• RU
  • icon На проверке: 19
Меню

Расчет электропривода робота по заданной степени подвижности для ДПТ

  • Добавлен: 25.01.2023
  • Размер: 6 MB
  • Закачек: 0
Узнать, как скачать этот материал

Описание

Расчет электропривода робота по заданной степени подвижности для ДПТ

Состав проекта

icon
icon Чертеж ШИП2.cdw
icon Пояснительная записка.doc
icon Содержание.doc
icon приводы .doc

Дополнительная информация

Контент чертежей

icon Чертеж ШИП2.cdw

Чертеж ШИП2.cdw

icon Пояснительная записка.doc

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Робототехника и мехатроника».
Д.т.н. профессор Лукьянов Е. А.
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К курсовой работе по дисциплине: «Приводы роботов».
На тему: «Расчет электропривода робота по заданной степени подвижности».
Автор работы: Михаил Борисович
Специальность: «Роботы и РТС»
Обозначение курсовой работы: РМПР.65.0000000 ПЗ Группа УР-41
Руководитель работы Карнаухов Н.Ф.

icon Содержание.doc

Техническое задание
Расчет и проектирование схемы звена подвижности
Описание работы системы
Список использованной литературы

icon приводы .doc

Автоматизированный электропривод играет в роботостроении и станкостроении исключительно важную роль. Его значение не ограничивается только преобразованием электрической энергии в механическую хотя это одна из основных функций выполняемых приводом в производственных машинах.
Электропривод - это основной конструктивный элемент робота или металлорежущего станка. Электропривод влияет на конструкцию промышленных роботов и станков. Это влияние может проявляться непосредственно поскольку конструкция любого узла робота и станка зависит от типа и конструкции электродвигателя. Однако чаще всего электропривод оказывает косвенное влияние на конструкцию производственной машины улучшая её динамические характеристики и расширяя функциональные возможности. Особое значение электропривод приобрёл на этапе развития машиностроения как основное звено автоматизации.
Электропривод является наиболее мобильной и быстроразвивающейся отраслью промышленности. Он позволяет эффективно решать сложные и ответственные задачи связанные с повышение производительности точности и автоматизации оборудования. Успехи развития станочного электропривода и электроприводов используемых для промышленных роботов создание массового быстродействующего электропривода привели не только к коренному изменению конструкции роботов и станков но и к значительной «электрификации» технического мышления конструкторов.
Выполнение курсового проекта по приводам роботов – самостоятельная творческая работа по решению комплексной инженерной задачей. Знания и опыт приобретенные при выполнении этого проекта являются базой для выполнения дипломного проектирования. Вместе с тем работа над курсовым проектом подготавливает к решению более сложных задач общетехнического характера с которыми встретится будущий инженер.
Разработать электромеханическую систему (ЭМС) с исполнительным механизмом (ИМ) привода манипулятора промышленного робота.
Ход объекта манипулирования h м
Точность позиционирования ±Δ мм
Масса объекта манипулирования m кг
Масса степени подвижности Мсп кг
Технологическое усилие FТЕХН Н
Максимальное ускорение W мс2 (радс2)
Максимальная скорость V мс (радс)
Время переходного процесса tп.п. с
Расчет и проектирование схемы звена подвижности
1 Требуемая мощность приводного двигателя может быть определена:
где - a - угол наклона к горизонтали (a=40°); h - коэффициент полезного действия который для наиболее частого применяемых цилиндрических редукторов принимается равным 075085; g = 9.81 мс2 – ускорение свободного падения.
Момент инерции вращающихся элементов конструкции
Момент инерции вращающегося груза
Предварительный выбор двигателя обычно производят из справочной литературы по результатам расчета номинальной мощности.
Таблица 2.1– Номинальные параметры выбранных двигателей
Окончательно требуется выбрать только один из четырех двигателей. Для этого необходимо построить энергетические характеристики каждого а затем (по необходимым условиям и параметрам) выбрать соответствующий тип двигателя привода робота.
