WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ХАРЧЕНКО АЛЕКСАНДР НИКОЛАЕВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ

МЕХАТРОННЫХ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИХ СЛЕДЯЩИХ

ПРИВОДОВ НА ОСНОВЕ АППАРАТНОЙ И ПРОГРАММНОЙ

ИНТЕГРАЦИИ МЕХАТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ

Специальность 05.02.05 – Роботы, мехатроника и робототехнические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва 2010

Работа выполнена на кафедре «Робототехника и мехатроника»

ГОУ ВПО Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Илюхин Юрий Владимирович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Егоров Игорь Николаевич кандидат технических наук, профессор Филатов Владимир Витальевич Ведущее предприятие: ФГУП Центральный научноисследовательский институт автоматики и гидравлики (г. Москва)

Защита состоится «15» апреля 2010 г. в 14.30 на заседании диссертационного совета Д при ГОУ ВПО Московский 212.142. государственный технологический университет «СТАНКИН» по адресу 127994, г.

Москва, ГСП-4, Вадковский пер., д. 3А.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН».

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью, просим направить ученому секретарю совета по указанному выше адресу.

Автореферат разослан «12» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.142. к.т.н. М.А. Волосова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные мировые тенденции развития робототехнических и технологических систем ведут к ужесточению требований к быстродействию, точности и экономичности электропневматических следящих приводов (ЭПСП), функционирующих в жёстких условиях промышленной эксплуатации. Несмотря на широкое использование и глубокую проработку вопросов проектирования пневматических приводов, методы построения промышленных ЭПСП, обладающих высокой точностью и быстродействием и удовлетворяющих требованиям к экономичности, были сформированы пока не в полной мере.


Недостаток многих известных решений в области построения следящих пневмоприводов состоит в их неэкономичности, обусловленной применением проточных пневмоэлементов, приводящих к неэффективному расходованию сжатого воздуха, что недопустимо в промышленности. ЭПСП на базе дискретных электропневматических распределителей с положительным перекрытием более экономичны, но обладают сравнительно низкой точностью (погрешность до 5 мм) и невысокой скоростью движения (до 20…30 мм/с). Таким образом, повышение точности и быстродействия электропневматических следящих приводов промышленного назначения для оснащения роботов и технологических установок является актуальной научной задачей.

Увеличение точности и быстродействия промышленных ЭПСП связано с использованием принципов и методов мехатроники. При этом основная роль отводится совершенствованию алгоритмов компьютерного управления движением и более высокому уровню системной интеграции в результате применения в составе приводов мехатронных компонентов и мехатронных агрегатов на их основе. Диссертация основана на методах мехатроники, компьютерного управления и электропневматических приводов, изложенных в трудах И.М. Макарова, В.А. Бесекерского, В.С. Кулешова, Ю.В. Подураева, Ю.В.

Илюхина, Б.К. Чемоданова, В.Ф. Казмиренко, Е.В. Герц, В.Г. Градецкого, Г.В.

Крейнина, В.А. Королёва, Д.Л. Шерера, Р. Изермана и других учёных.

промышленных электропневматических следящих приводов с компьютерным управлением, построенных на основе мехатронного подхода и применения мехатронных компонентов, обладающих повышенной экономичностью и ориентированных на применение в жёстких условиях эксплуатации.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

Разработана структура промышленных электропневматических следящих приводов как мехатронных систем на базе мехатронных силовых агрегатов с пропорциональными электропневматическими регуляторами давления, обеспечивающая повышение точности и быстродействия.

Сформирована математическая модель и проведено исследование свойств пропорциональных электропневматических регуляторов давления как мехатронных компонентов электропневматических следящих приводов.

Разработаны математическая модель и проведено исследование пропорциональных регуляторов давления.

Разработаны математическая модель электропневматического компьютерного управления, проведено исследование динамических свойств ЭПСП с помощью ЭВМ.

Проведено экспериментальное исследование динамических свойств электропневматического следящего привода с мехатронным силовым агрегатом и разработанными алгоритмами компьютерного управления.

Научная новизна работы заключается:

в структуре мехатронного промышленного электропневматического следящего привода повышенной точности и быстродействия, которая объединяет управляющую ЭВМ, реализующую разработанные алгоритмы компьютерного управления, и мехатронный силовой агрегат на основе пропорциональных регуляторов давления с электронным управлением как мехатронных компонентов.

электропневматического следящего привода, мехатронного силового агрегата и мехатронного регулятора давления, учитывающих нелинейность их характеристик, особенности компьютерного управления, течения сжатого воздуха через дросселирующие устройства и влияние сил трения.

