И.А. Штефан Управление процессами и объектами в машиностроении. Программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы(сокращенные сроки обучения)

10

При рассмотрении функций систем ЧПУ необходимо разбить их на четыре задачи: геометрическую, логическую, технологическую и терминальную.

При рассмотрении геометрической задачи ЧПУ должны быть рассмотрены условия ее реализуемости, состав управляющей программы и последовательность отработки ее кадров, а также вопросы подготовки буферного кадра и отработки рабочего кадра. Подробного изучения требует процесс интерполяции и его методы при переходе от укрупненного описания заданного перемещения к оперативным командам, а на заключительном этапе решения геометрической задачи ЧПУ процесс отработки управляющих команд следящим приводом с приведением соответствующей схемы. В заключение следует рассмотреть причины, влияющие на сложность решения геометрической задачи ЧПУ.

Изучение логической задачи ЧПУ требует рассмотрения операций технологического обеспечения, выполняемых ЦСЭА. При рассмотрении логической задачи ЧПУ необходимо изучить общую структуру вспомогательного технологического обеспечения, включающую в себя функциональные группы дискретных механизмов, группы циклов автоматики для каждого механизма и операции каждого отдельного цикла автоматики. В качестве обобщенной модели решения логической задачи ЧПУ выступает ФА. На основе теории ФА рассмотреть решения логической задачи ЧПУ на основе ЦСЭА, а также ее внутреннюю структуру. В заключение следует изучить общую конфигурацию системы управления цикловой автоматики и схемы ее работы в различных режимах.

При изучении терминальной задачи ЧПУ рассматривается взаимодействие устройства ЧПУ с оператором и другими системами управления. При этом оптимальным режимом взаимодействия является диалог. Для этого необходимо рассмотреть пассивные и активные средства взаимодействия и инструменты общения (дисплей и клавиатура). Изучение режима диалога требует рассмотрения структуры диалога и четырех основных вариантов диалога: управление процессом и объектом; системная работа; автоматизированное проектирование управляющей программой и ее редактирование.

При изучении технологической задачи ЧПУ следует обратить внимание на то, что ее решение состоит в достижении требуемого качества детали с наименьшими затратами, главным показателем которого является точность. Поэтому необходимо изучить механизм форми-

11

рования заданной точности обработки с учетом особенностей начальной установки детали, а также статической и динамической настроек детали. В заключение рассмотреть схему способов решения технологической задачи ЧПУ по обеспечению требуемого качества.

Второй частью технологической задачи ЧПУ является управление эффективностью обработки, т. е. обеспечение экономического режима резания. Эта часть технологической задачи ЧПУ является оптимизационной задачей, поэтому студенты должны уметь формировать указанные задачи оптимизации, а также изучить обобщенную структурную схему адаптивного управления процессом резания.

В заключительной части данного раздела необходимо ознакомиться с методами расчета и проектирования позиционных и контурных систем ЧПУ.

Контрольные вопросы

1. Что понимается под системой ЧПУ станка?

2.Назовите три основных преимущества ЧПУ.

3.Основное отличие систем ЧПУ SNC - класса от систем ЧПУ NC

-класса.

4.Назовите разновидности систем ЧПУ CNC - класса.

5.Основное назначение систем ЧПУ DNC - класса.

6.Отличия контурных и позиционных систем ЧПУ.

7.На какие четыре группы разбиты функции систем ЧПУ станком?

8.Основное назначение геометрической задачи ЧПУ.

9.Чем сопровождается последовательная активизация кадров управляющей программы?

10.В чем состоит подготовка буферного кадра управляющей про-

граммы?

11.Что обеспечивает интерполяция?

12.Какие способы организации интерполяции используются на практике?

13.Как осуществляется отработка управляющих дискрет следящими приводами?

14.Чем определяется сложность геометрической задачи ЧПУ?

15.Какие вспомогательные операции управления выполняет

ЦСЭА?