2.1Определение характеристик двигателя
Для построения энергетической характеристики каждого двигателя необходимо рассчитать следующие параметры:
Номинальную угловую скорость двигателя:
где n – номинальная частота вращения двигателя.
Номинальный вращающий момент двигателя:
Так как двигатель постоянного тока допускается перегружать по току в раза то значение расчетного крутящего момента можно принять равным .
2.2Построение характеристик выполняется в координатах (М) Рэнерг(М)
Рисунок 2.1 – Энергетические характеристики выбранных двигателей
2.3Определение требуемых характеристик
oТребуемая угловая скорость
2.4Определение передаточного числа редуктора
Расчет ориентировочного значения передаточного числа редуктора
Определение ожидаемой линейной скорости на выходе редуктора с ориентировочным передаточным числом
Полученные значения удовлетворяют принятому условию:
Исходя из массогабаритных параметров требований ограничений связанных с выбором редуктора (максимальная скорость вращения входного вала ограничена 1800 обмин) выбираем двигатель с номинальной мощностью 250 Вт и частотой вращения 1500 обмин т. е. двигатель 4ПБ80А1.
Определение реального передаточного числа и пересчет линейной скорости с учетом редуктора.
Реальное передаточное число выбирается из ряда (для цилиндрических двухступенчатых редукторов): 8 10 12.5 16 18 20 22.4 25 28 31.5. 35.5.
Соответственно выбираем для двигателя 4ПБ80А1 передаточное число
Пересчитываем линейную скорость
Выбранное передаточное число удовлетворяет разнице скоростей.
Выбор редуктора осуществляется по параметрам выбранного двигателя и рассчитанным характеристикам: Вт Н·м.
Выбираем редуктор цилиндрический двухступенчатый типа Ц2У-100 с основными параметрами:
Крутящий момент на тихоходном валу Н·м .. 250
Межосевое расстояние ступени мм:
Передаточное число 16
Допускаемая радиальная нагрузка на выходных концах валов кН:
Частота вращения быстроходного вала обмин не более .1800
3Расчет широтно-импульсного преобразователя (ШИП)
3.1Исходные данные для расчета
Рассчитаем транзисторный ШИП для управления двигателем 4ПБ80А1 по цепи якоря в динамическом режиме.
номинальное напряжение В;
номинальная мощность Вт;
номинальный ток якоря А;
номинальная частота вращения обмин;
момент инерции якоря двигателя кг·м2;
сопротивление якорной обмотки Ом;
индуктивность якорной цепи двигателя Гн.
Для получения линейных характеристик по каналу управления примем для ШИП симметричный закон коммутации силовых ключей .
С учетом номинального напряжения Uн потерь на силовых ключах в режиме насыщения ΔUк и необходимости 20-% запаса по напряжению выбираем источник питания с напряжением
где Uk – потери напряжения на насыщенном силовом ключе В.
Ток якоря двигателя в динамических режимах может превышать Iн в 25÷4 раза поэтому расчетный ток силового транзисторного ключа принимаем
3.2Выбор силовых полупроводниковых элементов
Выбираем для транзисторного ключа IGBT-модуль М2ТКИ-25-12 со следующими параметрами:
напряжение коллектор-эмиттер Uкт В ..400
напряжение насыщения коллектор-эмиттер Uктнас В 25
максимальный ток коллектора Iкmax А 10
импульсный ток коллектора Iкн А 20
время включения tвкл c 015·10-6
время выключения tвыкл c 045·10-6
тепловое сопротивление «переход-корпус» Rтеп ºСВ 06
мощность рассеяния на коллекторе Ррк Вт . .. .. .100
Выбираем диод шунтирующий IGBT-модуль например диод Д112-10 со следующими параметрами:
действующий ток IVD А 10
пороговое напряжение U0 В .135
динамическое сопротивление RVD Ом 0002
сопротивление при типовом охладителе и естественном охлаждении RVDT ºСВт . 06
максимальная температура структуры pn ºС 150
3.3Определение оптимальной частоты коммутации ШИП
В связи с применением ненасыщенного ключа коэффициент форсировок на включение и отключение транзистора принимается: К1 = 1 К2=1.
Длительность фронта и спада коллекторного тока силового ключа по паспортным данным силового модуля принимают:
Определяем оптимальную частоту коммутации ШИП:
где для ШИП с симметричным законом коммутации;
Принимаем частоту коммутации Гц.
