📄Работа №210642
Тема: Исследование предельного быстродействия электроприводов станка лазерной обработки материалов
Характеристики работы
Тип работы
Магистерская диссертация
Предмет
Электротехника
Объем:
68 листов
Год:
2021
Просмотров:
35
5680
руб.
🛒 Купить работу
Не подходит эта работа?
Закажите новую по вашим требованиям
Узнать цену на написание
Закажите новую по вашим требованиям
Представленный материал является образцом учебного исследования, примером структуры и содержания учебного исследования по заявленной теме. Размещён исключительно в информационных и ознакомительных целях.
Workspay.ru оказывает информационные услуги по сбору, обработке и структурированию материалов в соответствии с требованиями заказчика.
Размещение материала не означает публикацию произведения впервые и не предполагает передачу исключительных авторских прав третьим лицам.
Материал не предназначен для дословной сдачи в образовательные организации и требует самостоятельной переработки с соблюдением законодательства Российской Федерации об авторском праве и принципов академической добросовестности.
Авторские права на исходные материалы принадлежат их законным правообладателям. В случае возникновения вопросов, связанных с размещённым материалом, просим направить обращение через форму обратной связи.
Настоящий учебно-методический информационный материал размещён в ознакомительных и исследовательских целях и представляет собой пример учебного исследования. Не является готовым научным трудом и требует самостоятельной переработки.
📋 Содержание
АННОТАЦИЯ 2
ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 10
1.1 Фрезерный станок 10
1.2 Лазерное оборудование 12
1.3 Устройство и назначение комплекса 13
1.4 Технологически процесс 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК 17
2.1 Описание работы оборудования 17
2.2 Динамика приводов при заводских настройках 20
2.3 Динамика приводов без контура положения 21
3 СИНТЕЗ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРИВОДА 23
3.1 Вентильный двигатель 24
3.2 Полупроводниковый преобразователь (силовая часть) 26
3.3 Преобразователь координат 27
3.4 Контуры положения, скорости и тока 28
3.5 Формирователь импульсов 28
3.6 Задатчик интенсивности 29
3.7 Имитационная модель привода 30
3.8 Допущения при моделировании 33
3.9 Адекватность модели 33
4 ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ 40
4.1 Настройка контура тока 40
4.2 Настройка контура скорости 42
4.3 Настройка контура положения 46
4.4 Технические рекомендации по результатам моделирования 48
5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
РАБОТ БАКАЛАВРИАТА И МАГИСТРАТУРЫ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 54
ПРИЛОЖЕНИЕ А 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ В 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 63
ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ 7
ВВЕДЕНИЕ 8
1 ОПИСАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ 10
1.1 Фрезерный станок 10
1.2 Лазерное оборудование 12
1.3 Устройство и назначение комплекса 13
1.4 Технологически процесс 14
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК 17
2.1 Описание работы оборудования 17
2.2 Динамика приводов при заводских настройках 20
2.3 Динамика приводов без контура положения 21
3 СИНТЕЗ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРИВОДА 23
3.1 Вентильный двигатель 24
3.2 Полупроводниковый преобразователь (силовая часть) 26
3.3 Преобразователь координат 27
3.4 Контуры положения, скорости и тока 28
3.5 Формирователь импульсов 28
3.6 Задатчик интенсивности 29
3.7 Имитационная модель привода 30
3.8 Допущения при моделировании 33
3.9 Адекватность модели 33
4 ОЦЕНКА МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ СИСТЕМЫ 40
4.1 Настройка контура тока 40
4.2 Настройка контура скорости 42
4.3 Настройка контура положения 46
4.4 Технические рекомендации по результатам моделирования 48
5 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВЫПУСКНЫХ КВАЛИФИКАЦИОННЫХ
РАБОТ БАКАЛАВРИАТА И МАГИСТРАТУРЫ 51
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 54
ПРИЛОЖЕНИЕ А 56
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 57
ПРИЛОЖЕНИЕ В 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 60
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 63
📖 Аннотация
В данной магистерской диссертации проведено исследование предельного быстродействия вентильных электроприводов, используемых для позиционирования рабочих органов станка лазерной обработки материалов. Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения динамических характеристик таких станков с ЧПУ для сокращения времени цикла обработки при сохранении высокой точности, что напрямую влияет на производительность и экономическую эффективность технологических процессов. Основными результатами являются синтез и верификация адекватной математической модели электропривода в среде Matlab Simulink, оптимизация параметров систем управления (контуров тока, скорости и положения), позволившая получить улучшенные переходные характеристики, а также разработка практических рекомендаций по настройке реальных приводов. Научная значимость заключается в развитии методов моделирования и синтеза систем управления высокодинамичными электроприводами, а практическая — в предоставлении инженерно-технических решений для настройки оборудования, ведущих к повышению его производительности. Теоретической основой исследования послужили работы таких авторов, как И.В. Черных по моделированию в MATLAB, С.Г. Герман-Галкин по проектированию мехатронных систем и В.Б. Терёхин по моделированию электроприводов в Simulink.
📖 Введение
В современных автоматизированных системах обработки материалов известных как станки с ЧПУ передвижение рабочих органов, выполняется с высокоточным позиционированием, а также обеспечивается управление скоростью и ускорением по заданным законам. Наиболее часто обозначенные высокодинамичные характеристики движения рабочих органов станков обеспечиваются вентильными электродвигателями.
