RU2106950C1

RU2106950C1 - Reciprocation drive control method

Info

Publication number: RU2106950C1
Authority: RU
Inventors: Игорь Павлович Филонов; Александр Адамович Черкас
Original assignee: Белорусская государственная политехническая академия
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1998-03-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering, in particular, machine drive control method. SUBSTANCE: method involves regulating voltage supplied to drive engine on the basis of law of movement as a function of unit connected with drive gear. Voltage is regulated by electric signals proportional to drive gear rotational speed difference provided that pressure is uniformly distributed over working surfaces of movable unit and on condition that forces applied to movable unit are balanced. EFFECT: increased efficiency and simplified method. 8 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам управления приводом машины. The invention relates to mechanical engineering, in particular to methods for controlling the drive of a machine.

Известен способ управления приводом поступательных перемещений, при котором регулируют напряжение, подаваемое на приводной двигатель, с использованием закона перемещения в функции пути узла, связанного с приводной шестерней [1]. A known method of controlling a translational displacement drive, in which the voltage supplied to the drive motor is controlled using the law of displacement as a function of the path of the assembly associated with the drive gear [1].

Недостатком этого способа является то, что не обеспечивает стабильности энергетических характеристик привода, не позволяет учитывать изменения соотношения сил движущих привода и реакций в направляющих (включающих силы трения) и не учитывает возможные законы изменения скорости при разгоне и торможении. Другими словами, известный способ реализует обратную связь по положению: линейному ползуну, преобразованному в угловое сельсина обратной связи. Этот способ "не реагирует" на силовые, скоростные и энергетические характеристики привода. Необходимость управления движения узлов станков с учетом меняющихся сил (реактивных и движущих) и скоростей очевидна. Однако функциональная и количественная связь между этими параметрами проявляется не однозначно и требует более детального рассмотрения. Эта детализация связана не только с необходимостью установки функциональной и количественной связи между силами движущими, реактивными и инерционными (учитывающими закон изменения скорости). Для металлообрабатывающих станков и другого технологического оборудования в большей степени важно учитывать изменение состояния трущихся поверхностей, случайные факторы, оказывающие влияние на изменение соотношения сил резания, перекосы в направляющих и пр. Каждому типу направляющих (T-образных, V-образных и пр.) и габаритам перемещающихся узлов соответствуют определенные соотношения приводных сил и мощностей, обусловленных законами изменения скорости. Однако эти параметры не остаются постоянными. Они изменяются в связи с перераспределением давлений в зонах контакта, вызванными как неравномерностью износа направляющих, так и перекосами. Таким образом, напрашивается необходимость управления силовыми или геометрическими параметрами, которое позволило бы учитывать как геометрию и типоразмер направляющих, так и возможные вышеперечисленные характеристики нестабильности (непостоянства) силовых и энергетических характеристик. Известные способы управления приводами такого подхода не реализуют. The disadvantage of this method is that it does not ensure the stability of the energy characteristics of the drive, does not allow for changes in the ratio of the forces of the driving drive and reactions in the guides (including friction forces), and does not take into account the possible laws of change in speed during acceleration and braking. In other words, the known method implements feedback on the position: a linear slider, converted into an angular feedback selsyn. This method "does not respond" to the power, speed and energy characteristics of the drive. The need to control the movement of machine nodes taking into account changing forces (reactive and moving) and speeds is obvious. However, the functional and quantitative relationship between these parameters is not unambiguous and requires a more detailed consideration. This detailing is associated not only with the need to establish a functional and quantitative relationship between the driving, reactive and inertial forces (taking into account the law of change of speed). For metalworking machines and other technological equipment, it is more important to take into account the change in the state of friction surfaces, random factors affecting the change in the ratio of cutting forces, distortions in the guides, etc. Each type of guides (T-shaped, V-shaped, etc.) and the dimensions of the moving nodes correspond to certain ratios of drive forces and capacities due to the laws of change of speed. However, these parameters do not remain constant. They change due to the redistribution of pressure in the contact zones caused by both uneven wear of the guides and distortions. Thus, the need arises for controlling the power or geometric parameters, which would allow taking into account both the geometry and the size of the guides, and the possible above-mentioned characteristics of the instability (inconstancy) of power and energy characteristics. Known drive control methods do not implement this approach.

