Введение 4
1 Исследование принципа работы бесколлекторного двигателя постоянного тока (Brushless DC-Motor), построение функциональной и кинематической схемы 10
1.1 Обзор конструкции современного бесщеточного двигателя постоянного тока или BLDC (Brushless DC-Motor) 10
1.2 Принцип действия инкрементального магнитного датчика исследуемого двигателя 14
1.3 Построение кинематической схемы 17
2. Разработка принципиальной электрической схемы системы управления с возможностью программирования по интерфейсу JTAG и управлением по САN шине 22
2.1 Разработка силовой схемы, выбор элементов 22
2.2 Выбор схемы формирователей импульсов 23
2.3 Выбор контроллера 28
2.4 CAN (Control Area Network) 33
2.5 Преобразователь USB - CAN 39
2.6 Стандарт CIA 402 41
2.7 Интерфейс JTAG (Joint Test Action Group) 47
3. Математическое моделирование системы электропривода 55
3.1 Математическая модель компонентов системы электропривода 55
3.2 Моделирование режимов работы системы электропривода с управлением по скорости 59
3.3 Моделирование режимов работы системы электропривода с управлением по положению 63
Заключение 68
Список используемых источников 70
Приложение 1 73
Приложение 2 74
Приложение 3 75
Приложение 4 76
Купить

В конце 20 века в машиностроении широкое развитие получили робототехнические комплексы, в погоне за прибылью производители современных товаров вынуждены учитывать различные требования потребителей. Основными требованиями к товарам во все времена были их цена и качество. Удешевить продукцию легче всего наладив серийный выпуск, а для улучшения качества на производстве требуется максимально исключить из производственного процесса, так называемый, «человеческий фактор». Именно эти 2 составляющие являются основной причиной развития робототехники в машиностроении. Там где раньше едва справлялся человек стали устанавливать манипуляторы, например в тяжелых условиях, когда требуется выполнять однообразную монотонную работу. Для примера: снимать алюминиевые заготовки после отливки и класть их в обрубной пресс. Эта работа вызывала задержки в выпуске продукции. Люди вынуждены были работать с раскаленным металлом, выполняя однообразную монотонную работу изо дня в день. Часто случались случаи травматизма, ожоги, ампутация пальцев. На такую работу было сложно найти желающих, поэтому возникла проблема с нехваткой кадров и как следствие - продукции. Установка в этом месте роботов-манипуляторов исключила проблему травматизма, а за долгие годы исправной работы все затраты на установку и обслуживание с лихвой окупились. [11,24]
В 21 веке производители стали предъявлять особые требования к самим роботам. Скорость, точность позиционирования, ремонтопригодность, грузоподъемность, унификация узлов, цена - вот далеко не полный список критериев для выбора робота. В машиностроении роботы классифицируются: роботы сварки, перекладчики, окрасочные роботы. Основные современные фирмы производители роботов: KUKA, ABB, Fanuc. Эти 3 фирмы хорошо зарекомендовали себя на рынке оборудования, благодаря надежной работе своей продукции. В ПАО «АВТОВАЗ» роботы фирмы АВВ применяются в основном в цехах окраски производств СКП, СКП-Калина, Ш1И. Но хотелось бы подробнее остановиться на роботах фирмы KUKA, которые уже давно применяются в ПАО «АВТОВАЗ» и особенно на роботах сварки. На ПТО - производстве технологического оборудования с давних пор был налажен выпуск манипуляторов с системой управления «БЕТТА» (Рис.1.1). Именно они в 90-ых годах были установлены в ЦАЛ (цехе алюминиевого литья). И благодаря им мы, как электромеханики, получили для проведения исследований привода типа ПТ150/20 и ПТ240/30, которые являются приводами подачи и расположены в специальном шкафу управления (см. Рис1.1 б)- шкаф приводов). На момент, когда шла установка этих роботов- это были современные, по тем меркам привода и система управления (см. Рис.1.1 в)- шкаф системы управления). [22,27]
Рисунок 1.1 - робот «БЕТТА»
а- манипулятор, б- шкаф приводов, в - шкаф системы управления
Двигатели с печатным ротором типа ДР-08 были новинкой. А некоторые шкафы были укомплектованы синими приводами, похожими на ПТ, (но отличались другими платами управления) немецкой фирмы Seidl. А через некоторое время в МСП на сварке заднего моста появились роботы фирмы KUKA c приводами похожими на ПТ и 54K-M, но назывались они уже TRM 20 и TRM 30.[7]
Рисунок 1.2 Робот KUKA семейства KR C4
а - шести осевой манипулятор, б - шкаф управления
Теперь их сменили роботы с системой управления KR C4. Они стали компактнее - вся система управления, вместе с шестью приводами и источниками питания размещается в небольшом шкафу управления (Рис. 1.2 б) - шкаф управления роботом KUKA KR C4).[13]