3.4 Определение постоянных и базовых величин необходимых для расчетов электромагнитных нагрузок энергетического канала
Конструктивная постоянная двигателя:
Учитывая что ШИП с симметричным управлением не искажает естественных механических характеристик двигателя определяем относительную продолжительность включения в номинально режиме:
Относительная скорость в номинальном режиме:
Относительная электромагнитная постоянная времени:
где Т – период коммутации
На естественной механической характеристике ДПТ для максимального тока двигателя в динамическом режиме (А) определяем частоту вращения:
Определим относительное значение этой скорости:
3.5Среднее значение тока двигателя
3.6Действующее значение тока двигателя
3.7 Значение среднего тока транзисторного ключа при максимальном токе двигателя составит
3.8Действующее значение тока транзисторного ключа.
3.9Среднее значение тока шунтирующего диода
3.10Значение действующего тока шунтирующего диода
3.11 Определим потери энергии в силовом транзисторном ключе
- сопротивление насыщенного ключа. (2.37)
Полученная величина потерь меньше допустимой мощности рассеяния на коллекторе силового IGBT-модуля.
3.12 Определение потерь мощности в шунтирующем диоде
3.13 Максимальную температуру структуры диода определяют из условия что температура окружающей среды не превышает ºС
Так как ºС то условие охлаждения диодов выполняется.
3.14 Расчет суммарных дополнительных потерь в системе ШИП – ДПТ в относительных единицах производится по выражению
3.15 Абсолютные дополнительные потери определяют как
3.16 Основные потери в цепи якоря двигателя составляют
3.17 Потери мощности в цепи якоря двигателя
4Расчет основных статических параметров двигателя
4.1Сопротивление якорей цепей в нагретом состоянии
где tном – температура двигателя в номинальном режиме работы ºС; tхол – температура двигателя в не нагретом состоянии ºС; α – температурный коэффициент сопротивления для медной обмотки 1ºС.
4.2Жесткость естественной механической характеристики.
где º - угол наклона естественной механической характеристики к оси .
4.3Скорость идеального холостого хода для естественной механической характеристики составит:
4.4Момент короткого замыкания.
4.5Ток короткого замыкания.
4.6Построим естественную электромеханическую и механическую характеристики ДПТ
Рисунок 2.2 – Статическая электромеханическая характеристика ДПТ
- текущее значение угловой скорости от тока якоря.
Рисунок 2.3 – Статическая механическая характеристика ДПТ
- текущее значение угловой скорости от статического момента.
5Расчет параметров электропривода
5.1Основные параметры двигателя
Задаемся величиной максимального статического тока:
Определим сопротивление насыщенного ключа:
Эквивалентное сопротивление якорной цепи:
Механическая постоянная времени с учетом приведенного момента инерции:
где JΣ – суммарный момент инерции
Электромагнитную постоянную времени определим как:
Коэффициент усиления (передачи) двигателя
Относительная постоянная времени
5.2Выбор тахогенератора
Условия необходимые для выбора тахогенератора: (3.74)
Исходя из следующих условий выбираем тахогенератор типа ДПР-42Н1-01 со следующими параметрами:
мощность на валу Рнтг Вт 47
скорость вращения нтг радс 942
напряжение питания Uнтг В 27
ток якоря Iнтг А ..029
сопротивление обмотки якоря Rнтг Ом ..13
момент инерции Jнтг кгм2·10-6 ..057
5.3Расчет параметров силового трансформатора
Определим фазную ЭДС вторичной обмотки силового трансформатора
где Ed – противо-ЭДС В; Ксх – коэффициент схемы выпрямителя ; Кс – коэффициент запаса учитывающий возможное снижение напряжения сети ; Кr – коэффициент учитывающий падение напряжения на тиристорах и обмотках трансформатора ; Кα – коэффициент учитывающий неполное открытие вентилей при максимальном управляющем сигнале
Определим ЭДС обмотки трансформатора
Определим коэффициент трансформации силового трансформатора
где Е1л – ЭДС первичной обмотки трансформатора В
Определим действующее значение тока вторичной обмотки силового трансформатора
где Кi2 – схемный коэффициент вторичного тока .
Определим действующее значение тока первичной обмотки
