Следящий ЭП постоянного тока релейного действия

В этой схеме ЭП (рис. 11.34) используется ДПТ последовательного возбуждения М, имеющий две обмотки возбуждения ОВ1 и ОВ2. Управление дви­гателем осуществляется с помощью силовых транзисторов VT1 и VT2, каждый из которых работает при определенной полярности сигнала согласования U_∆, обеспечивая одно из направлений вращения ДПТ. Направление тока якоря в обоих случаях остается неизменным.

Разрядные диоды VD3 и VD4 служат для снятия перенапряже­ний, возникающих при отключении обладающих значительной ин­дуктивностью обмоток возбуждения и якоря.

В рассматриваемом следящем ЭП в качестве датчиков входной и выходной величин используются кольцевые потенциометры П1 и П2, которые образуют так называемый потенциометрический из­меритель рассогласования.

Движок потенциометра П1 (датчика входной величины) связан с выходным валом задающего устройства ЗУ, который представляет собой в данном случае редуктор с ручным приводом. Движок потен­циометра П2 (датчика выходной величины) связан с валом редукто­ра Р, расположенного на валу ДПТ и рабочей машины РМ. Редукто­ры ЗУ к Р имеют одинаковое передаточное число. Питание потенци­ометров П1 и П2 осуществляется напряжением постоянного тока U_n.

Сигнал рассогласования U_∆' снимается с движков потенциомет­ров П1 и П2. При их одинаковом угловом положении, что соответ­ствует нулевому углу рассогласования ∆ϕ = ϕ_вх - ϕ _вых, сигнал U_∆' = 0. При этом равен нулю и сигнал U_∆ на выходе усилителя У, транзисто­ры VT1 и VT2 закрыты и ДПТ неподвижен.

При возникновении рассогласования между угловыми положе­ниями движков потенциометров П1 и П2, вызванного поворотом рукоятки ЗУ, сигналы U_∆' и U_∆ становятся отличными от нуля. В зависимости от полярности сигнала U_∆', которая определяется зна­ком угла рассогласования (ошибки) ∆ϕ, сигнал U_A подается на транзистор VT1 (по цепи диод VD10 - стабилитрон VD5 - резис­тор R3 - диод VD7) или VT2 (по цепи диод VD9 - стабилитрон VD6 - резистор R4 - диод VD8). Если этот сигнал превышает по­рог срабатывания стабилитронов VD5 или VD6, то соответствую­щий транзистор откроется, подключая ДПТ к источнику питания с напряжением U. Двигатель начнет вращаться, поворачивая вал рабочей машины РМ и ось движка потенциометра ПП2 в направле­нии, при котором возникшее рассогласование в системе будет уменьшаться и стремиться к нулю. Когда сигнал U_∆ станет меньше напряжения открывания стабилитронов VD5 или VD6, работаю­щий транзистор (VT1 или VT2) закроется и отключит ДПТ от ис­точника питания.

Таким образом, ЭП в данной схеме отрабатывает заданное пере­мещение ϕ ϕ _вх с некоторой погрешностью, обусловленной нечувстви­тельностью системы из-за наличия порога срабатывания стабилит­ронов VD5, VD6. Зона нечувствительности системы должна быть минимальной в пределах 2...3° угла рассогласования. Большее сни­жение зоны нечувствительности может привести к возникновению нежелательного колебательного режима работы ЭП около поло­жения равновесия. Для предотвращения такого режима в систему вводятся дополнительные сигналы по первой и второй производ­ным сигнала рассогласования, а также используется электрическое торможение после отключения двигателя.

Достоинствами следящих ЭП релейного принципа действия яв­ляются их простота, надежность и возможность получения опти­мальных траекторий движения исполнительных органов рабочих машин. К недостаткам таких систем следует отнести их склонность к колебаниям и наличие определенной нечувствительности (неточ­ности) при слежении.

13. Следящий ЭП переменного тока пропорционального действия

В следящих ЭП широкое применение находят АД, которые отлича­ются надежностью в работе и долговечностью. При создании ма­ломощных (до 1 кВт) следящих ЭП обычно пользуются двухфазные короткозамкнутые АД, в том числе и с полым ротором (рис. 11.35).