мехатронного электропневматического регулятора давления и мехатронного силового агрегата как мехатронных компонентов электропневматических следящих приводов, основанных на результатах экспериментальных исследований и рекомендуемых для синтеза алгоритмов компьютерного управления и анализа свойств ЭПСП.

в комплексе алгоритмов компьютерного управления мехатронным электропневматическим приводом, реализующих линейные и нелинейные законы регулирования, распределение управляющих воздействий на мехатронные регуляторы давления и фильтрацию сигналов информационно-измерительных устройств.

Практической ценностью обладают следующие результаты.

электропневматических приводов нового класса, на базе которых создан образец ЭПСП, обладающий повышенной точностью, быстродействием, экономичностью и способный работать в жёстких промышленных условиях.

Алгоритмы и программное обеспечение компьютерного управления мехатронными ЭПСП в реальном времени.

Компьютерные модели и программы моделирования мехатронных ЭПСП и их компонентов, рекомендуемые для анализа динамических свойств ЭПСП и проведения проектных расчётов.

Методы исследования. При выполнении диссертационного исследования использованы методы теории автоматического управления, газовой динамики, теории электропневматических систем, линейной алгебры, интерполяции, математической обработки экспериментальных данных. Исследование ЭПСП и его компонентов выполнено экспериментально и методом математического моделирования с применением разработанных автором программ.

Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием математического аппарата и положений мехатроники, теории автоматического управления, пневматических приводов и подтверждается согласованностью результатов, полученных аналитически, путём математического моделирования и в ходе натурных экспериментов.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на «СТАНКИН», на XI-й научной конференции МГТУ «СТАНКИН» и «УчебноНаучного Центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» – ИММ РАН» (Москва, 23-25 апреля 2008 г.), на Одиннадцатой Всероссийской научнопрактической конференции «Экстремальная робототехника» (Санкт-Петербург, 8апреля 2008 г.), на XXXIV Международной молодёжной научной конференции «ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ» (Москва, 1-5 апреля 2008 г.), на первой научнометодической конференции МГТУ «СТАНКИН» «Машиностроение, традиции и инновации» (МТИ 08) (Москва, 18 ноября 2008 г.), на международной конференции-симпозиуме «Тенденции развития робототехники и мехатроники» в рамках выставки «Робототехника-2008», (Москва, 5 ноября 2008 г.).

проектирования электропневматических следящих приводов в компании ООО «Камоцци Пневматика», а также в учебный процесс в МГТУ «СТАНКИН» по дисциплине «Компьютерное управление мехатронными системами».

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в шести опубликованных печатных работах, в том числе в журнале «Вестник Воронежского государственного технического университета», входящем в перечень изданий, рекомендуемых ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертация общим объёмом 193 страницы состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из наименований и 3 приложений. Основной текст изложен на 176 страницах, включает 114 рисунков, 10 таблиц и 214 математических формул.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении определена область исследования и обоснована актуальность темы диссертации.

В первой главе проведён анализ существующих решений в области промышленных пневматических следящих приводов, областей и условий их рационального применения. Установлено, что наиболее важными требованиями к современным ЭПСП являются обеспечение высокой точности (погрешность не более 0.1 мм) при повышенной скорости движения (до 0.3…0.5 м/с), а также отсутствие потребления сжатого воздуха в неподвижном состоянии и возможность применения ЭПСП в жёстких условиях эксплуатации. Обоснована необходимость формирования новой структуры ЭПСП на основе принципов мехатроники, что способствует сокращению состава используемых компонентов привода, возрастанию его точности, быстродействия и надёжности.

Вторая глава посвящена разработке концепции построения и структуры мехатронных ЭПСП повышенной точности и быстродействия. Концепция состоит в образовании мехатронной следящей системы с компьютерным управлением, создании в составе ЭПСП мехатронного силового агрегата и применении в нём мехатронных электропневматических регуляторов давления. В концепции реализованы два принципа мехатронного подхода: доминирования управляющей ЭВМ и конструктивной и функциональной интеграции компонентов. Применение первого принципа позволяет существенно упростить и удешевить мехатронные системы, сделать их более надёжными и долговечными. При этом возрастает гибкость реализации алгоритмов управления при неизменном составе аппаратных средств. Принцип конструктивной и функциональной интеграции подразумевает пропорциональных электропневматических регуляторов давления.

Главная особенность предложенной структуры замкнутого по положению поршня мехатронного ЭПСП, предназначенного для промышленного применения синергетической аппаратной и программной интеграции (рис. 1). Она содержит программно реализованный регулятор и мехатронный силовой агрегат, обладая минимальным количеством аппаратных компонентов. Включение в состав ЭПСП электропневматических мехатронных регуляторов давления (МРД) ведёт к пневмоцилиндра, а пара таких МРД представляет собой основу подсистемы регулирования развиваемой приводом силы. Эта подсистема дополнительно включает в себя пневмоцилиндр и программный блок управляющей ЭВМ, Системное объединение двух МРД, пневмоцилиндра и управляющей ЭВМ названо мехатронным силовым агрегатом (МСА), фактически являющимся электропневматическим силовым приводом с компьютерным управлением (рис..1).