Наибольшее за период среднее значение выпрямленной ЭДС
Расчетная типовая мощность трансформатора
где Ктр – схемный коэффициент типовой мощности трансформатора Ктр =12.
По расчетной мощности Ртр подбираем трансформатора типа ТС-1 со следующими основными параметрами:
~номинальная мощность трансформатора S1н кВт 10
~номинальное линейное напряжение вторичной обмотки трансформатора U2н В 170
~напряжение короткого замыкания Uкз % 10
~мощность при коротком замыкании ΔРкзS1н % 5
~ток холостого хода Ixx А ..0145
Действующее значение тока фазы вторичной обмотки для выбранного трансформатора
Полное сопротивление фазы трансформатора
Потери мощности в трансформаторе при коротком замыкании
Активное сопротивление фазы трансформатора
Индуктивное сопротивление фазы трансформатора
Индуктивность фазы трансформатора
где с – частота сети радс
6Определение коэффициентов усиления системы привода
Определим коэффициент усиления разомкнутой системы
где ΔU – изменение напряжения; D – диапазон регулирования D = 1000;
Определим коэффициент передачи тахогенератора
где Rн – сопротивление входа усилителя Ом.
Определим коэффициент передачи ШИП совместно с широтно-импульсным модулятором
где Uзт – напряжение управления В
Определим коэффициент усиления усилителя
Определим коэффициент усиления регулятора тока и скорости
7Динамический расчет системы привода
Рассмотрим динамическую модель разработанной приводной системы:
Исходные данные для расчета:
В системе электроприводов ПР момент инерции нагрузки изменяется а следовательно и механическая постоянная времени Тm тоже будет изменяться. При обычно корни характеристического уравнения комплексно-сопряженные и переходные процессы носят колебательный характер. При корни действительные что соответствует апериодическим переходным процессам. При влияние Тя можно пренебречь переходные процессы близки к экспоненциальным.
Так как то передаточная функция двигателя будет представлена как одно апериодическое звено.
Передаточные функции звеньев имеют вид:
регулятор скорости ;
Для определения устойчивости относительно задающего воздействия по критерию Найквиста необходимо разорвать цепь обратной связи и определить передаточную функцию в разомкнутом состоянии.
Схема разомкнутой динамической системы привода
Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид
Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной разомкнутой системы
Рисунок 2.4 – ЛАЧХ и ЛФЧХ исходной системы.
Определим частоту среза
Построим желаемую ЛАЧХ и определим форму корректирующего звена.
Для построения желаемой ЛАЧХ определим желаемую частоту среза.
где b =3 – коэффициент Солодовникова. wж=7854 (2.85)
Рисунок 2.5 – Желаемое ЛАЧХ.
Корректирующее звено можно реализовать следующим звеном:
В итоге передаточная функция скорректированной системы будет иметь вид:
Построим ЛАЧХ и ЛФЧХ разомкнутой системы
Рисунок 2.6 – ЛАЧХ и ЛФЧХ скорректированной системы.
Запас устойчивости по фазе мин.запас-30..40 гр
Запас устойчивости по амплитуде мин.запас - (-8..-10) дБ
Построим вещественную частотную характеристику исходной системы
Рисунок 2.7 – Вещественная частотная характеристика системы.
Рисунок 2.8 – Мнимая частотная характеристика.
Построим переходный процесс
Рисунок 2.9 – Переходный процесс системы
Из рисунка 2.9 видно:
~время переходного процесса по четвертой точке перехода кривой через линию установившегося значения составляет 002 с и не превышает заданного значения в сравнении с исходными данными для проектирования tп.п. = 01.
8 Источник электропитания
Питание электрической энергией устройств измерительной техники электроники ЭВМ и автоматики очень редко удаётся осуществить непосредственно от первичного источника электроэнергии. Это обусловлено тем что стандартная электрическая сеть или автономный первичный источник электрической энергии обычно непригодны для питания электронных устройств из-за их несоответствия требованиям по величине напряжения его стабильности форме и частоте. Поэтому в большинстве случаев приходиться применять источники вторичного электропитания. Под этим термином обычно понимаются преобразователи вида электрической энергии выполняющие преобразования исходя из требований предъявляемых к источнику питания конкретного электрического или электронного устройства.
