Помощь студентам в учебе
Асинхронный электропривод портала балансировочной машины
|
Введение 4
Глава 1 Исследование влияния изменения параметров и действия возмущений на эффективность работы привода портала балансировочной машины 9
1.1 Описание технологического процесса перемещения
портала. Особенности кинематической схемы привода портала балансировочной машины 9
1.2 Основные требования, предъявляемые к приводу портала балансировочной машины 17
1.3 Анализ влияния изменения параметров
электродвигателя и механической части на эффективность работы привода портала балансировочной машины 23
1.4 Выводы 26
Глава 2 Разработка математического описания и моделей системы с асинхронным двигателем портала балансировочной машины 27
2.1 Структурная схема позиционной системы с асинхронным двигателем
портала балансировочной машины 27
2.2 Математическое описание позиционной системы с асинхронным двигателем с учётом изменения параметров и действия возмущений 37
2.3 Исследование рабочих режимов с учётом изменения параметров системы
и действия возмущений 44
2.4 Выводы 61
Глава 3 Оптимизация и настройка параметров регуляторов позиционного электропривода с асинхронным двигателем привода портала 62
3.1 Оптимизация контуров регулирования позиционного электропривода с
асинхронным двигателем и векторным управлением 62
3.2 Математическое моделирование и исследование работы асинхронного
двигателя с векторным управлением 67
3.3 Исследование рабочих режимов с учётом изменения параметров системы
и действия возмущений 82
Выводы 93
Заключение 94
Список использованных источников 96
Глава 1 Исследование влияния изменения параметров и действия возмущений на эффективность работы привода портала балансировочной машины 9
1.1 Описание технологического процесса перемещения
портала. Особенности кинематической схемы привода портала балансировочной машины 9
1.2 Основные требования, предъявляемые к приводу портала балансировочной машины 17
1.3 Анализ влияния изменения параметров
электродвигателя и механической части на эффективность работы привода портала балансировочной машины 23
1.4 Выводы 26
Глава 2 Разработка математического описания и моделей системы с асинхронным двигателем портала балансировочной машины 27
2.1 Структурная схема позиционной системы с асинхронным двигателем
портала балансировочной машины 27
2.2 Математическое описание позиционной системы с асинхронным двигателем с учётом изменения параметров и действия возмущений 37
2.3 Исследование рабочих режимов с учётом изменения параметров системы
и действия возмущений 44
2.4 Выводы 61
Глава 3 Оптимизация и настройка параметров регуляторов позиционного электропривода с асинхронным двигателем привода портала 62
3.1 Оптимизация контуров регулирования позиционного электропривода с
асинхронным двигателем и векторным управлением 62
3.2 Математическое моделирование и исследование работы асинхронного
двигателя с векторным управлением 67
3.3 Исследование рабочих режимов с учётом изменения параметров системы
и действия возмущений 82
Выводы 93
Заключение 94
Список использованных источников 96
Загрузочный портал (манипулятор) – механизм для управления пространственным положением производственных объектов, объектов труда и конструкционных узлов и элементов.
Подвижная часть манипуляторов основана на пространственных механизмах, обладающих большой степенью свободы. Главная задача загрузочного портала является работа в средах, являющимися недоступными, а также опасными
для человека (высота, вакуум, радиоактивная среда, отрицательная температура,
также другие агрессивные среды). Они также применяются для выполнения вспомогательных работ в производстве разного вида промышленности.
Загрузочные порталы также применяются в медицинской области. Для примера использования манипуляторов в медицинской технике можно отнести протезирование. Для изучения манипуляторов был создан новый раздел теории манипуляторов в теории машин и механизмом. В некоторых узких случаях загрузочный
портал можно назвать механической рукой.
Загрузочные порталы состоят из двух видов. Одни оправляются человеком, а
другие являются автоматизированными. К представителям автоматических манипуляторов можно отнести роботов.
Развитие загрузочных порталов повлияло на создание промышленных роботов. Основные задачи при проектировании механизмов порталов требуют решения
таких задач, как выбор правильного соотношения полезных и холостых ходов, создания необходимой маневренности, а также устойчивость при работе. В некоторых случаях требуется проектирование особых систем с возможностью чувствовать усилие со стороны оператора, которое создается на грузозахвате или на рабочем органе.
