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

20

ux(t), x(t)

τ пр

l

ux(t)	x(t)

∆ xс

tр		tп	t

Рис. 3.1. Законы изменения управляющего воздействия системы ЧПУ и выходной переменной привода: tр − время пере-

ходного процесса (tр ≈ 3 Тпр); τ пр − время запаздывания, обусловленное инерционностью привода; ∆ xс - скоростная ошибка.

Скоростная ошибка определяется по формуле:

∆ xc = ux (t) − x(t) = v Tпр ;

(3.5)

-определить скоростную ошибку графически и по выражению (3.5) и сравнить между собой полученные значения ошибки;

-определить теоретически и графически время запаздывания τ пр и сравнить полученные значения между собой.

3.4.2. Задача 2

Для решения необходимо:

-определить по данным из табл. 3.3 в соответствии с заданным вариантом время обработки поверхности, приведенной на рис. 3.2,

-определить законы изменения управляющих воздействий по обеим координатам по заданной скорости v по выражениям:

u	(t) =	v cosα	t
ux	(t) =	vsin α	t ,	(3.6)
y

21

где v − скорость движения по поверхности;

ly y

		l
	α	x
0
		lx

Рис. 3.2. Схема обрабатываемой поверхности: l − длина поверхности.

- определить законы изменения выходных переменных по обеим координатам x(t) и y(t) по выражениям (3.4) с заменой скорости v на ее проекции по осям, т. е.

ux (t) = vt cosα ;	u y (t) = vt sin α ;	(3.7)
		Таблица 3.3

Исходные данные для задачи 2

	Номер ва-	Добротности		Скорость	Длина	Угол накло-	∆α	∆ kvy
	рианта	kvx	kvy	v (мм/с)	l (мм)	на α (град)
	1	10	10	30	80	12	−	0,2
	2	15	16	25	60	10	3	−
	3	20	20	45	115	8	−	0,25
	4	25	27	35	105	20	2	−
	5	30	30	35	120	10	−	0,2
	6	35	36	25	75	5	3	−
	7	40	42	40	105	15	3	−
	8	45	46	25	100	14	2	−
	9	50	49	30	95	22	−	0,15
	10	10	12	20	80	10	3	−
	11	15	15	40	85	12	−	0,25
	12	20	21	50	110	16	2	−
	13	25	25	20	65	18	−	0,3

22

14	30	28	40	75	20	1	−
15	35	34	45	120	5	4	−
16	40	41	35	80	11	−	0,1
17	45	43	25	100	17	2	−
18	50	50	20	65	30	−	0,5
19	10	11	25	75	25	1	−
20	15	15	40	85	17	−	0,3
21	20	20	50	95	26	−	0,2
22	25	25	35	95	21	−	0,4
23	30	31	30	80	28	1	−
24	35	35	50	105	30	−	0,2
25	40	39	20	60	15	3	−
26	45	43	30	70	10	3	−
27	50	47	40	100	8	3	−
28	10	10	25	120	15	−	0,5
29	15	15	35	90	25	−	0,4
30	20	20	45	105	10	−	0,5

-построить графики изменения управляющих воздействий ux(t) и uy(t) и сигналов на выходе приводов по осям x(t) и y(t);

-определить контурную ошибку по выражению

	∆ к =	v		Tпрy − Tпрx		sin 2α	;	(3.8)
		2

- исследовать влияние на величину контурной ошибки угла наклона поверхности в соответствии с заданным шагом ∆α или соотношения добротностей приводов за счет изменения добротности kvy с заданным шагом ∆ kvy в соответствии с заданным вариантом и построить график изменения контурной ошибки при десяти итерациях.

3.4.3. Задача 3

Для решения необходимо:

- определить по данным из табл. 3.4 в соответствии с заданным вариантом время обработки поверхности tп;