обеспечено согласованное изменение управляющих воздействий на МРД в функции от входного воздействия МСА p.

Повышение быстродействия и точности ЭПСП достигается в результате применения МРД, обладающих достаточно большой пропускной способностью, и эффективных алгоритмов, реализующих линейные и нелинейные законы компьютерного управления. Наличие МСА на базе МРД является отличительной особенностью предлагаемой новой структуры мехатронного ЭПСП.

Рис. 1. Структура электропневматического следящего привода, разрабатываемого в соответствии с мехатронным подходом На основании анализа предложенной классификации установлены две наиболее рациональные структуры мехатронных промышленных ЭПСП:

структура с ПИД-регулятором положения, выдающим управляющее воздействие непосредственно на МСА, и структура с П-регулятором положения и контуром подчинённого регулирования скорости. Разработанная обобщённая структура ЭПСП содержит блок формирования и коррекции задающих воздействий, блок программно реализуемых регуляторов и блок распределения управляющих воздействий в соответствии с желаемым законом управления. Структура ЭПСП содержит также блоки вычисления скорости и корректирующих устройств, обеспечивает программную фильтрацию помех в сигналах обратных связей и управление следящим приводом в режиме жёсткого реального времени.

Таким образом, показано, что ЭПСП должен рассматриваться как мехатронная система, предполагающая синергетическое объединение компонентов различной физической природы и разного функционального назначения для получения более высоких показателей качества такой системы в результате эффективного применения методов компьютерного управления.

В третьей главе даны результаты исследования динамических свойств мехатронного регулятора давления как компонента ЭПСП. Вскрыта внутренняя структура МРД (рис. 2) на примере регулятора давления компании Camozzi и разработана его математическая модель.

Рис. 2. Структура (а) и расчётная схема силовой части (б) мехатронного электропневматического регулятора давления Входящее в состав МРД микропроцессорное устройство управления (МУУ) распределители (ДР) для регулирования давления в промежуточной (пилотной) камере (ПК) (рис. 2а). В зависимости от рассогласования между задающим воздействием и сигналом обратной связи на выходе датчика давления (ДД), распределители осуществляют наполнение и сброс давления, а также запирание исполнительный орган – поршень регулятора (рис. 2б), а положение запорного клапана, жёстко связанного с поршнем, влияет на расход проходящего через регулятор воздуха и интенсивность изменения давления, создаваемого на выходе.

механических пружин (МП) и дополнительных миниатюрных полостей (ДП), оказывающих демпфирующее действие.

Нелинейная математическая модель МРД характеризуется системой из дифференциальных уравнений в форме Коши и учитывает динамику движения пневмомеханических элементов, изменения давлений в полостях регулятора давления, особенности течения воздуха через дросселирующие отверстия в докритическом и надкритическом режимах, влияние сухого и вязкого трения и специфику работы управляющих устройств и пневматических распределителей.

В результате экспериментов установлено, что длительность и характер переходных процессов регулирования давления на выходе МРД зависят от объёма дросселирующих отверстий МРД и давления питания (рис. 3а). Выявлен управления в составе МРД, что оказывает существенное влияние на его свойства.

Исследование частотных характеристик регулятора давления (рис. 3б) показало, что полоса пропускания исследуемого МРД достигает 18…25 рад/с. Поэтому он может рассматриваться как перспективный компонент МСА в составе ЭПСП, к быстродействию.

Рис. 3. Реакции МРД на ступенчатое входное воздействие (а) и ЛАЧХ и линейная модель МРД, характеризующаяся передаточной функцией (ПФ) WRD ( s ) = ( RD s 2 + 2 RD RD + 1) со значениями параметров, зависящими от объёма V выходной полости. Для V, равных 0.01, 2 и 4 л, постоянная времени RD равна соответственно 0.030, 0.050, 0.065 с, а коэффициент демпфирования RD равен соответственно 0.6, 0.4, 0.35. При этом в полосе пропускания МРД для вышеуказанных значений V максимальные различия ЛЧХ модели и реального МРД невелики: по амплитуде 1.3, 1.5 и 2.3 дБ и по фазе 6.0, 8.5 и 7.6 градусов.

Поэтому упрощённая модель МРД рекомендуется для использования в математических моделях МСА и ЭПСП.