16.Что обеспечивает ЦСЭА станком?

12

17. Что представляет собой цикл автоматики станка с ЧПУ?

18. Из каких элементов состоит вспомогательное технологическое обеспечение станка?

19. Что является обобщенной моделью решения логической задачи ЧПУ?

20. Как описывается внутренняя структура ЦСЭА на основе функционального автомата?

21. Приведите состав системы управления цикловой автоматикой.

22.Какие режимы управления обеспечивает система управления цикловой автоматикой?

23.Основное назначение терминальной задачи ЧПУ.

24.Какие режимы работы реализуются с помощью клавиатуры?

25.Какую информацию представляет оператору экран дисплея?

26.Какую структуру имеет режим диалога в работе оператора?

27.Укажите основные варианты диалога оператора с устройством

ЧПУ.

28.Какие задачи решаются оператором при диалоговой системной

работе?

29.Что понимается под точностью детали в технологической задаче ЧПУ?

30.Что представляет собой статическая настройка детали?

31. Для чего используются корректуры?

32.Назовите основные методы статической настройки детали.

33.Для чего используется динамическая настройка детали?

34.Что понимается под экономическим режимом резания?

35.Сформулируйте задачу оптимизации режимом резания.

36.В чем заключается расчет систем ЧПУ?

37.С учетом каких условий осуществляется расчет позиционных систем ЧПУ?

38.Чем определяется точность позиционирования в системах

ЧПУ?

2.5. Системы управления промышленными роботами

Промышленный робот (ПР) как объект управления. Функциональная схема исполнительной системы управления ПР. Классификация систем управления ПР: по способу управления; по методу управле-

13

ния. Динамика ПР. Уравнения динамики приводов ПР. Структурная схема линеаризованного привода ПР.

САУ ПР и их классификация. Характеристика САУ ПР: тип траектории движения робота; цикл управления; источники информации для синтеза закона управления; алгоритм управления; способ программирования системы управления.

Литература: [6, с. 9-14; 30-38; 53-68].

Методические указания

Изучение данного раздела начинается с рассмотрения ПР как многомерного объекта управления. При рассмотрении систем управления (СУ) ПР необходимо изучить два признака классификации: способ управления и метод управления. Из человеко-машинных СУ ПР необходимо подробно рассмотреть: системы командного управления; системы копирующего управления и системы полуавтоматического управления; автоматизированные интерактивные СУ; интерактивные системы супервизорного управления и интерактивные системы диалогового управления.

При изучении САУ ПР необходимо рассмотреть: СПУ; системы адаптивного управления; системы интеллектного управления. В САУ ПР необходимо рассмотреть возможные режимы отработки заданной программы: управление по жесткой программе без ее перестройки в процессе работы; адаптивное изменение программы в зависимости от условий работы; формирование управления при отсутствии заданной в явном виде программы. Из основных характеристик САУ ПР, использующихся при их сравнении, необходимо изучить: тип траектории движения робота; цикл управления; источник информации для синтеза закона управления; алгоритм управления; способ программирования СУ.

Изучение динамики ПР требует рассмотрения в отдельности манипулятора и привода робота. Методика получения динамических моделей манипулятора ориентируется на уравнения Лагранжа II рода. При изучении динамических моделей необходимо рассмотреть их достоинства и недостатки и проблемы разработки СУ на их основе. Изучение динамики привода ПР в курсе ограничивается рассмотрением только линеаризованного привода, динамическая модель которого состоит из уравнений: усилителя; двигателя; моментов (усилий на валу двигателя);

14

приведенной скорости валов двигателя и приведенного момента (усилий) нагрузки. На основе этих уравнений студент должен научиться составлять структурную схему линеаризованного привода и его передаточной функции.

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой ПР как объект управления?

2.Из каких трех основных частей состоит ПР?

3.В чем состоит задача управления ПР?