Изобретение направлено на расширение эксплуатационных возможностей за счет регулирования скорости вращения приводной шестерни. The invention is aimed at expanding operational capabilities by regulating the speed of rotation of the drive gear.

Поставленная задача решается тем, что в способе управления приводом поступательных перемещений, при котором регулируют напряжение, подаваемое на приводной двигатель, с использованием закона перемещения в функции пути узла, регулирование напряжения осуществляют посредством электрических сигналов, пропорциональных величинам, которые определяют по следующим зависимостям:

,
где
Δω и ω

\binom{д}{ш}

- регулирующие сигналы;
ω_ш - закон изменения скорости вращения приводной шестерни, который получают исходя из равномерного распределения давлений на рабочих поверхностях перемещаемого узла

,
V(S) - закон изменения скорости перемещения узла в функции пути;
r_ш - делительный радиус шестерни;
ω

\binom{д}{ш}

- - закон изменения скорости вращения приводной шестерни, который получают из учета равновесия сил, приложенных к перемещаемому узлу, и характеристик двигателя и привода

,
Q

\binom{х}{п}

- приводная сила, приложенная к приводной шестерне;
i_дш - передаточное отношение между двигателем и приводной шестерней;
M_н - номинальный момент двигателя;
K = M_н/(ω_c-ω_н) - крутизна механической характеристики двигателя;
ω_н,ω_c - номинальная и синхронная скорости вращения двигателя;
ω

\binom{дд}{ш}

- действительная скорости вращения приводной шестерни.The problem is solved in that in the method of controlling the translational displacement drive, in which the voltage supplied to the drive motor is controlled using the law of displacement as a function of the node path, the voltage is controlled by electric signals proportional to the values determined by the following relationships:

,
Where
Δω and ω

\binom{d}{w}

- regulatory signals;
ω _W - the law of variation of the speed of rotation of the drive gear, which is obtained on the basis of a uniform distribution of pressures on the working surfaces of the moving node

,
V (S) - the law of variation of the speed of movement of the node in the function of the path;
r _W - dividing radius of the gear;
ω

\binom{d}{w}

- - the law of change of rotation speed of the drive gear, which is obtained from the balance of forces applied to the moving node, and the characteristics of the engine and drive

,
Q

\binom{x}{P}

- drive force applied to the drive gear;
i _dsh - gear ratio between the engine and the drive gear;
M _n - rated torque of the engine;
K = M _n / (ω _c -ω _n ) is the steepness of the mechanical characteristics of the engine;
ω _n , ω _c - nominal and synchronous engine speeds;
ω

\binom{dd}{w}

- the actual speed of rotation of the drive gear.

На фиг. 1, 2 и 3 изображен суппорт токарного станка с действующими на него силами. In FIG. 1, 2 and 3 depicts a lathe support with forces acting on it.

На суппорт действуют следующие силы: F $\binom{x}{p}$ ,F $\binom{y}{p}$ ,F $\binom{z}{p}$ - составляющие сил резания вдоль осей X, Y, Z прямоугольной системы координат с началом в точке O (см. фиг. 1, 2 и 3); G - сила тяжести суппорта; Q $\binom{х}{п}$ , Q $\binom{z}{п}$ - составляющие приводной силы, действующей со стороны приводной шестерни к зубчатой рейке, жестко установленной на суппорте; N_A, N_B, N_C - нормальные реакции (без учета сил трения) приложенные к рабочим поверхностям направляющих; F $\binom{А}{тр}$ = f•N_A, F $\binom{B}{тр}$ = f•N_B, F $\binom{C}{тр}$ = f•N_C - силы трения, действующие в направляющих, направленные вдоль оси X; f - коэффициент трения;

- силы инерции, приложенные в центре масс суппорта; m - масса суппорта,

- ускорения центра масс.The following forces act on the caliper: F

\binom{x}{p}

, F

\binom{y}{p}

, F

\binom{z}{p}

- components of the cutting forces along the X, Y, Z axes of a rectangular coordinate system with a beginning at point O (see Fig. 1, 2 and 3); G - caliper gravity; Q

\binom{x}{P}

, Q

\binom{z}{P}

- components of the drive force acting from the side of the drive gear to the rack, rigidly mounted on a support; N _A , N _B , N _C - normal reactions (excluding friction forces) applied to the working surfaces of the guides; F

\binom{A}{tr}

= f • N _A , F

\binom{B}{tr}

= f • N _B , F

\binom{C}{tr}

= f • N _C - friction forces acting in the guides directed along the X axis; f is the coefficient of friction;

- inertia forces applied in the center of mass of the caliper; m is the mass of the caliper,

- acceleration of the center of mass.