Вентильный электродвигатель (ВД) - это синхронная машина, основанная на принципе регулирования с самосинхронизацией, суть которой заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Термин «вентильный» указывает на тот факт, что представленная система осуществляет коммутацию вентилей, управляющих обмотками электродвигателя, в функции положения ротора, как уже и было сказано выше.
Вентильные двигатели бывают двух типов: с питанием от прямоугольной формы тока (в англоязычной литературе BLDC - brushless direct current motor) и с питанием от синусоидального тока (в англоязычной литературе PMSM - permanent magnet synchronous motor). Первый тип часто называются бесколлекторными двигателями постоянного тока, так как питание инвертора двигателя осуществляется от сети постоянного напряжения. Второй тип максимально близок к классическим синхронным машинам по конструкции, в частности, обмотки статора (трехфазная распределенная обмотка), но и в ней имеются существенные отличия - так для достижение высокой точности управления машиной частот используют частоты на порядок выше нежели стандартная промышленная частота 50 Гц - порядка 400 Гц, что требует от обмотки большей стойкости к высшим гармоникам. Основным отличием такого ВД от классического синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью датчика положения ротора.
Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов. Для изготовления ротора используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора. Механически ротор выполняют с минимальным диаметром и иногда немного завышенной длиной - это сделано для уменьшения момента инерции при сохранении мощности электродвигателя.
Датчик положения ротора реализует обратную связь по положению ротора. Наибольшую популярность среди датчиков положения приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безынерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Наиболее часто вентильные двигатели типа PMSM поставляют непосредственно в комплекте с управляющим преобразователем. Который представляет из себя наиболее часто классический двухзвенный преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Помимо силовой схемы в состав преобразователя входит управляющее устройство (чаще всего сигнальный процессор или микроконтроллер), которое оснащено памятью с предустановленными заводскими настройками, обеспечивающими простоту и удобство наладки систем.
Предустановленные параметры имеют свои ограничения в первую очередь по токовым нагрузкам и динамическим характеристикам - это используется для того, чтобы максимально продлить срок службы электродвигателей. В то же время рассматриваемый класс электроприводов обладает одними из самых маленьких параметров механической и электромагнитной инерции, все это наводит на мысль рассмотрения предельных возможностей по быстродействию для данного класса электроприводов, чему и будет посвящена данная работа.
Вентильный электродвигатель (ВД) - это синхронная машина, основанная на принципе регулирования с самосинхронизацией, суть которой заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Термин «вентильный» указывает на тот факт, что представленная система осуществляет коммутацию вентилей, управляющих обмотками электродвигателя, в функции положения ротора, как уже и было сказано выше.
Вентильные двигатели бывают двух типов: с питанием от прямоугольной формы тока (в англоязычной литературе BLDC - brushless direct current motor) и с питанием от синусоидального тока (в англоязычной литературе PMSM - permanent magnet synchronous motor). Первый тип часто называются бесколлекторными двигателями постоянного тока, так как питание инвертора двигателя осуществляется от сети постоянного напряжения. Второй тип максимально близок к классическим синхронным машинам по конструкции, в частности, обмотки статора (трехфазная распределенная обмотка), но и в ней имеются существенные отличия - так для достижение высокой точности управления машиной частот используют частоты на порядок выше нежели стандартная промышленная частота 50 Гц - порядка 400 Гц, что требует от обмотки большей стойкости к высшим гармоникам. Основным отличием такого ВД от классического синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью датчика положения ротора.
Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов. Для изготовления ротора используются магниты из сплавов редкоземельных элементов, так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора. Механически ротор выполняют с минимальным диаметром и иногда немного завышенной длиной - это сделано для уменьшения момента инерции при сохранении мощности электродвигателя.
Датчик положения ротора реализует обратную связь по положению ротора. Наибольшую популярность среди датчиков положения приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безынерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Наиболее часто вентильные двигатели типа PMSM поставляют непосредственно в комплекте с управляющим преобразователем. Который представляет из себя наиболее часто классический двухзвенный преобразователь частоты со звеном постоянного тока. Помимо силовой схемы в состав преобразователя входит управляющее устройство (чаще всего сигнальный процессор или микроконтроллер), которое оснащено памятью с предустановленными заводскими настройками, обеспечивающими простоту и удобство наладки систем.
Предустановленные параметры имеют свои ограничения в первую очередь по токовым нагрузкам и динамическим характеристикам - это используется для того, чтобы максимально продлить срок службы электродвигателей. В то же время рассматриваемый класс электроприводов обладает одними из самых маленьких параметров механической и электромагнитной инерции, все это наводит на мысль рассмотрения предельных возможностей по быстродействию для данного класса электроприводов, чему и будет посвящена данная работа.
✅ Заключение
В выпускной квалификационной работе проведено исследование возможности повышения быстродействия вентильных электроприводов управляемых сервоусилителями с заданием скорости от контроллера ЧПУ для решения проблематики обработки материалов лазером. Синтезирована математическая модель электропривода при помощи программного обеспечения Matlab Simulink. Проанализирована адекватность синтезированной модели. Произведена настройка систем управления электроприводов в имитационной модели, в результате чего получены улучшенные динамические показатели системы. Даны технические рекомендации по настройке электроприводов на реальном объекте. А также проведён сравнительный анализ методов решения проблематики, данной квалификационной работы и выпускной квалификационной работы бакалавриата.
ИЛИ
Поиск аналога
📕 Список литературы
🖼 Скриншоты
🛒 Оформить заказ
⚡ Работу высылаем в течении 5 минут после оплаты.