4.К чему сводится задача формирования управляющих воздействий ПР?

5.На какие два основных класса делятся СУ ПР по способу управления?

6.Основное отличие систем копирующего и командного управле-

ния.

7.Отличие интерактивных систем супервизорного и диалогового управления.

8.Основная особенность САУ ПР.

9.Основное отличие систем адаптивного и программного управления ПР.

10.Основное отличие систем интеллектного управления от других САУ ПР.

11.В чем состоит особенность описания динамических свойств

робота?

12.С учетом каких моделей разрабатывается СУ ПР?

13.Из уравнений каких элементов состоит динамическая модель привода робота?

14.В чем состоит главный недостаток дискретности траектории

робота?

15.Какие датчики используются в адаптивных СУ ПР?

2.6. Групповое управление технологическим оборудованием

Групповое управление оборудованием (ГУО). Групповое управление роботами. Распределенная система ГУО. Технические средства распределенных систем ГУО. Функции логического управления при

15

синхронизации работы оборудования.

Промышленные логические системы управления (ЛСУ). Таблицы истинности. Примеры ЛСУ. Использование в ЛСУ логических схем, лестничных логических схем, временных диаграмм. Программируемые контролеры.

Литература: [3, с. 254-329]; [6, с. 119-132].

Методические указания

Изучение данного раздела начинают с рассмотрения двух аспектов ГУО: системотехнического и координационного, а также особенности ГУО и группового управления роботами. Важным является также рассмотрение вопроса о передаче данных между ЭВМ различных уровней, а также использование для этих целей локальных вычислительных сетей (ЛВС). При изучении распределенных систем ГУО, в состав которых входят ГПМ и ЛВС, необходимо рассмотреть связь между ГПМ, а также проблемы выбора и синхронизации программ работы оборудования в распределенной системе, которые основаны на функциях логического управления. Такой подход требует решения двух задач: синхронизация последовательности работы оборудования и комбинаторное управление.

При изучении промышленных ЛСУ надо рассмотреть вопросы, связанные с основами их разработки. В ЛСУ решения принимают по основным признакам и по значениям параметров. Для этого необходимо изучить вопросы, связанные с определением основных параметров и значений параметров и вопросов связи между ними на основе таблиц истинности. В качестве примеров построения таблиц истинности ЛСУ целесообразно рассмотреть пульт управления с блокировкой и кнопочный выключатель. При изучении ЛСУ необходимо рассмотреть проблемы использования таблиц истинности в ЛСУ, а также логических схем, лестничных логических схем и временных диаграмм. В заключение необходимо рассмотреть программируемые контроллеры, т. е. назначение, структуру, принцип работы и их отличие от других вычислительных устройств.

16

Контрольные вопросы

1. В чем состоит системотехнический аспект ГУО?

2.Какие вопросы решаются при координационном аспекте ГУО?

3.Что определяет протокол при передаче данных?

4.Назначение ЛВС в системах ГУО.

5.Какие решаются задачи при выборе и синхронизации программ работы оборудования?

6.В чем состоит особенность группового управления роботами?

7.На какие категории делятся решения, принимаемые в ЛСУ?

8.Какие две стратегии используются при построении таблиц истинности в ЛСУ?

9.Основой недостаток использования таблиц истинности в ЛСУ.

10.Основное назначение программируемых контролеров.

11.Достоинства и недостатки программируемых контролеров.

2.7. Практические занятия, их наименование и объем в часах

1. Динамика СПУ - 2 часа.

2. Расчет позиционных систем ЧПУ - 2 часа.

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1. Цель работы

Цель работы - закрепить полученные теоретические знания и ознакомить студентов-заочников с методами анализа динамики СПУ и расчета систем ЧПУ.

3.2. Содержание контрольной работы

Контрольная работа содержит 30 вариантов. Вариант контрольной работы студент выбирает по первой букве или двум первым буквам фамилии в соответствии с табл. 3.1.