Установление функциональной связи между приводными силами, силами сопротивления и законом движения узла проведено с использованием уравнений кинетостатики. The establishment of a functional relationship between the driving forces, the resistance forces and the law of motion of the node was carried out using the kinetostatic equations.

Условие равновесия сил и их моментов относительно начала системы координат точки O, действующих на ползун (суппорт), запишем в виде:

.The condition for the balance of forces and their moments relative to the origin of the coordinate system of the point O acting on the slider (support), we write in the form:

.

На фиг. 1, 2 и 3 показаны координаты векторов точек приложения сил, входящих в уравнение (2). Как видно из фиг. 1, 2 и 3, начало системы координат выбрано в точке, совпадающей с точкой пересечения линий действия сил N_A и N_B и расположена посередине длины l суппорта; точка C - точка приложения силы N_C расположена на оси Y.In FIG. 1, 2 and 3 show the coordinates of the vectors of the points of application of forces included in equation (2). As can be seen from FIG. 1, 2 and 3, the origin of the coordinate system is selected at a point coinciding with the intersection of the lines of action of the forces N _A and N _B and is located in the middle of the length l of the support; point C - the point of application of force N _C is located on the Y axis.

Составляющие векторов сил записываются в виде

.The components of the force vectors are written as

.

В уравнениях (3)

,

- орты системы координат XYZ; φ - угол наклона рабочей поверхности A направляющей треугольной.In equations (3)

,

- unit vectors of the XYZ coordinate system; φ is the angle of inclination of the working surface A of the triangular guide.

Составляющие радиусов-векторов

.Radius vector components

.

Уравнения (1), (2) в координатной форме имеют вид

;
Уравнения (6), (7), (8), (9), (10), (11) устанавливают функциональную связь между приводной силой Q_n, силами сопротивления движению F

\binom{A}{тр}

, F

\binom{B}{тр}

, F

\binom{C}{тр}

и заданным законом движения узла V_S =

в функции от пути S.Equations (1), (2) in coordinate form have the form

;
Equations (6), (7), (8), (9), (10), (11) establish a functional relationship between the driving force Q _n , the forces of resistance to movement F

\binom{A}{tr}

, F

\binom{B}{tr}

, F

\binom{C}{tr}

and a given law of motion of the node V _S =

in function of path S.

Известными в этих уравнениях являются следующие величины:
X_P, Y_P, Z_P - координаты точки приложения силы резания F_P;
X_S, Y_S, Z_S - координаты центра масс перемещаемого узла;
X_Q, Y_Q, Z_Q - координаты размещения приводной шестерни (точки приложения приводной силы Q_n);
Известными являются также координаты точек приложения реактивных сил N_A, N_B, N_C; Y_A, Y_B, Y_C; Z_A, Z_B, Z_C; φ,ψ - углы треугольной направляющей.The following quantities are known in these equations:
X _P , Y _P , Z _P - coordinates of the point of application of the cutting force F _P ;
X _S , Y _S , Z _S - coordinates of the center of mass of the moved node;
X _Q , Y _Q , Z _Q - coordinates of the location of the drive gear (points of application of the drive force Q _n );
Also known are the coordinates of the points of application of reactive forces N _A , N _B , N _C ; Y _A , Y _B , Y _C ; Z _A , Z _B , Z _C ; φ, ψ are the angles of the triangular guide.

Известно соотношение между Q $\binom{x}{п}$ и Q $\binom{z}{п}$ : Q $\binom{z}{п}$ = Q $\binom{x}{п}$ •tgα, ,
где α = 20^o - угол зацепления шестерня-рейка.The relation between Q is known $\binom{x}{P}$ and Q $\binom{z}{P}$ : Q $\binom{z}{P}$ = Q $\binom{x}{P}$ • tgα,,
where α = 20 ^o - the angle of engagement of the gear-rack.

Для заданного закона движения узла в функции от пути S
V_S=

ускорение a_S=

определяется выражением

.For a given law of motion of the node as a function of the path S
V _s =

acceleration a _S =

defined by the expression

.