Для реализации управления для такого сложного механизма необходим
промышленный электропривод.5
Электропривод осуществляет управление манипулятором. На данное время
управление манипулятором за счет электропривода применяется не везде. Большая часть управления применяемых приводов основана на пневматике или на гидравлике. Одна из балансировочных машин в ПАО «АвтоВАЗ» в механо – сборочном производстве цеха 22D20 в корпусе №15-3 имеет гидравлических привод.
Данный станок производит балансировку коленчатых валов. Затем после балансировки осуществляет сверление центральных отверстий через ось вала.
Гидравлический привод в составе балансировочной машины отвечает за
управление рукой манипулятора загрузочного портала. Данный привод контролирует вертикальное положение перемещения руки в зону, отвечающую обработки
коленчатых валов и их перемещение после завершения операций на следующую
операцию.
Гидравлический привод в своем конструктивном исполнении имеет ряд существенных недостатков. Он обладает большими габаритами. Трубопровод занимает большую часть рабочей поверхности, имеет множество трубчатых соединений склонных к протечкам. Также данный привод издает сильный шум насосов
соединенных с асинхронными двигателями. Частые протечки соединений и клапанов делают гидравлический привод не экологичным по отношению к окружающей
среде. К тому же привод нерационально расходует электроэнергию, требует частого технического обслуживания, что приводит к частым длительным простоям
оборудования. Бывают ситуации, когда отсутствуют запасные детали и ремонт затягивает на длительное время, что приводит к убыткам производства. В большинстве случаев длительные простои недопустимы в связи с невозможностью справиться с производством деталей станков дублеров. Описанные выше недостатки
гидравлической системы управления, вызывают потребность ее замены на электропривод на базе асинхронного двигателя с микропроцессорной системой управления [1-5,36].
Подвижная часть манипуляторов основана на пространственных механизмах, обладающих большой степенью свободы. Главная задача загрузочного портала является работа в средах, являющимися недоступными, а также опасными
для человека (высота, вакуум, радиоактивная среда, отрицательная температура,
также другие агрессивные среды). Они также применяются для выполнения вспомогательных работ в производстве разного вида промышленности.
Загрузочные порталы также применяются в медицинской области. Для примера использования манипуляторов в медицинской технике можно отнести протезирование. Для изучения манипуляторов был создан новый раздел теории манипуляторов в теории машин и механизмом. В некоторых узких случаях загрузочный
портал можно назвать механической рукой.
Загрузочные порталы состоят из двух видов. Одни оправляются человеком, а
другие являются автоматизированными. К представителям автоматических манипуляторов можно отнести роботов.
Развитие загрузочных порталов повлияло на создание промышленных роботов. Основные задачи при проектировании механизмов порталов требуют решения
таких задач, как выбор правильного соотношения полезных и холостых ходов, создания необходимой маневренности, а также устойчивость при работе. В некоторых случаях требуется проектирование особых систем с возможностью чувствовать усилие со стороны оператора, которое создается на грузозахвате или на рабочем органе.
Для реализации управления для такого сложного механизма необходим
промышленный электропривод.5
Электропривод осуществляет управление манипулятором. На данное время
управление манипулятором за счет электропривода применяется не везде. Большая часть управления применяемых приводов основана на пневматике или на гидравлике. Одна из балансировочных машин в ПАО «АвтоВАЗ» в механо – сборочном производстве цеха 22D20 в корпусе №15-3 имеет гидравлических привод.
Данный станок производит балансировку коленчатых валов. Затем после балансировки осуществляет сверление центральных отверстий через ось вала.
Гидравлический привод в составе балансировочной машины отвечает за
управление рукой манипулятора загрузочного портала. Данный привод контролирует вертикальное положение перемещения руки в зону, отвечающую обработки
коленчатых валов и их перемещение после завершения операций на следующую
операцию.
