копировальных устройствах и системах программного управления (ЧПУ).

    Я хочу рассмотреть тему «Цифровые следящие системы» на примере  «Импульсно – следящей системы числового программного управления (ЧПУ)станка по одной координате Х», и на данной системе, применив метод проектирования систем автоматического регулирования, научиться делать  расчет и синтез систем данного типа.

1.  Техническое задание (ТЗ).

Для того, чтобы разработать систему автоматического регулирования или управления нужно задаться техническими данными для данной системы.

Технические характеристики, разрабатываемой системы:

1.  Система с коррекцией в электрической части системы, которую осуществляет корректирующий фильтр;

2.  Датчиком обратной связи (ФЭД), цена импульса которого равна 0.01 мм;

3.  Внутренний диаметр гидроцилиндра 0.2 м;

4.  Давление на силовой цилиндр

                               Ро=10³ кг с/ см²= 10 МПа.

Процесс разработки системы состоит из следующих этапов:

1.  Создание функциональной схемы системы, то есть подбор необходимых элементов, обеспечивающих выполнение необходимых функций.

2.  Нахождение Передаточных функций элементов системы.

3.  Нахождение Передаточной функции  разомкнутой неизменяемой части системы, так как эта часть характеризует точность работы системы.

4.  Синтез корректирующего устройства методом ЛЧХ:

-  Построение ЛАЧХ неизменяемой части системы;

·  Построение желаемой ЛАЧХ;

·  Построение ЛАЧХ корректирующего устройства;

·  Определение передаточной функции корректирующего устройства;

·  Реализация корректирующего устройства в RC – цепочку (электрическая часть схемы) и устройство дискретно го типа.

2.  Функциональная схема локальной системы и ее  описание.

     Импульсно – следящая система числового программного управления (ЧПУ)представляет собой   замкнутую систему управления. Такой системой ЧПУ был оснащен копировально – фрезерный станок 6М42К. На рисунке 1 приведена функциональная  схема системы ЧПУ копировально – фрезерного  станка по координате Х. 

    Данная система состоит из микропроцессора (МП), корректирующего филь-тра (КФ),   электрогидравлического усилителя (ЭГУ),   силового цилиндра (СЦ)

 и  фотоэлектрического датчика (ФЭД).

    В свою очередь микропроцессор (МП) включает в себя:

-   узел  программы , где хранится  информация, программы;

-   реверсивный счетчик (РС), представляет собой суммирующее устройство   двух сигналов;

-   дешифратор (ДШ),  вырабатывает сигнал, соответствующий  поступившему   коду на его вход..

Рассмотрим процесс работы данной системы ЧПУ поэтапно :

    В микропроцессора (МП) командные импульсы управления с узла программ поступают на реверсивный  счетчик (РС) , который суммирует два импульса:

-  Х -  с узла программ (командный импульс управления);

-  Х₀ – с фотоэлектрического датчика, т. е. датчика обратной связи (импульс, показывающий истинное положение стола станка).

При  сравнении  этих  импульсов   возникает разность импульсов - ,  которая

отправляется в дешифратор ДШ, вырабатывая унитарный сигнал, соответствующий данной разности .

    Затем разность импульсов  поступает на электрогидравлический  усилитель ЭГУ,  где сигнал усиливается,  потому  что он очень мал по величине и приводит в действие поршень гидроцилиндра СЦ (гидродвигателя).

    Поршень СЦ жестко закреплен за стол станка, поэтому перемещение поршня вызывает смещение стола станка по координате Х, в соответствии с сигналом программы с шагом 0,01 мм..

    А фотоэлектрический датчик ФЭД следит за перемещением стола станка и посылает сигнал Х₀, в МП,  на реверсивный счетчик РС. Фотоэлектрический  датчик  ФЭД – является импульсным датчиком обратной связи.

    Если  Х₀≠Х ,то продолжается обработка сигнала до тех пор не будет достигнуто равенство Х₀=Х.

    Если достигнуто равенство Х₀=Х,  тогда  система прекращается обработку данного сигнала и запрашивает  микропроцессор МП о следующей серии импульсов.

    Так как, одним  из  этапов разработки  данной системы   является  синтез   корректирующего  устройства,  то мы за исходную функциональную  схему    взяли функциональную  схему без корректирующего фильтра (КФ). По ней  и  будем вести расчет.  Исходя из вышесказанного можно  функциональную схему, приведенную на рисунке1 упростить, заменив узел программы УП, реверсивный счетчик РС и  дешифратор  ДШ – микропроцессором  МП,  и убрав КФ. Тогда получим упрощенную функциональную схему данной системы, которая изображена на рисунке 2.

3.     Выбор элементов системы.

3.1.   Фотоэлектрический  импульсный  датчик

      Основным параметром данной системы является цена импульса, т. е. величина перемещения станка за один импульс на один элементарный шаг (см. техническое задание  - цена импульса равна 0,01 мм)..

    Это импульсный датчик обратной связи предназначенный для измерения и преобразования линейных перемещений органов станка в электрические импульсы обратной связи.

    Датчик для линейных перемещений имеет длинную дифракционную решетку (1), закрепленную на неподвижной части рабочего органа и короткую (2), на подвижной части. Короткую решетку устанавливают с некоторым перекосом, так чтобы штрихи обеих решеток пересекались под некоторым углом . Со стороны подвижной части располагают источник света (3) с оптическим устройством фокусировки луча, а с другой – съемник с двумя фотоэлементами (4).

    При движении рабочего органа штрихи решетки (2) закрываются и открываются, в местах пересечения штрихов,  пропускающих свет получаются темные “муаровые полосы”, перемещающиеся перпендикулярно движению рабочего органа. Сигнал с фотоэлемента поступает в измерительную систему, которая выдает импульсы  при прохождении  одной муаровой полосы. в проходящем свете.