Таким образом, задача сводится к поддержанию заданного закона изменения скорости V_S= f(S). Выбор той или иной функции V = f(S) определяется, например, условиями равномерного износа рабочих поверхностей A, B и C направляющих (см. фиг. 1). Это условие выполняется, например, в случае, если будет соблюдено равенство значений реактивных сил N_C, N_A и N_B (при одинаковой площади их поверхностей) и неизменных координат X_C, Y_C, Z_C; X_A, Y_A, Z_A; X_B, Y_B, Z_B (см. фиг. 1, 2, 3). Следует отметить, что силы N_A=f(S), N_B=f(S) и N_C=f(S) в результате решения уравнений (6 - 11) также будут некоторыми функциями пути, поэтому задача сводится к определению некоторой функции Q $\binom{x}{п}$ = f(S) приводной силы, обеспечивающей перемещение узла в направлении оси X с заданным законом V = f(S) его скорости. Численное значение всех этих параметров можно получить в результате решения уравнений (6 - 11).Thus, the task is to maintain a given law of change in speed V _S = f (S). The choice of a function V = f (S) is determined, for example, by the conditions of uniform wear of the working surfaces A, B and C of the guides (see Fig. 1). This condition is fulfilled, for example, if the equal values of the reactive forces N _C , N _A and N _B (with the same surface area) and constant coordinates X _C , Y _C , Z _C ; X _A , Y _A , Z _A ; X _B , Y _B , Z _B (see Fig. 1, 2, 3). It should be noted that the forces N _A = f (S), N _B = f (S) and N _C = f (S) as a result of solving equations (6 - 11) will also be some path functions, therefore, the problem reduces to determining some function Q $\binom{x}{P}$ = f (S) of the driving force that provides the node to move in the direction of the X axis with a given law V = f (S) of its speed. The numerical value of all these parameters can be obtained by solving equations (6 - 11).

Установленная в уравнениях (6), (7), (8), (9), (10), (11) функциональная связь между приводной силой инерции сводится к тому, что каждому закону изменения скорости движения суппорта будет соответствовать определенный закон изменения приводной силы, т.е. в каждый момент времени нам известно значение скорости и значение силы Q_n.The functional relationship between the drive inertia force established in equations (6), (7), (8), (9), (10), (11) is reduced to the fact that each law of the caliper movement speed will correspond to a certain law of the drive force change , i.e. at each moment of time, we know the value of speed and the value of force Q _n .

Наиболее удобным регулируемым параметром в предложенном способе является скорость вращения приводной шестерни. The most convenient adjustable parameter in the proposed method is the speed of rotation of the drive gear.

Пример. Пусть суппорту необходимо пройти путь S_k = 0,1 м с законом изменения скорости V_S, задаваемым следующим аналитическим выражением

,
где
S - путь, проходящий суппортом.Example. Let the support need to go the path S _k = 0.1 m with the law of change of speed V _S , given by the following analytical expression

,
Where
S is the caliper path.

График зависимости (13) приведен на фиг. 4, график ускорения a_S в функции пути S также приведен на фиг. 4. Для известного значения Y_Q (задаваемое) координаты размещения приводной шестерни (точки приложения силы Q_n), решая систему уравнений (6), (7), (8), (9), с учетом (13) получим закон изменения (зависимость) приводной силы Q $\binom{x}{п}$ в функции пути S.A plot of dependence (13) is shown in FIG. 4, a graph of acceleration a _S as a function of path S is also shown in FIG. 4. For a known value of Y _Q (specified) coordinates of the location of the drive gear (points of application of force Q _n ), solving the system of equations (6), (7), (8), (9), taking into account (13) we obtain the law of change ( dependence) drive force Q $\binom{x}{P}$ in the function of the path S.

На фиг. 5 приведены графики изменения Q $\binom{x}{п}$ при Y_Q = 0 (кривая 1) и Q $\binom{x}{п}$ для Y_Q = -1 (кривая 2). Расчеты на ЭВМ показывают, что все промежуточные графики Q $\binom{x}{п}$ для -1<Y_Q<0 лежат внутри области, ограниченной кривыми 1 и 2. Причем эти кривые нигде не пересекаются и по форме совпадают с кривыми 1 и 2. Расчетная мощность приводной силы Q_n обеспечивается приводной шестерней, т.е.In FIG. 5 shows graphs of Q $\binom{x}{P}$ for Y _Q = 0 (curve 1) and Q $\binom{x}{P}$ for Y _Q = -1 (curve 2). Computer calculations show that all intermediate graphs Q $\binom{x}{P}$ for -1 <Y, _Q <0 lie inside the region bounded by curves 1 and 2. Moreover, these curves do not intersect anywhere and coincide in shape with curves 1 and 2. The calculated power of the drive force Q _{n is} provided by the drive gear, i.e.