17

		Таблица выбора номера варианта				Таблица 3.1
А	1		КО - КЯ	11	У		21
Б	2		Л	12	Ф		22
В	3		МА - ММ	13	Х		23
Г	4		МО - МЯ	14	Ц		24
Д	5		Н	15	Ч		25
Е, Ё	6		О	16	Ш		26
Ж	7		П	17	Щ		27
З	8		Р	18	Э		28
И	9		С	19	Ю		29
КА - КМ	10		Т	20	Я		30

Каждый вариант контрольной работы состоит из четырех задач. Задача 1. Оценки скоростной ошибки отработки приводом систе-

мы ЧПУ управляющих воздействий.

Задача 2. Оценка контурной ошибки отработки следящими приводами системы ЧПУ прямолинейной обрабатываемой поверхности, находящейся под углом к направлению движения приводов.

Задача 3. Оценка контурной ошибки отработки следящими приводами системы ЧПУ отрабатываемой поверхности типа окружности.

Задача 4. Расчет позиционных систем ЧПУ. 3.3. Методические указания

Перед выполнением контрольной работы следует ознакомиться с соответствующими разделами курса "Управление процессами и объектами в машиностроении". Для этого достаточно воспользоваться учебниками [2, 15], в которых содержатся все необходимые данные для выполнения работы. Для выполнения задачи 4 целесообразно воспользоваться методическими материалами к выполнению лабораторных работ по курсу "Управление процессами и объектами в машиностроении" для студентов направления подготовки 552900 "Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств" КузГТУ, которые приведены в списке учебно-методических материалов по дисциплине.

Расчеты в работе могут выполняться на ЭВМ с представлением результатов решения в виде соответствующих таблиц и графиков или вручную с представлением графического материала на миллиметровке.

18

3.4. Порядок выполнения работы

При выполнении контрольной работы предполагается, что привод системы ЧПУ описывается передаточной функцией вида

W(p) =	1	,	(3.1)
	T p + 1
	пр

где Тпр − постоянная времени, определяемая через добротность привода kv по формуле

T =	1	kv .	(3.2)
пр

В режиме движения с постоянной скорость v система ЧПУ вырабатывает на привод управляющее воздействие вида

u(t) = vt ,

(3.3)

где t − непрерывное время в секундах, которое рассматривается как задающее воздействие в САР привода.

3.4.1. Задача 1

Для решения необходимо:

-определить по данным из табл. 3.2 в соответствии с заданным вариантом время обработки поверхности tп;

-определить закон изменения управляющего воздействия ux(t) по выражению (3.3) в соответствии с заданной скоростью из табл. 3.2;

Таблица 3.2

Исходные данные для задачи 1

Номер варианта	Добротность	Скорость	Длина
	kv (с-1)	v (мм/с)	l (мм)
1	10	20	80
2	15	30	75
3	20	40	120

19

Продолжение табл. 3.2

Номер варианта	Добротность	Скорость	Длина
	kv (с-1)	v (мм/с)	l (мм)
4	25	35	70
5	30	40	100
6	35	25	75
7	40	50	75
8	20	25	60
9	25	35	90
10	35	30	90
11	40	40	100
12	15	60	150
13	30	25	45
14	45	45	80
15	20	60	120
16	40	40	80
17	35	25	100
18	20	30	80
19	45	30	60
20	15	40	65
21	35	60	85
22	40	50	120
23	20	30	45
24	25	45	80
25	45	50	110
26	40	45	85
27	15	30	65
28	30	40	90
29	45	50	80
30	30	35	105

- сформировать закон изменения выходной переменой привода по выражению

	v(t − Tпр +	−	t	Tпр ) ;	(3.4)
x(t) =		Tпрe

- построить графики изменения управляющего воздействия ux(t) и выходной переменной привода x(t), имеющие вид аналогичный кривым, приведенным на рис. 3.1,