Установив специальный сварочный аппарат на этот робот, который сваривает детали ходовой системы автомобиля в автоматическом режиме сварочной проволокой в среде углекислого газа. Мы получаем современный сварочный комплекс. Это комплекс с унифицированной системой управления, надежный, обеспечивающий заданную точность и обеспечивающий хорошую производительность. Профессиональный интерес в этом вызывает устройство подачи проволоки. На этом комплексе оно выполнено в виде синхронизированных во времени микродвигателей подачи связанных между собой и с системой управления робота. Вот эти микродвигатели и вызывают интерес. При детальном исследовании выясняется, что механизм протяжки проволоки состоит из 2х частей. Один механизм является основным - master feeder, а другой вспомогательным - Slave feeder.[18]
Актуальность темы. Тема сварки в машиностроении всегда была актуальной, с появлением новых электронных компонентов и миниатюризацией силовых элементов в старых громоздких сварочных аппаратах больше нет надобности. На их место пришли новые, построенные на IGBT модулях инверторные преобразователи, которые способны с особой точностью следить за сварочным током. Современный сварочный аппарат, установленный на роботизированном комплексе это прорыв. Робот, не устает, ему не нужно волноваться о защите глаз, рук, участков кожи. Постоянные сложные движения для него не проблема, он может работать и днем и ночью. Но не каждый сварочный аппарат можно установить на манипуляторе. Распространение получили автоматические аппараты сваривающие металл в среде углекислого газа. А в таких аппаратах наиболее уязвимым местом является двигатель подачи проволоки. Именно от его качественной работы, зависит качество сварного шва. Ведь если он будет подавать проволоку рывками или с пропусками, пострадает качество сварного шва, а продукция пойдет в брак. Поэтому на сегодняшний день актуально разрабатывать новые системы подачи проволоки, минимизировать их, а с появлением новых технологий активно их внедрять.
Проблематика. Через 2 года работы сварочных комплексов, после окончания срока гарантийной эксплуатации выяснилось, что микродвигатель механизма Master feeder перестает работать. С чем это связано никому не известно. Видимые повреждения отсутствуют, после длительной проработки выяснилось, что двигатель остается исправен, а причина его неработоспособности заключается в выходе из строя привода, встроенного в двигатель. Однако, таких двигателей с неисправными приводами в ремонте уже скопилось 6 шт. цена каждого около 3000 евро. С ростом цен на иностранные валюты имеем рост убытков. Политическая обстановка в стране и курс на импортозамещение требуют разработки своих аналогичных систем которые должны иметь ряд преимуществ, например управление по САП шине, но тема эта новая, не изученная. Учебников по данной теме нет, информации мало и в основном всё, что удается найти написано на иностранных языках. [5]
Объектом исследования является BLDC (Brushless DC-Motor) двигатель подачи сварочной проволоки в узле - master feeder сварочного комплекса с манипулятором ф. KUKA.
Предметом исследования является совершенствование системы управления BLDC двигателем путем объединения двигателя и системы управления в единый мехатронный узел.
Целью магистерской диссертации ставится разработка встраиваемой системы управления бесколлекторным двигателем постоянного тока (Brushless DC-Motor) с возможностью управления по протоколу CAN open. [21,26]
Задачи:
• исследование принципов работы бесколлекторного двигателя постоянного тока (Brushless DC-Motor) или вентильного двигателя, построение функциональной и кинематической схемы;
• разработка принципиальной электрической схемы системы управления с возможностью программирования по интерфейсу JTAG и управлением по САК шине.
• математическое моделирование и оценка динамических характеристик полученной встраиваемой системы управления с инкрементальным магнитным датчиком.
Новизна заключается в разработке способов диагностики и тестирования современных приводных систем с управлением по САК шине, разработке принципиальной электрической схемы, написании алгоритма работы программы микроконтроллера.
Теоретическая значимость путем проведения исследований в области проектирования систем управления с САК шиной выяснить структуру и назначение основных команд управления протокола САК-ОРЕК , расшифровка кадров, моделирование режимов работы системы электропривода с управлением по положению и по скорости используя инструмент MATLAB.
Практическая значимость базируясь на результатах исследований в области САК протокола создать методику управления приводами с помощью доступных средств с целью контроля параметров и ввода в эксплуатацию.
Структура диссертации.
Магистерская диссертация включает три главы, заключение, библиографический перечень, приложения.
Купить