Разработка высокоточной системы стабилизации мощности резания вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Января 2011 в 22:54, дипломная работа

Описание

Цель работы — разработка высокоточной системы стабилизации мощности резания вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2.
Методами теории оптимального управления синтезирована система стабилизации мощности резания, проведено исследование синтезированной системы на математической аналоговой модели.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.......................................................................……..5
1. Общие сведения о механизме и требования к электроприводу..............................................................................……..6
1. Техническая характеристика станка..............................…6
2. Требования к электроприводу главного движения......….9
2. Выбор и проверка электродвигателя.............................….11
3. Сведения о системе электропитания станка.................….17
4. Расчет динамических параметров системы....................…19
5. Синтез системы автоматического регулирования........….26
1. Расчет контура тока.........................................................…26
2. Расчет контура скорости................................................….31
3. Расчет контура мощности и процесса резания..............…35
4. Расчет статической характеристики системы................…40
5. Разработка датчика мощности........................................….42
6. Анализ работы системы автоматического регулирования с использованием пакета МАСС.......................................……47
7. Экономическое обоснование внедрения системы электропривода.........................................................................……....59
1. Выбор объекта для сравнения........................................….59
2. Расчет капитальных затрат.............................................….59
3. Расчет и сопоставление эксплуатационных расходов..…60
1. Расчет амортизационных отчислений.........................….60
2. Расходы на потребляемую электроэнергию..............…..64
3. Затраты на текущий ремонт.........................................….65
7.4. Расчет прочих расходов...............................................……69
7.5. Расчет эффективности проектируемой системы.....……..70
8. Охрана труда...................................................................…...72
1. Параметры микроклимата...............................................….73
2. Мероприятия по электробезопасности проектируемой установки.........................................................................…….75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...............................................................….….86
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК……………….............................….….88

Работа состоит из  1 файл

диплом по электроприводу.DOC

— 645.50 Кб (Скачать документ)

      Ом, (4.9) 

    а индуктивное сопротивление фазы трансформатора составит: 

   Ом (4.10)

    Тогда индуктивность фазы трансформатора составит: 

     Гн (4.11) 

    Определим индуктивность якоря двигателя  по эмпирической формуле: 

       Гн (4.12)

    где  p = 2 — число пар полюсов двигателя. 

    Определим суммарную индуктивность якорной  цепи двигателя:

 L? = Lср + 2Lтр + Lяд = 0.75 + 2 * 0.02892 + 2 = 2.808 мГн (4.13) 

    Определим суммарное активное сопротивление якорной цепи двигателя: 

          R? = Rяд + rср + a * rд + b * rтр + c * rур + rк (4.14)

    где rср — активное сопротивление сглаживающего реактора;

          rд — динамическое сопротивление тиристоров;

          rур — активное сопротивление уравнительного реактора;

          rк — коммутационное сопротивление;

          a = 2, b = 2, c = 1 — коэффициенты, зависящие от схемы   

                выпрямления напряжения. 

            Ом (4.15) 

            Ом (4.16) 

          rд = 0.45 * 10-3 Ом — по паспортным данным (4.17) 

    Подставив (4.15) — (4.17) в (4.14), получим: 

      R? = (21.5 + 0.062 + 2 * 0.45 + 2 * 0.186 + 1 * 0.62 + 8.68) * * 10-3 = 31.576 * 10-3  Ом (4.18) 

    Определим граничный угол отпирания тиристоров: 

              (4.19)

        где Се — коэффициент пропорциональности между скоростью и ЭДС двигателя. 

         (4.20)

    Тогда, подставив (4.20) в (4.19), получим граничный  угол отпирания тиристоров равным: 

          (4.21) 

    Определим постоянные времени полученной системы.

    Электромагнитная  постоянная якорной цепи двигателя: 

         с (4.22) 

    Электромагнитная  постоянная якоря двигателя: 

         с (4.23) 

    Электромеханическая постоянная системы: 

          с (4.24)

    где  J? = Kj * Jäâ = 2.5 * 8.25 = 20.625 кг*м2  (4.25) 

        Kj — коэффициент динамичности системы электропривода, показывающий во сколько раз система электропривода инерционней, чем двигатель. Для тяжелых токарных станков 2 ? Kj ? 3. 

    Результаты  вычислений сведем в таблицу. 

    Таблица 4.1 — Динамические параметры системы 

      Наименование Обозначение Величина
      Электромагнитная  постоянная времени системы   
      Тэ
       
      0.0899  с
      Электромагнитная  постоянная времени якорной цепи двигателя  
      Тя
       
      0.093  с
      Электромеханическая постоянная времени системы  
      Тм
       
      0.0606  с
      Постоянная  времени тиристорного преобразователя  
      Т?
       
      0.007  с
      Суммарное сопротивления якорной цепи электродвигателя  
      R?
       
      0.031576  Ом
      Суммарный момент инерции системы электропривода  
      J?
       
      20.625  кг*м2
      Коэффициент усиления тиристорного преобразователя  
      Ктп
       
      67.17
      Максимальный  угол отпирания тиристоров  
      ?max
       
      81? 37’
 
 
 
 

 

    

    5. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО  РЕГУЛИРОВАНИЯ 

    Для обеспечения требуемых статических  и динамических параметров определим требуемую структуру системы.