23

							Таблица 3.4
		Исходные данные для задачи 3
Номер	kv	l	v	R		∆ R		∆ v
варианта
1	40	30	20	40		−		3
2	35	60	30	85		−		2
3	30	25	40	40		2		−
4	25	70	35	105		−		2
5	20	50	30	95		−		3
6	15	60	50	80		2		−
7	10	45	50	60		2		−
8	35	50	45	65		3		−
9	30	50	55	70		2		−
10	25	45	35	100		4		−
11	20	35	40	70		−		2
12	15	40	25	40		5		−
13	10	60	45	90		2		−
14	40	40	25	60		4		−
15	30	60	30	100		−		3
16	25	60	30	90		−		2
17	20	50	40	75		−		2
18	15	50	50	80		2		−
19	10	45	60	90		−		1
20	40	55	50	85		1		−
21	35	40	45	80		2		−
22	25	35	35	60		3		−
23	20	45	50	50		−		3
24	15	30	25	50		−		2
25	10	40	30	70		4		−
26	40	50	40	70		2		−
27	35	50	35	100		−		1
28	30	40	30	50		2		−
29	20	30	50	50		−		3
30	15	30	25	50		3		−

24

- определить законы изменения управляющих

воздействий по

обеим координатам по формулам:

u x (t) =

R cos(ω

t)

u y (t) =

R sin(ω

,

(3.9)

t)

где ω

= v / R − угловая скорость движения рабочей точки;

- определить законы изменения выходных переменных приводов

по обеим координатам x(t) и y(t) по выражениям

x(t) =

R

cos(ω

t −

ϕ

) −

R

e

− t Tпр

ω

2 +

2

2

+

1

T2

1

Tпрω

пр

y(t) =

R

sin(ω

t −

ϕ ) +

R

e

− t Tпр

,

(3.10)

ω

2 +

Tпр2 ω 2

+

1

T2

1

пр

где

ϕ = arctg(ω Tпр ) ;

-построить графики изменения управляющих воздействий ux(t) и uy(t) и сигналов на выходе приводов по осям x(t) и y(t);

-определить контурную ошибку по формуле

				1
∆ к =	R	1−	T2		+	1		;	(3.11)
				ω 2
			пр

- исследовать влияние на величину контурной ошибки радиуса, изменяя его с шагом ∆ R или скорости, изменяя ее с шагом ∆ v в соответствии с заданным вариантом и построить график изменения контурной ошибки при десяти итерациях.

3.4.4. Задача 4

Для решения задачи передаточные функции разомкнутой части позиционной системы ЧПУ приведены в табл. 3.5, значения коэффициентов передаточных функций в табл. 3.6, требования к расчету скорректированной системы ЧПУ в табл. 3.7, а характеристики корректирующих устройств в табл. 3.8.

25

Таблица 3.5 Передаточные функции разомкнутой ПС ЧПУ

	Номер
	передаточной			Передаточные функции
	функции
	I				Wp (p) =					k
									p(T1p +		1)
	II			Wp (p) =						k
							(T1p +			1)(T2p + 1)
	III		Wp (p) =							k
							T2p2			+ 2ζ	T p +			1
							1				1
	IV		Wp (p) =							k
					p(T p + 1)(T2 p2						+ 2ζ			T p			+	1)
					1					2				2
																		Таблица 3.6
	Значения коэффициентов передаточных функций
	Номер варианта		Номер Wp (p)		k					T1				T2						ξ
	1		I		110				0,06					–						–
	2		II		150				0,15					0,02						–
	3		III		150				0,04					–					0,6
	4		IV		190				0,06					0,04					0,6
	5		I		200				0,02					–						–
	6		II		150				0,07			0,005								–
	7		III		210					0,3				–					0,8
	8		IV		230					0,1				0,05					0,8
	9		I		160				0,03					–						–
	10		II		180				0,05			0,004								–
	11		III		200					0,2				–					0,5
	12		IV		210				0,08					0,04					0,6
	13		I		220					0,1				–						–
	14		II		190				0,09					0,02						–

26

15	III	170	0,05	–	0,7
16	IV	200	0,08	0,04	0,6
17	I	110	0,06	–	–
18	II	150	0,15	0,02	–
19	III	150	0,04	–	0,6
20	IV	190	0,06	0,04	0,6
21	I	200	0,02	–	–
22	II	150	0,07	0,005	–
23	III	210	0,3	–	0,8
24	IV	230	0,1	0,05	0,8
25	I	160	0,03	–	–
26	II	180	0,05	0,004	–
27	III	200	0,2	–	0,5
28	IV	210	0,08	0,04	0,6
29	I	220	0,1	–	–
30	II	190	0,09	0,02	–