Q $\binom{x}{п}$ •V_S= Q $\binom{x}{п}$ •r_ш•ω_ш= M_шω_ш .Q $\binom{x}{P}$ • V _S = Q $\binom{x}{P}$ • r _w • ω _w = M _w ω _w

Таким образом, скорость шестерни, как некоторая функция ω_ш , обеспечивающая поставленную цель, определится из выражения

.Thus, the speed of the gear, as some function ω _W , providing the goal, is determined from the expression

.

Уравнение (14) отражает только кинематическую сторону решаемой задачи. Обычно приводной двигатель связан с приводной шестерней коробкой подач (передаточными механизмами), имеющей некоторое передаточное число i_дш= ω_д/ω_ш . Равенство мощностей на валу приводного вала двигателя M_дω_д и мощности Q $\binom{x}{п}$ •r_ш•ω_ш , необходимой для перемещения узла с заданной скоростью V = f(S) дает соотношение

,
где
M_д, ω_д - крутящий момент на валу приводного двигателя и его скорость соответственно.Equation (14) reflects only the kinematic side of the problem being solved. Typically, the drive motor is connected to the drive gear feed box (gears) having a gear ratio i _dsh = ω _d / ω _w . The equality of power on the shaft of the drive shaft of the engine M _d ω _d and power Q

\binom{x}{P}

• r _w • ω _w necessary to move the node with a given speed V = f (S) gives the relation

,
Where
M _d , ω _d - torque on the shaft of the drive motor and its speed, respectively.

Уравнение (15) указывает на то, что функция ω $\binom{д}{ш}$ = f(S) будет удовлетворять поставленной цели только для определенного типа направляющих (см. уравнения 6 - 11) и в случае M_д = Const. Другими словами, поставленная задача будет выполнена только для определенного типоразмера направляющих и некоторого "идеального двигателя". Наиболее часто применяемые двигатели обеспечивают изменение величины крутящего момента от скорости в соответствии с линеаризованной зависимостью, имеющей вид
M_д= M_н-K(ω_д-ω_н) (16) ,
где
K = M_н/ (ω_c-ω_н) - - крутизна механической характеристики двигателя; M_н - номинальное (паспортное) значение крутящего момента; ω_н,ω_д,ω_c - номинальная, текущая и синхронная угловые скорости вала двигателя. Поэтому уравнение (15) с учетом уравнения (16) примет вид

.Equation (15) indicates that the function ω

\binom{d}{w}

= f (S) will satisfy the goal only for a certain type of guides (see equations 6 - 11) and in the case M _d = Const. In other words, the task will be performed only for a certain size of guides and some "ideal engine". The most commonly used engines provide a change in the magnitude of the torque from speed in accordance with the linearized dependence, having the form
M _d = M _n -K (ω _d -ω _n ) (16),
Where
K = M _n / (ω _c -ω _n ) - is the steepness of the mechanical characteristics of the engine; M _n - nominal (passport) value of torque; ω _n , ω _d , ω _c - nominal, current and synchronous angular velocity of the motor shaft. Therefore, equation (15), taking into account equation (16), will take the form

.

Из уравнения (17) после некоторых преобразований получим

.From some equations (17), we obtain

.

Из уравнения (18) видно, что требуемый закон ω $\binom{д}{ш}$ = f(S) может быть определен только с учетом характеристик K, M_н, ω_н,ω_c, , конкретного двигателя и в определенном диапазоне передаточных отношений i_дш= ω_д/ω_ш. . Изменение каких-либо из этих параметров требует пересчета по формуле (18), получения новой функции и сравнения ее с выражением (14).From equation (18) it is seen that the required law ω $\binom{d}{w}$ = f (S) can be determined only taking into account the characteristics of K, M _n , ω _n , ω _c , a specific engine and in a certain range of gear ratios i _dsh = ω _d / ω _w . . Changing any of these parameters requires recalculation according to formula (18), obtaining a new function, and comparing it with expression (14).