Простейшая структура источника вторичного электропитания состоящая из сочетания сетевого трансформатора выпрямителя и сглаживающего фильтра будет использоваться для нашего электропривода. Производим аналогичный расчет для мощного транзистора питания ШИП.
9 Расчет выпрямителя источника питания
9.1 Выбор схемы выпрямителя
В качестве схемы выпрямления выбираем однофазную мостовую схему со следующими параметрами:
-отношение среднего выпрямленного напряжения к напряжению во
вторичной обмотке трансформатораUдU2 114
-отношение обратного напряжения на вентиле к среднему
выпрямленному напряжению UобрUд . ..156
-отношение мощности трансформатора к мощности после выпрямителя РтРд 17
-коэффициент использования вентиля по току KI .. ..078
-частота пульсаций (при fсети=50Гц) fп . ..100
Для расчета необходимы следующие исходные данные:
-напряжение на выходе выпрямителя Uд В .. ..274
-ток нагрузки выпрямителя Iд А 64
9.2 Определение обратного напряжения на вентиле Uобр
9.3 Определение среднего значения тока вентиля Iв
По вычисленным Uобр и Iв и заданным температурным параметрам по справочнику выбираем вентиль: диод Д 112-10 со следующими параметрами:
-прямой постоянный ток IпрА .. .10
-наибольшее обратное напряжение Uобрм В . 1800
-падение напряжения на открытом диоде Uпр В 135
-предельно допустимая рабочая частота f кГц 05
-диапазон допустимых рабочих температур Т оС -50..+150
9.5 Определение дифференциального сопротивления вентиля hВ
9.6 Сопротивление плеча моста hД
9.7 Ориентировочное значение активного сопротивления фазы выпрямителя Ом
где К2 – коэффициент схемы выпрямления К2=4;
Rн – сопротивление нагрузки Rн=UдIд=206 Ом;
N – число стержней трансформатора N=2;
fc – частота сети питания fc=50 Гц;
Bm – максимальная индукция в стали сердечника Bm=07 Тл.
9.8 Определение индуктивности рассеяния обмоток трансформатора при fc=50 Гц Ls Гн
где КL – коэффициент зависящий от схемы выпрямления КL=64.
9.9 Индуктивное сопротивление обмоток трансформатора xт Ом
9.10 Расчетное выпрямленное напряжение ненагруженного выпрямителя Ux.x. В
9.11 Фактическое обратное напряжение на вентиле Uобр.т В
10 Выбор и расчет сглаживающего фильтра
Для пульсации выпрямленного напряжения на выходе выпрямителя устанавливается сглаживающий фильтр. Эффективность сглаживающего фильтра оценивают по его способности уменьшать амплитуду пульсации т.е. по значению коэффициента сглаживания qc.
10.1 Расчет коэффициента сглаживания
где - амплитуда основной гармоники пульсаций и постоянная составляющая напряжения на входе фильтра =1836 В =274 В.
- амплитуда основной гармоники пульсаций и постоянная составляющая напряжения на выходе фильтра=1 В =274 В.
10.2 Выбор схемы фильтра
Выбираем Г-образный LC-фильтр.
Определяем произведение Lд · С:
где mn – частота пульсаций выпрямленного напряжения mn=100 Гц;
10.3 Определение минимального значения индуктивности дросселя Lд.мин Гн
По расчетному значению Lд.мин выбираем стандартный дроссель фильтра ДПМ 10-100 со следующими параметрами:
-индуктивность дросселя Lд Мк Гн .. .. 100
-номинальный постоянный ток А .. .10
10.4 Расчет емкости конденсатора фильтра С Ф
10.5 Рабочее напряжение конденсатора
Рабочее напряжение конденсатора больше значения выпрямленного напряжения Uсраб В
По расчетному значению С и рабочему напряжению выбираем конденсатор К50-78-450В – 220мкФ ± 10%.
Описание работы системы
Регулятор предназначен для управления работой преобразователя по закону заданному входным сигналом и защиты.
Блок регулятора состоит из дифференциальных усилителей заданного значения частоты вращения и фактического значения частоты вращения регулятора частоты вращения охваченного через ограничитель импульсного тока цепью отрицательной обратной связью регулятора тока широтно-импульсного модулятора генератора тактовой частоты схемы измерения и среднеквадратичного ограничения якорного тока и схемы защиты и контроля.
Регулятор частоты вращения состоит из основных элементов DA2.3DA4 и VT4.