    Поскольку необходимо регулировать мощность резания, то система должна иметь контур мощности.

    Так как требуется хорошая динамика, то необходимы контура тока и скорости.

    Поскольку требований к статической ошибке по скорости не предъявляется, то можно  использовать пропорциональный (П) регулятор скорости. Регулятор тока в любом случае — пропорционально—интегральный (ПИ).

    Поскольку основным требованием к мощности является стабилизация ее на заданном уровне с точностью 5%, то необходимо применить пропорционально—интегрально—дифференциальный (ПИД) —регулятор мощности, если при этом интегральная и дифференциальная части регулятора будут значимы.

    Исходя  из вышеизложенного, можно провести синтез соответствующей системы регулирования — трехконтурной, с внутренними контурами тока и скорости двигателя и с внешним контуром мощности резания. 

       5.1. Расчет контура тока 

    Структурная схема контура тока приведена  на Рис. 5.1.

    Регулятор тока организован по пропорционально-интегральному (ПИ) закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромагнитную постоянную времени системы Тэ, а также малую постоянную времени контура тока Тот.

    Тогда передаточная функция регулятора тока будет иметь вид: 

           (5.1)

      где  ?рт — постоянная времени токового контура; 

       (5.2) 

        Крт — пропорциональная часть регулятора тока, определяется по формуле: 

           (5.3)

        где  Тот — малая постоянная времени токового контура; 

        Тот = 2 * Т? = 2 * 0.007 = 0.014 с (5.4) 

        Кот — коэффициент обратной связи по току, определяется по формуле: 

        Кот = Кдт * Кш = 60.95 * 1.875*10-4 = 1.143 * 10-2 (5.5)

        где  Кдт — коэффициент усиления датчика тока; 

      (5.6) 

        Кш — коэффициент усиления измерительного шунта; 

      (5.7)

    Подставив (5.3) — (5.6) в (5.2), получим: 

      (5.8) 

    Подставив (5.8) в (5.2), получим: 

       (5.9) 

    На  Рис.5.2 приведена схема реализации регулятора тока. Рис. 5.3 отображает структурную  схему регулятора тока. Согласно Рис. 5.2 и Рис. 5.3 запишем уравнения соответствия динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации: 

      (5.10) 

    Зададимся емкостью конденсатора Сост = 1 мкФ. Тогда, согласно уравнения 2 системы (5.10), сопротивление Rост составит: 

       кОм  (5.11) 

    Подставив значение Сост = 1 мкФ в уравнение 3 системы (5.10), найдем, что сопротивление Rзт составит: 

      кОм  (5.12) 

    Подставив (5.12) в 1 уравнение системы (5.10), получим, что сопротивление Rт составит: 

       кОм (5.13) 
 

    5.2. Расчет контура скорости 

    Структурная схема контура скорости приведена  на Рис. 5.4.

    Регулятор скорости организован по пропорциональному (П) закону управления с настройкой на модульный оптимум. Регулятор для обеспечения требуемых динамических параметров должен компенсировать электромеханическую постоянную времени системы Тм, а также малую постоянную времени контура скорости Тос.

    Тогда передаточная функция регулятора скорости будет иметь вид: 

           (5.14)

        где  Тос — малая постоянная времени токового контура; 

        Тот = 2 * Тот = 4 * Т? = 4 * 0.007 = 0.028 с (5.15) 

        Кос — коэффициент обратной связи по скорости, определяется по формуле: 

           В*с (5.16) 

    Подставив динамические параметры системы, а также (5.15) — (5.16) в (5.14), получим: 

     (5.17) 

    На  Рис.5.5 приведена схема реализации регулятора тока. Рис. 5.6 отображает структурную  схему регулятора тока. Согласно Рис. 5.5 и Рис. 5.6 запишем уравнения соответствия динамических параметров системы и физических параметров схемы реализации: 

      (5.18)

        где Кдс — коэффициент датчика скорости, определяемый отношением: 

           В*с (5.19) 

    Зададимся сопротивлением Rосс = 100 кОм. Тогда, согласно уравнения 2 системы (5.18), сопротивление Rзс составит: 

       кОм  (5.20) 

    Подставив значение Rзс = 4.8 кОм в уравнение 1 системы (5.18), найдем, что сопротивление Rс составит: 

      кОм  (5.21) 
 
 

    5.3. Расчет контура мощности и процесса резания 

    Структурная схема контура скорости приведена  на Рис. 5.7.

    Контур  мощности будем рассчитывать на стабилизацию уровня мощности резания в пределах 90 ? 5% номинальной мощности двигателя, что составит 93 ? 4% мощности резания. Такие действия правомочны, поскольку для расчета требуемой мощности двигателя был принят теоретически самый тяжелый вариант работы — из трудно обрабатываемого, но часто используемого материала резцами из быстрорежущей стали при максимальных диаметре заготовки и величине подачи резца.

Информация о работе Разработка высокоточной системы стабилизации мощности резания вальцетокарного калибровочного станка модели IK 825 Ф2