Сравнение формул (14) и (18) показывает, что в реальных условиях представлена возможность только приблизиться к требуемому закону движения узла, т. е. к реализации функции V_S= ω_ш•r_ш . Поэтому алгоритм управления может быть разбит на несколько этапов, первый из них сводится к "жесткому" программному управлению, реализующему функцию ω_ш= f(s) = f(S) согласно уравнению (14). Дальнейшее действие заключается в следующем: для принятого закона V = f(S) по уравнениям (6 - 11) определяется функция Q $\binom{x}{п}$ и по формуле (18) функция ω $\binom{д}{ш}$ = f(S); сравниваются функции ω_ш = f(S) и ω $\binom{д}{ш}$ = f(S); подбираются величины M_н, K, ω_н,ω_c , r_ш и i_дш, обеспечивающие наименьшее расхождение функций ω_ш = f(S) и ω $\binom{д}{ш}$ = f(S).A comparison of formulas (14) and (18) shows that in real conditions it is only possible to approach the required law of motion of the node, that is, to implement the function V _S = ω _w • r _w . Therefore, the control algorithm can be divided into several stages, the first of which is reduced to a “hard” program control that implements the function ω _w = f (s) = f (S) according to equation (14). The further action is as follows: for the adopted law V = f (S) according to equations (6 - 11), the function Q $\binom{x}{P}$ and by formula (18) the function ω $\binom{d}{w}$ = f (S); the functions ω _w = f (S) and ω are compared $\binom{d}{w}$ = f (S); the values of M _n , K, ω _n , ω _c , r _w and i _{dsh are selected} that provide the smallest divergence of the functions ω _w = f (S) and ω $\binom{d}{w}$ = f (S).

Если последним действием достичь существенного приближения функций ω_ш = f(S) и ω $\binom{д}{ш}$ = f(S) не удается (чаще всего так и бывает) реализуют адаптивное управление.If the last step is to achieve a significant approximation of the functions ω _w = f (S) and ω $\binom{d}{w}$ = f (S) fails (most often it happens) implement adaptive control.

Сущность способа управления приводом поступательного перемещения объясним на примере токарного станка, схема которого представлена на фиг.6. The essence of the control method of the translational drive is explained by the example of a lathe, the scheme of which is presented in Fig.6.

На фиг. 6 (см. фиг. 1, 2, 3) суппорт 1 располагается на направляющих 2 (прямоугольной и треугольной, см. фиг. 1), с которыми жестко связана приводная рейка 3, в свою очередь входящая в зацепление с приводной шестерней 4. Приводной вал 5 электродвигателя 6 жестко связан с червяком 7, входящим в зацепление с червячной шестерней 8, установленной в суппорте 1. С червячной шестерней 8 жестко связана центральная шестерня 9, которая входит в зацепление с сателлитами 10, свободно посаженными на T-образный вал 11, с сателлитами 10 входит в зацепление шестерня 12, жестко связанная с конической шестерней 13, которая свободно посажена на T-образный вал 11, коническая шестерня 13 входит в зацепление с шестерней 14, жестко связанной с валом 15 корректирующего двигателя 16. In FIG. 6 (see Fig. 1, 2, 3), the support 1 is located on the guides 2 (rectangular and triangular, see Fig. 1), with which the drive rail 3 is rigidly connected, which in turn is engaged with the drive gear 4. The drive the shaft 5 of the electric motor 6 is rigidly connected to the worm 7, which engages with the worm gear 8 installed in the caliper 1. With the worm gear 8, the central gear 9 is rigidly connected, which engages with the satellites 10 freely mounted on the T-shaped shaft 11, with gears 10, gear 12 is engaged, rigidly connected gearwheel with a bevel gear 13, which is freely mounted on a T-shaped shaft 11, the bevel gear 13 is engaged with the gear 14, rigidly connected with the shaft 15 of the correction motor 16.

Предлагаемый способ управления приводом поступательного перемещения может быть реализован с помощью системы управления, включающей вычислительное устройство. The proposed method for controlling the translational drive can be implemented using a control system including a computing device.

На фиг. 7 представлена структурная схема управления, реализующая описанный способ управления приводом поступательного перемещения. Система управления состоит из вычислителя 1, регулятора 2, корректирующего двигателя постоянного тока 3, связанного с приводной шестерней 4 через дифференциальный механизм (на схеме не показан), датчика 5 угловой скорости приводной шестерни Д1, источника постоянного напряжения 6, пульта управления 7. In FIG. 7 is a control block diagram that implements the described method for controlling a translational drive. The control system consists of a calculator 1, a regulator 2, a corrective DC motor 3, connected to a drive gear 4 through a differential mechanism (not shown in the diagram), an angular speed sensor 5 of the drive gear D1, a constant voltage source 6, a control panel 7.