Заданное значение частоты вращения двигателя (напряжение в пределах от 0 до +-10В) поступает на ВХОД1 преобразователя и далее на дифференциальный усилитель DA2.2 коэффициент усиления которого равен 1.
Действительное значение частоты вращения двигателя от тахогенератора поступает на ВХОД BR+ и далее через фильтр нижних частот с постоянной времени t»0.5мс на дифференциальный усилитель DA2.1 с коэффициентом усиления 0.35. Выходное напряжение усилителя можно изменять с помощью переменного резистора R30 в 2.5 раза. Таким образом коэффициент усиления от ВХОДА BR+ до выхода с переменного резистора R30 можно регулировать в
пределах от 0.35 до 0.14. Это позволяет нормировать напряжение тахогенератора на 8В задающего напряжения при напряжении самого тахогенератора в пределах от 20 до 30В. Этот предел можно расширить изменением номиналов резисторов R13 и R14.
Разность заданного значения и напряжения тахогенератора поступает на пропорционально-интегрирующее звено DA2.3DA4(ПИ-регулятор) напряжение на выходе которого изменяется до тех пор пока разность напряжений на входе не станет равной нулю. Постоянную времени интегрирования и коэффициент усиления звена с помощью резистора R58 можно регулировать от Т=C17·R26=3мс и К=R52R26=7.5 до Т=0 и К=1500.
При необходимости параметры регулятора можно изменить. Для этого конденсатор С17 резисторы R50 и R52 расположены на специальных контактах.
Резистор R45 и стабилитрон VD9 служат для ограничения максимального выходного напряжения на уровне +-(10+-0.5)В. С помощью резистора R46 можно установить уровень ограничения меньший 10В.
Операционный усилитель DA4 работает в режиме повторителя. Резистор R34 служит для установки 0.
2Регулятор тока (РТ)
Напряжение с выхода DA4 пропорциональное задаваемому току двигателя поступает на пропорционально интегрирующее звено (ПИ – регулятор) DA5.1 имеющее постоянную времени Т= (R68+R73)·C21=0.65мс и коэффициент усиления К=R80R68+R73=2.
На регулятор тока поступает также и напряжение пропорциональное фактическому току двигателя с измерителя тока якоря (R75 L1 DA1.3 DA1.4 VT5-VT7) имеющего постоянную времени 50мкс.
На выходе РТ заданное значение тока сравнивается с фактическим значением тока разность этих сигналов усиливается РТ.
3Широтно-импульсный модулятор (ШИМ)
Так как выходные транзисторы прибора могут принимать только два состояния контактов выключателя – «открыт» или «закрыт» то для получения промежуточных величин выходные транзисторы переключают по переменно в оба состояния с максимально возможной частотой. При этом коэффициент заполнения определяет величину выходного напряжения.
Напряжение с выхода DA5.1 инвертируется DA5.2 и эти напряжения поступают на компараторы DA6.1 и DA6.2где сравниваются с треугольным напряжением поступающим с генератора DA5.3DA5.4.
Период треугольных импульсов равен (120+-10) мкс амплитуда +-10 В.
При равенстве нулю выходного напряжения регулятора тока импульсы на выходе компараторов DA6.1 и DA6.2 имеют одинаковую длительность и форму меандра(скважность равна 2).Если выходное напряжение регулятора тока не равно нулю то скважность импульсов на выходе компараторов DA6.1 и DA6.2 изменяется. Эти импульсы далее инвертируются DD3.3 и DD3.5. Не инвертируемые и инвертируемые импульсы с выходов DD3.2 DD3.3 DD3.5 DD3.6 далее поступают на цепочки задержки положительных импульсов постоянная времени цепочек для положительного фронта равна 10мкс. На выходе цепочек задержки импульсы имеют положительный фронт в виде экспоненциальной функции с временем нарастания до половины амплитуды около 10мкс. Этот уровень соответствует порогу срабатывания триггеров Шмитта DD4.1 – DD4.4. В результате на выходе (DD5.1 – DD5.4) импульсы соответствующие каждому из выходов регулятора тока инверсны друг другу и их передние фронты сдвинуты относительно задних фронтов инверсных импульсов на 10мкс. Эти импульсы в конечном итоге служат для управления силовыми ключами преобразователя.
Каждая инверсная пара импульсов подается на входы двух последовательно включенных силовых ключей.
Задержка в 10мкс исключает сквозное короткое замыкание через ключи и выполнена с учетом времени включения транзисторов.