Двигатель М имеет обмотки возбуждения ОВ и управления ОУ, которые питаются сдвинутыми по фазе на 90° напряжениями. Ре­гулирование скорости АД осуществляется изменением действующе­го значения напряжения на ОУ, которая получает питание от фазы А трехфазной сети переменного тока через тиристоры VS1... VS4. Обмотка возбуждения ОВ связана с фазами В и С через тиристоры VS5 и VS6. Тиристоры VS1... VS6 образуют стандартные схемы ре­гуляторов напряжения переменного тока. Они попарно включены по встречно-параллельной схеме, что обеспечивает протекание тока по обмоткам в оба полупериода питающего напряжения.

Рассогласование между задающей осью и валом ЭП измеряет­ся с помощью сельсинной пары, состоящей из сельсина-датчика

СД и сельсина-приемника СП. Положение ротора СД определяет входной сигнал ϕ_вх, а положение ротора СП зависит от угла пово­рота вала электропривода ϕ _вых. Сигнал рассогласования U_∆', сни­маемый с обмотки статора СП, пропорционален разности углов ϕ_вх и ϕ_вых, а фаза этого напряжения определяется знаком этой раз­ности (ошибки).

Сигнал рассогласования U_∆' подается на вход фазочувствительного усилителя УI. После прохождения через корректирующее зве­но, состоящее из резисторов RI, R2 и конденсатора С1, сигнал рас­согласования усиливается усилителем У2 и в виде напряжений U_∆1 или U_∆2 , поступает на блок управления тиристорами.

Схема работает следующим образом. При появлении сигнала рассогласования U_∆' в зависимости от его фазы на выходе усили­теля У2 появляются напряжения U_∆1 или U_∆2 .При возникновении, например, напряжения U_∆1 СИФУ подает импульсы управления на тиристоры VS1, VS2, VS5, VS6, которые открываются и пода­ют на ОУ и ОВ напряжения U_оуи U_ов, пропорциональные сигна­лу рассогласования U_∆1. Двигатель М начинает вращаться, умень­шая угол рассогласования ∆ϕ = ϕ_вх – ϕ_вых между осями сельсинов СД и СП.

При другой фазе сигнала U_∆', т.е. при изменении знака угла рас­согласования ∆ϕ, на выходе усилителя У2 появляется напряжение U_∆2. Этот сигнал включает тиристоры VS3, VS4, и на обмотку уп­равления ОУ подается напряжение U_oу , сдвинутое по фазе на 180° по сравнению с предыдущим случаем.' Поскольку одновременно с этим откроются тиристоры VS5, VS6 и ОВ также получит питание, двигатель М начнет вращаться, но уже в другом направлении. Та­ким образом, за счет изменения фазы напряжения U_o . осуществля­ется реверс двигателя М, обеспечивающий отработку угла рассог­ласования с любым знаком.

Конденсаторы С2...С5 и резисторы R3, R4 служат для сглажива­ния пульсаций напряжения на обмотках двигателя.

1. Электропривод с числовым программным управлением

Электропривод с программным управлением обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины по определенной наперед заданной программе. Обобщенная структура ЭП с ЧПУ включает в себя программное устройство, собственно электропривод и исполнительный орган. Совокупность программного устройства и электропривода называют системой программного управления СПУ.

Система ЧПУ обеспечивает также соответствующее управление различными электромеханическими и электромагнитными устрой­ствами, например электромагнитными муфтами, электромагнита­ми различных механических приспособлений станка, катушками реле и контакторов, которые на схеме условно обозначены блоком электроавтоматики ЭА.

Схема ЭП с ЧПУ может быть до­полнена датчиками параметров технологического процесса обра­ботки детали (блок ДТП) и координат электропривода. В этом случае система ЧПУ становится замкнутой и обеспечивает более высокое качество обработки деталей. Кроме того, схема ЭП с ЧПУ содержит ряд не показанных на рисунке блоков и устройств, обес­печивающих контроль ввода программы, ее выключение и защи­ту, а также различные блокировки и сигнализации при работе элек­трооборудования станка.