Таблица 3.7

Требования к расчету скорректированной ПС ЧПУ

Номер	Уменьшить	Увеличить
варианта	перерегулирование на	быстродействие в
1	1 %	2 раза
2	3 %	1,6 раза
3	5 %	1,5 раза
4	7 %	1,8 раза
5	2 %	1,8 раза
6	2 %	1,7 раза
7	10 %	1,9 раза
8	4 %	1,6 раза
9	1,5 %	1,6 раза
10	4 %	1,9 раза
11	10 %	2 раза
12	6 %	1,8 раза
13	2 %	1,7 раза
14	4 %	2,1 раза
15	8 %	1,9 раза

		27
16	1,5 %		1,8 раза
17	2 %		1,7 раза
18	3 %		1,6 раза
19	5 %		1,9 раза
20	4 %		1,7 раза
21	3 %		2 раза
22	8 %		1,5 раза
23	6 %		1,8 раза
24	2 %		1,8 раза
25	3 %		2 раза
26	10 %		1,6 раза
27	8 %		1,7 раза
28	4 %		1,9 раза
29	5 %		1,7 раза
30	6 %		1,8 раза

Таблица 3.8

Характеристики корректирующих устройств

Электрическая схема

Передаточная функция

ЛАЧХ

R1

WК (p) = k

LК(ω )

UВХ

R2

UВЫХ

k =

R1

20 lg k

R1 + R 2

lgω

С

Tp

LК(ω )

Wк (p) =

ω =1/Т

lgω

UВХ

R

UВЫХ

Tp +

1

+ 20 деб/дек

Т = К С

R1

Wк (p) =

k(T1p + 1)

LК(ω )

T2p

+ 1

ω 1 = 1/ T1; ω 3 = 1/ T2

C

T1 = R1 C

lgω

R 2

20 lg k

UВХ

R2

UВЫХ

k = R 2 + R1

<

1

+ 20 деб/дек

T2 = k T1

28

R

Wк (p) =

1

LК(ω )

=1/Т

lgω

Tp + 1

ω

UВХ

C

UВЫХ

T = R C

-20 деб/дек

R1

Wк (p) =

Tp

LК(ω

)

ω =1/Т

lgω

Tp + 1

20 lg k

UВХ

R2

C

UВЫХ

k =

R

2

R 2

+

R1

-20 деб/дек

Т = С(R2 R1/(R2+R1))

C1

Wк (p) =

k(T1p

+

1)(T2p + 1)

LК(ω )

R1

(T3p +

1)(T4 p + 1)

1/Т2

lgω

1/Т3

T1 = R1 C1;T2 = R 2 C2

1/Т1

1/Т4

UВХ

R2

C2

UВЫХ

T3 T4 = T1 T2

20lg k

T3+T4 =T1+T2(1+R1/R2)

20деб/дек -20деб/дек

Расчет позиционной системы ЧПУ показан на примере, в котором

в качестве передаточной функции разомкнутой части используется вы-

ражение

k

Wр (p) =

(T p + 1)(T p + 1) ,

(3.12)

1

2

где k = 140; Т1 = 0,1; Т2 = 0,02.

Расчет позиционной системы ЧПУ осуществляют в следующем

порядке.

1. Построение ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной системы ЧПУ.

	Заменив p на jω , имеем			k
	Wp (p) =						.	(3.13)
			(T1 jω + 1)(T2 jω + 1)
	Отсюда
	L(ω) = 20lgk −	20lg T2ω2		+ 1 − 20lg	T2	ω2		+ 1 ,
			1		2

где 20 lg k = 20 lg140 = 42,9 деб.

							29
Сопрягающие частоты определяются следующим образом:
		ω	=	1 =	1 = 10;			lgω = 1;
		1		T1	0,1			1
		ω	=	1 =	1	=	50;	lgω	2	=	1,699.
		1		T2	0,02
ЛАЧХ исходной ПС ЧПУ приведена на рис. 3.3а.
L(ω )
40деб					- 20 деб/дек
								- 40 деб/дек
20деб											LЖ(ω )
											- 20 деб/дек
				1				2 ω			ω	сж=501,18 ω 3
									2		ω ср = 269,15			lgω
				(10)				(100)
											Lр(ω )	- 40 деб/дек
								а)
0
-20 0	1	3,16		10	31,6		50	100			269,15	501,18	1000	1500
-40
-60												ϕ	ж(ω )
-80
-100
-120					ϕ р(ω	)
-140											∆ϕ	ж(ω	)
-160								∆ϕ р(ω		)
-180
-200
								б)
Рис. 3.3. ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной и скорректированной ПС ЧПУ