Не смотря на эту задержку переключения выходной ток имеющий активно-индуктивный характер не прерывается а замыкается через диоды обратного моста включенные параллельно силовым ключам.
При возрастании входного задающего сигнала скважность на выходах компараторов DA6.1 DA6.2 а соответственно и на входах силовых ключей изменяется в противофазе так что на одной половине выходного каскада модулятора напряжение стремится к 0 на другой – к напряжения источника питания. При полном задающем сигнале выходное напряжение устанавливается равным напряжению источника питания. При изменении знака задающего сигнала изменяется и знак выходного напряжения.
4Ограничение максимального и эффективного тока
На цепи измерения и ограничения максимального и эффективного тока якоря двигателя напряжение поступает с датчика тока двигателя. Максимальному току двигателя соответствует напряжение +-0.375В. Это напряжение поступает на вход дифференциального каскада усиления (VT6 VT7).
Кроме того на этот каскад поступает синфазное напряжение величина которого может достигать напряжения питания. Для сохранения баланса каскад во всем диапазоне синфазного напряжения стабилизирован базовый ток с помощью генератора тока VT5 (1мА) и напряжение базы относительно средней точки с помощью стабилитрона VD13. Коэффициент усиления каскада равен 2. Усиленное дифференциальным каскадом напряжение датчика тока двигателя поступает на усилитель DA1.3 и DA1.4 (коэффициент усиления равен 13).
Таким образом напряжению датчика тока равному 0.375В соответствует напряжение 10В на выводе 14 микросхемы DA1.4. это напряжение поступает в качестве отрицательной обратной связи на регулятор тока и на контрольную точку Х2 (IЯ).
С вывода 14 микросхемы DA1.4 напряжение поступает на схему возведения в квадрат. Инвертор DA1.2 и диоды VD4 VD5 превращают напряжение пропорциональное току двигателя в однополярное отрицательное. Это напряжение возводится в квадрат следующим образом. Пока напряжения на катодах стабилитронов VD6 VD7 меньше напряжения стабилизации VD6(3.3В)
коэффициент усиления каскада на DA1.1 равен 0.1. При напряжении равном или большем напряжения стабилизации стабилитрона VD6 по коэффициенту усиления каскада начинает расти и становится равным единице. При дальнейшем увеличении входного напряжения до 6.2В и выше пробивается стабилитрон VD7 и коэффициент усиления каскада растет до 2.
Таким образом выходное напряжение квадратора приближено пропорционально к току якорей. Это напряжение через RC цепочку с постоянной времени t=R33·C14=10с поступает на DA3.4 на вывод 12. На вывод 13 этой микросхемы поступает опорное напряжение с R20.
Если напряжение на выводе 12 меньше опорного напряжения то диоды VD10 VD11 закрыты соответствующим напряжением с выводов 8 и 14 микросхемы DA3. Как только напряжение на выводе 12 станет близким к опорному напряжению диоды VD10 и VD11 шунтируют вход микросхемы DA4 для приращения напряжения на ее входе т.е. ограничивают выходное напряжение регулятора частоты вращения и тем самым ограничивают ток двигателя. Одновременно открывается транзистор VT3 который выдает на выход преобразователя сигнал о наступлении режима ограничения тока.
5Контроль работы тахогенератора
Контроль работы тахогенератора осуществляется методом несущей частоты. Напряжение с генератора треугольного (пилообразного) напряжения DA5.4 с вывода 14 поступает на удвоитель частоты DA3.1 который работает в режиме двухполупериодного детектора (VD15VD16).
Далее микросхема DA3.2 формирует прямоугольные импульсы которые через R44 и C1 поступают в цепь тахогенератора. Если тахогенератор подключен к преобразователю и его цепь не нарушена то эти прямоугольные импульсы пройдя через якорь тахогенератора поступают на детектор VD2. Положительное напряжение открывает транзистор VT1 и соответственно закрывает транзистор VT2. Если внутренний источник питания преобразователя исправен то через резистор R92 на вход инвертора DD1.4 при закрытом транзисторе VT2 поступает логическая единица. Логический ноль с выхода инвертора DD1.4 поступает на микросхему DD6 и через резистор R94 на вывод 3 микросхемы DD2.1.Система разрешения работы и защиты включает в себя триггер DD2.1DD2.2.Если преобразователь исправен и подключён правильно то на выводах 2345 микросхемы DD2.1 логический ноль. Появление единицы на oдном из этих выводов означает неисправность одной из цепей.