Вычислитель 1 на основании сигналов с датчика Д1 формирует сигнал U₃, пропорциональный величине напряжения, подаваемой от источника постоянного напряжения 6 через регулятор 2 на корректирующий двигатель постоянного тока 3, таким образом, что
U₃ = KU₃,
где
U₃ - сигнал управления, вырабатываемый вычислителем 1;
K - коэффициент пропорциональности (усиления);
U₃ - напряжение, подаваемое на корректирующий двигатель 3.The computer 1 on the basis of the signals from the sensor D1 generates a signal U ₃ proportional to the voltage supplied from the DC voltage source 6 through the regulator 2 to the DC correction motor 3, so that
U ₃ = KU ₃ ,
Where
U ₃ - control signal generated by the calculator 1;
K is the coefficient of proportionality (gain);
U ₃ - voltage supplied to the correction motor 3.

Датчик Д1-5 механически связан с приводной шестерней и вырабатывает сигнал, пропорциональный ее скорости вращения и крутящему моменту на ней соответственно. Sensor D1-5 is mechanically connected to the drive gear and generates a signal proportional to its speed of rotation and torque on it, respectively.

Пульт управления 7 предназначен для включения-отключения привода поступательного перемещения. The control panel 7 is designed to enable / disable the translational drive.

На фиг. 8 представлена структурная схема вычислителя 1. In FIG. 8 is a block diagram of a calculator 1.

В блоке 8 вычисляется значение скорости вращения приводной шестерни по формуле (14) при заданном (выбранном) делительном радиусе приводной шестерни r_ш, т.е.In block 8, the value of the speed of rotation of the drive gear is calculated by the formula (14) for a given (selected) dividing radius of the drive gear r _w , i.e.

.

В блоке 9 вычисляется значение скорости вращения приводной шестерни по формуле (18) с учетом характеристик выбранного приводного двигателя, передаточного отношения между двигателем и приводной шестерней, делительного радиуса приводной шестерни, величины приводной силы Q $\binom{x}{п}$ , полученной при решении уравнений (6 - 11), т.е.In block 9, the value of the speed of rotation of the drive gear is calculated by the formula (18) taking into account the characteristics of the selected drive motor, the gear ratio between the engine and the drive gear, the dividing radius of the drive gear, the magnitude of the drive force Q $\binom{x}{P}$ obtained by solving equations (6 - 11), i.e.

.

Вычисленная величина ω $\binom{д}{ш}$ в блоке 10 сравнивается с величиной ω_ш , полученной в блоке 8, и находится их разность
Δω_ш= ω_ш-ω $\binom{д}{ш}$ .The calculated value of ω $\binom{d}{w}$ in block 10 is compared with the value of ω _W obtained in block 8, and their difference is found
Δω _w = ω _w -ω $\binom{d}{w}$ .

В блоке 11 вычисленная величина ω $\binom{д}{ш}$ сравнивается с сигналом, поступающим с датчика Д1-5 действительной скорости вращения приводной шестерни ω $\binom{дд}{ш}$ и находится их разность
Δω $\binom{д}{ш}$ = ω $\binom{дд}{ш}$ -ω $\binom{д}{ш}$ .In block 11, the calculated value of ω $\binom{d}{w}$ compared with the signal from the sensor D1-5 the actual speed of rotation of the drive gear ω $\binom{dd}{w}$ and their difference is found
Δω $\binom{d}{w}$ = ω $\binom{dd}{w}$ -ω $\binom{d}{w}$ .

Полученные в блоках 10 и 11 разности в блоке 12 преобразуются в значение управляющего сигнала U₃.The differences obtained in blocks 10 and 11 in block 12 are converted to the value of the control signal U ₃ .

Система управления приводом поступательного перемещения работает следующим образом. The control system of the translational drive operates as follows.

В начальном положении система управления обесточена, т.е. напряжение U_num и U_nosm равны нулю. Двигатель 3 не вращается.In the initial position, the control system is de-energized, i.e. voltage U _num and U _nosm are equal to zero. Engine 3 does not rotate.