Часто оказывается удобным записывать программу на маг­нитную ленту, что позволяет получать большую плотность за­писи программы и производить операции считывания и декоди­рования на отдельно расположенных от станка устройствах. За­пись производится в несколько дорожек, часть из которых со­держит информацию о перемещениях по координатам, а часть о направлении движения, режимах резания, применяемых инст­рументах и др.

Информация на магнитной ленте записывается в виде так назы­ваемого унитарного кода, т.е. непрерывной последовательности импульсов управления, обеспечивающих перемещение исполнитель­ных органов станка в соответствии с их числом.

Система ЧПУ обеспечивает также соответствующее управление различными электромеханическими и электромагнитными устрой­ствами, например электромагнитными муфтами, электромагнита­ми различных механических приспособлений станка, катушками реле и контакторов, которые на схеме условно обозначены блоком электроавтоматики ЭА.

Схема ЭП с ЧПУ, приведенная на рис. 11.41, может быть до­полнена датчиками параметров технологического процесса обра­ботки детали (блок ДТП) и координат электропривода. В этом случае система ЧПУ становится замкнутой и обеспечивает более высокое качество обработки деталей. Кроме того, схема ЭП с ЧПУ содержит ряд не показанных на рисунке блоков и устройств, обес­печивающих контроль ввода программы, ее выключение и защи­ту, а также различные блокировки и сигнализации при работе элек­трооборудования станка.

Часто оказывается удобным записывать программу на маг­нитную ленту, что позволяет получать большую плотность за­писи программы и производить операции считывания и декоди­рования на отдельно расположенных от станка устройствах. За­пись производится в несколько дорожек, часть из которых со­держит информацию о перемещениях по координатам, а часть -о направлении движения, режимах резания, применяемых инст­рументах и др.

Информация на магнитной ленте записывается в виде так назы­ваемого унитарного кода, т.е. непрерывной последовательности импульсов управления, обеспечивающих перемещение исполнитель­ных органов станка в соответствии с их числом.

14. Цифроаналоговый позиционный следящий ЭП постоянного тока

При необходимости получения высокой точности слежения (до 0,001 %) в современных ЭП применяются цифровые датчики ко­ординат, которые вместе с другими цифровыми устройствами уп­равления (задатчиками, сумматорами, счетчиками и др.) образуют измерительную часть следящей системы. Высокая точность слеже­ния обеспечивается в том случае, когда цифровая измерительная часть ЭП сочетается с аналоговой частью, выполненной по прин­ципу подчиненного регулирования координат. В результате такого соединения образуются так называемые цифроаналоговые схемы ЭП, сочетающие в себе положительные свойства цифровых и ана­логовых систем.

В состав цифровой измерительной части ЭП, формирующей сиг­нал рассогласования U_A, входят датчики входной ДП1 и выходной ДП2 координат ЭП (его положения), арифметическое суммирую­щее устройство А СУ, преобразователь кода в напряжение ПКН (пре­образователь код- аналог) и преобразователь кода положения вала ДПТ в двоичный код ПК.

Работа цифровой части следящего ЭП происходит следующим образом. Требуемое перемещение ИО рабочей машины выраба­тывается задатчиком ДП1 в виде числа N_зпв двоичном коде. Этот сигнал подается на вход сумматора АСУ вместе с числовым сиг­налом N_n (также в двоичном коде), соответствующим действитель­ному положению исполнительного органа рабочей машины. Сум­матор суммирует эти два цифровых сигнала и выделяет сигнал рас­согласования (ошибки) в цифровом коде N_∆, который с помощью преобразователя ПКН преобразуется в аналоговый сигнал U_∆ (на­пряжение постоянного тока), поступающий на вход регулятора по­ложения РП.

В цифроаналоговом следящем ЭП хорошие динамические показатели обеспечиваются аналоговой частью системы, а высокая точность слежения – цифровой. Элементы устройства такого ЭП реализуются на основе унифицированной серии аналоговых (УБСР – АИ) и цифровых (УБСР – ДИ) регуляторов.