Гидравлический привод в своем конструктивном исполнении имеет ряд существенных недостатков. Он обладает большими габаритами. Трубопровод занимает большую часть рабочей поверхности, имеет множество трубчатых соединений склонных к протечкам. Также данный привод издает сильный шум насосов
соединенных с асинхронными двигателями. Частые протечки соединений и клапанов делают гидравлический привод не экологичным по отношению к окружающей
среде. К тому же привод нерационально расходует электроэнергию, требует частого технического обслуживания, что приводит к частым длительным простоям
оборудования. Бывают ситуации, когда отсутствуют запасные детали и ремонт затягивает на длительное время, что приводит к убыткам производства. В большинстве случаев длительные простои недопустимы в связи с невозможностью справиться с производством деталей станков дублеров. Описанные выше недостатки
гидравлической системы управления, вызывают потребность ее замены на электропривод на базе асинхронного двигателя с микропроцессорной системой управления [1-5,36].
После анализа, проведенного над теоретическими исследованиями и математическим моделированием системы на базе управления асинхронным короткозамкнутым электродвигателем с векторным управлением, были решены
поставленные задачи, а также сформулированы следующие результаты:
1. Оптимизация векторного управления является одной из главных задач при моделировании. Она обеспечивает большие возможности при исследовании динамических режимов при стабилизации постоянного магнитного потока. Большое увеличение мощности ЭВМ и их распространение в настоящее
время дает возможность провести математическое моделирование изменения
параметров асинхронного электродвигателя при различных режимах работы.
Все это наглядно показывает, что для создания системы электроприводов на базе асинхронного электродвигателя, который работает с переменной нагрузкой
,требуется векторное управление со стабилизацией магнитного потока.
2. В результате анализа динамических процессов, которые
происходят в асинхронном двигателе, при выборе координатной системы для
математического моделирования, оптимальным является выбор координатной
системы (α, β). При использовании данной координатной системы упрощается
процесс математического моделирования и получение различных
характеристик, можно создать системы, которые показывают, что привод
работает с высокими энергетическими показателями. При добавлении
разработанного наблюдателя математической модели создается возможность
реализовать исследования асинхронного электропривода, исключив при этом
датчики состояния.
3. Разработанная функциональная схема управления с частотновекторным управлением на базе преобразователя частоты фирмы Siemens –
Sinumeric S120 для асинхронного электропривода портала балансировочной
машины позволяет достичь высоких энергетических показателей, а также
высокого быстродействия для механизмов, работающих при переменной
нагрузке. Это позволило создать математическую, а также структурную модель88
управления портала. На основе разработанной модели появилась возможность
получить исследования электромеханических процессов и данных координат
движения портального манипулятора. Анализ при изучении данных
статических и динамических параметров асинхронного двигателя привода
портала подтвердил стабильную работу асинхронного электродвигателя при
различных режимах работы, что позволяет говорить о высоких показателях
КПД.
поставленные задачи, а также сформулированы следующие результаты:
1. Оптимизация векторного управления является одной из главных задач при моделировании. Она обеспечивает большие возможности при исследовании динамических режимов при стабилизации постоянного магнитного потока. Большое увеличение мощности ЭВМ и их распространение в настоящее
время дает возможность провести математическое моделирование изменения
параметров асинхронного электродвигателя при различных режимах работы.
Все это наглядно показывает, что для создания системы электроприводов на базе асинхронного электродвигателя, который работает с переменной нагрузкой
,требуется векторное управление со стабилизацией магнитного потока.
2. В результате анализа динамических процессов, которые
происходят в асинхронном двигателе, при выборе координатной системы для
математического моделирования, оптимальным является выбор координатной
системы (α, β). При использовании данной координатной системы упрощается
процесс математического моделирования и получение различных
характеристик, можно создать системы, которые показывают, что привод
работает с высокими энергетическими показателями. При добавлении
разработанного наблюдателя математической модели создается возможность
реализовать исследования асинхронного электропривода, исключив при этом
датчики состояния.
3. Разработанная функциональная схема управления с частотновекторным управлением на базе преобразователя частоты фирмы Siemens –
Sinumeric S120 для асинхронного электропривода портала балансировочной
машины позволяет достичь высоких энергетических показателей, а также
высокого быстродействия для механизмов, работающих при переменной
нагрузке. Это позволило создать математическую, а также структурную модель88
управления портала. На основе разработанной модели появилась возможность
получить исследования электромеханических процессов и данных координат
движения портального манипулятора. Анализ при изучении данных
статических и динамических параметров асинхронного двигателя привода
портала подтвердил стабильную работу асинхронного электродвигателя при
различных режимах работы, что позволяет говорить о высоких показателях
КПД.