С пульта управления 7 включается источник постоянного напряжения 6. На вычислитель 1 приходит питающее напряжение U_num.From the control panel 7, the constant voltage source 6 is turned on. The supply voltage U _num comes to the calculator 1.

Сигнал с датчика Д1-5 поступает в вычислитель 1. На основании этого сигнала в вычислителе 1 определяется значение Δω $\binom{д}{ш}$ . В том случае, если ω $\binom{дд}{ш}$ = ω $\binom{д}{ш}$ , то в блоке 12 вычислителя формируется сигнал, пропорциональный разности Δω_ш,, , вычисленной в блоке 10. В случае, если ω $\binom{дд}{ш}$ ≠ ω $\binom{д}{ш}$ , , то на один и тот же вход блока 12 вычислителя 1 подаются два сигнала разности Δω_ш и ω $\binom{д}{ш}$ , где формируется сигнал, пропорциональный их величинам и знакам. Этот сигнал поступает на вход регулятора 2, который непосредственно управляет напряжением U₃, подаваемым на корректирующий двигатель 3. Таким образом, в начальный момент на двигатель 3 подается напряжение
U_3нач = KU_3нач,
которое заставляет двигатель вращаться. Вращение от корректирующего двигателя 3 через дифференциальный механизм передается к приводной шестерне, что приводит к изменению ее характеристик и соответственно к изменению сигнала с датчика Д1-5. Этот сигнал поступает в вычислитель 1, который вырабатывает новое значение U₃, соответствующее сигналу датчика.The signal from the sensor D1-5 enters the calculator 1. Based on this signal, the value Δω is determined in the calculator 1 $\binom{d}{w}$ . If ω $\binom{dd}{w}$ = ω $\binom{d}{w}$ , then in block 12 of the calculator a signal is generated proportional to the difference Δω _w ,, calculated in block 10. In case ω $\binom{dd}{w}$ ≠ ω $\binom{d}{w}$ ,, then two signals of the difference Δω _w and ω are fed to the same input of block 12 of the calculator 1 $\binom{d}{w}$ , where a signal is formed proportional to their values and signs. This signal is fed to the input of controller 2, which directly controls the voltage U ₃ supplied to the correction motor 3. Thus, at the initial moment, voltage 3 is applied to the motor 3
U _3nach = KU _3nach ,
which makes the engine spin. The rotation from the corrective motor 3 through the differential mechanism is transmitted to the drive gear, which leads to a change in its characteristics and, accordingly, to a change in the signal from the sensor D1-5. This signal enters the calculator 1, which generates a new value U ₃ corresponding to the sensor signal.

Обратная связь по скорости вращения приводной шестерни позволяет поддерживать действительную скорость перемещения узла на уровне заданной. Feedback on the speed of rotation of the drive gear allows you to maintain the actual speed of the node at a given level.

Использование предлагаемого способа управления приводом поступательных перемещений обеспечивает расширение эксплуатационных возможностей путем регулирования скорости вращения приводной шестерни, поддержание допустимых значений динамических реакций в направляющих, что в свою очередь обеспечивает регулирование их износа. Кроме того, способ позволяет снизить энергоемкость и металлоемкость проектируемых машин. Using the proposed method of controlling the translational displacement drive provides the expansion of operational capabilities by regulating the speed of rotation of the drive gear, maintaining acceptable values of dynamic reactions in the guides, which in turn provides control of their wear. In addition, the method allows to reduce the energy consumption and metal consumption of the designed machines.

Claims

A method for controlling a translational displacement drive, including controlling the voltage supplied to the drive motor, using the displacement law as a function of the assembly associated with the drive gear, characterized in that the voltage control is carried out by means of electrical signals proportional to the values determined by the following relationships:

where Δω and ω

\binom{d}{w}

where V (S) is the law of variation of the speed of the node in the function of the path;
r _W - dividing radius of the drive gear;
ω

\binom{d}{w}

- the law of change of rotation speed of the drive gear, which is obtained from the balance of forces applied to the moving node, and the characteristics of the engine and drive

where q

\binom{x}{P}

- drive force applied to the drive gear;
i _d _w - gear ratio between the engine and the drive gear;
M _n - rated torque of the engine;
K = M _n (ω _c -ω _n ) is the steepness of the mechanical characteristics of the engine;
ω _n , ω _c - nominal and synchronous engine speeds;
ω ^dd - the actual speed of rotation of the drive gear.