Если цепь тахогенератора разомкнута или неисправен внутренний источник питания преобразователя то на выводе 9 инвертора DD1.4 логический ноль а на выводе 3 DD2.1 и на выводе 13 DD2.2-логическая единица. При нормальной работе преобразователя на всех входах микросхемы DD6 должен быть логический ноль а на выходе логическая единица. В этом случае транзисторы VT4 VT9 закрываются обеспечивая нормальную работу интеграторов а микросхема DD4 работает в режиме формирования импульсов. При появлении одной из неисправностей или снятии разрешения работы на выходе DD6 устанавливается логический ноль и работа преобразователя прекращается.
Защита от короткого замыкания и превышения допустимого уровня питающего напряжения.
Если ток силовых ключей преобразователя превышает 4-х 5-и кратное значение номинального тока то на базы транзисторов VT8 VT10 относительно их эмиттеров поступает напряжение 0.85В.
Транзисторы открываются и на вывод 5 микросхемы DD2.1 подается логическая единица. Логическая единица также возникает если напряжение питания преобразователя превышает порог заданный стабилитронами VD17 – VD20.
Защита при неисправностей внутренних источников питания «+15В» и «-15В».
Если напряжение источника «+15В» опустится ниже 10В то на выходе инвертора DD1.3 появится логическая единица. Если напряжение «-15В» изменится до –10В то на выходе DD1.2 появится логическая единица. Эти логические единицы поступают на вывод 3 микросхемы DD6 запрещая работу преобразователя.
В результате выполнения курсовой работы было разработано звено подвижности манипулятора промышленного робота с заданными параметрами а также построена система управления приводом. Были построены и исследованы энергетические характеристики ряда двигателей постоянного тока что позволило выбрать приемлемый тип двигателя и проверить его реальные возможности на обеспечение заданных скоростных параметров системы. Произведен расчет основных параметров и осуществлен выбор основных элементов широтно-импульсного преобразователя. ШИП рассчитан и спроектирован на основе современных переключающих устройств (например силовых IGBT-транзисторов) обеспечивающих хорошие технические показатели при допустимом тепловом балансе рабочего режима ключевых элементов схемы ШИП.
Произведен статический и динамический расчеты системы. Построены статические характеристики ДПТ логарифмические частотные и фазовые характеристики системы с определением запасов устойчивости по амплитуде и фазе. Для коррекции переходных процессов в
системе был применен регулятор включение которого обеспечило желаемый переходной процесс в замкнутой системе электропривода. Анализ переходного процесса показал что система отрабатывает управляющее воздействие в заданное пусковое время.
Для управления широтно-импульсным преобразователем и приводом в целом была разработана схема управления с выбором элементов информационного канала: датчиков тока (шунта) и скорости (тахогенератора) а также определены параметры других необходимых элементов схемы управления.
Список использованных источников
Гольц М.Б. Гудзенко А.В. Быстродействующие электроприводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями. — М.: Энергоатомиздат 1986.
Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. 3 том — 7-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение 1992.
Справочник по автоматизированному электроприводу Под ред. Елисеева В.А. и Шинявского А.В. — М.: Энергоатомиздат 1986.
Карнаухов Н.Ф. Электромеханические модули мехатронных систем. Основы расчета и проектирования: Учебное пособие. — Ростов нД: Издательский центр ДГТУ 2001.
Карнаухов Н.Ф. Электромеханические системы. Основы расчета: Учебное пособие. Ростов нД: Издательский центр ДГТУ 1998.

Свободное скачивание на сегодня

Обновление через: 5 часов 27 минут
up Наверх