Математическая модель МРД реализована в программе моделирования в среде Matlab Simulink. Результаты компьютерного исследования согласуются с результатами, полученными экспериментально, что свидетельствует о корректности математической и компьютерной моделей МРД, являющихся эффективными средствами исследования его динамических свойств.

экспериментальных исследований динамических свойств мехатронного силового агрегата. Математическая модель МСА представляет собой систему из нелинейных дифференциальных уравнений в форме Коши. В модели отражены динамические свойства двух согласованно функционирующих МРД, алгоритм распределения управляющих воздействий, процессы формирования давлений в полостях пневмоцилиндра и развиваемой им силы с учётом сил трения и возмущающих воздействий. Для повышения эффективности синтеза мехатронных ЭПСП целесообразна разработка линеаризованной математической модели МСА, отражающей его динамические свойства и основанной на результатах экспериментальных исследований. Для получения такой модели (рис. 4) выполнена линеаризация исходных нелинейных описаний МСА и применена полученная выше упрощённая математическая модель МРД.

Рис. 4. Структурная схема упрощённой линеаризованной модели МСА Переменные p, xP, P, FВН представляют собой изображения по Лапласу отклонений входного воздействия, положения, скорости поршня и внешней силы от их опорных значений, принятых при линеаризации, соответственно. Параметрами модели являются n – показатель политропы, R – универсальная газовая постоянная, T – температура газа, AP – средняя площадь поршня, V0 и p0 – исходные значения объёмов полостей и давлений в них, принятые при линеаризации, mP – масса подвижных частей; kv – коэффициент динамической вязкости. Значения параметров введённой в модель передаточной функции Wisk ( s ) = K1isk ( 1isk s + 1) найдены на основании экспериментально установленных зависимостей параметров RD и RD модели МРД от объёма полости V при применении метода наименьших квадратов. Показано, что наибольшую точность аппроксимации можно получить при использовании зависимостей RD = k V + l, RD = aV 2 + bV + c. В этом случае Результаты экспериментального исследования МСА подтвердили его работоспособность. Исследование выполнено с использованием разработанного стенда, в состав которого вошли МСА, управляющая ЭВМ, бесконтактный датчик положения поршня, АЦП и аналоговый вычислитель скорости на базе операционного усилителя. Управление от ЭВМ осуществлено в жёстком реальном времени.

Сравнение реакций МСА в виде скорости движения поршня на гармоническое входное воздействие, полученных путём моделирования и экспериментально, показало, что при круговой частоте 3.8…31.4 рад/с эти реакции хорошо согласуются друг с другом. Различия реакций не превышают 2%.

В результате выделения первой гармоники колебаний скорости получены ЛАЧХ и ЛФЧХ МСА, в частности, характеристики (рис. 5), соответствующие амплитуде входного воздействия, эквивалентного амплитуде желаемого давления 0.5 бара.

Рис. 5. ЛАЧХ и ЛФЧХ МСА. (Выходная переменная – скорость поршня) Для проектирования ЭПСП наряду с подробной математической моделью МСА предложена его упрощённая линейная модель, построенная на основании экспериментальных данных. Связь положения поршня с входным воздействием МСА характеризуется передаточной функцией где K MCA – коэффициент усиления МСА, учитывающий коэффициент передачи аналогового дифференциатора; 1 и 2 – постоянные времени апериодических звеньев. Оценки значений 1 = 0.1 c и 2 = 0.03 c для МСА на базе МРД серии ERполучены методом наименьших квадратов. При круговой частоте 3.8 … 25. рад/с различия расчётных и экспериментальных характеристик минимальны.

Анализ математической модели и частотных характеристик МСА позволил сделать вывод о том, что регулятор ЭПСП должен иметь интегральную составляющую закона регулирования для увеличения точности привода и возможности противодействовать силовым возмущениям.

Пятая глава посвящена разработке алгоритмов компьютерного управления и исследованию динамических свойств мехатронных электропневматических следящих приводов с помощью ЭВМ. Для этого разработана компьютерная моделирования в среде Matlab Simulink. Программа отражает динамические свойства МСА, цифровых устройств управления и фильтров, учитывает дискретизацию сигналов по времени и уровню.

Разработанный комплекс алгоритмов реализует линейные и нелинейные автоколебаний, высокую статическую и динамическую точность и малую длительность переходных процессов при выполнении жёстких требований к перерегулированию и количеству колебаний в течение переходного процесса.

компонентов для расширения полосы пропускания и увеличения точности ЭПСП без коррекции по скорости в качестве ядра его управляющей части целесообразно применить ПИД-регулятор положения, отличающийся наличием фильтра нижних частот в канале дифференциальной составляющей регулирования. Управляющее воздействие предложено вычислять, используя разностные уравнения где Т – период квантования по времени; i – номер такта; rp (i ) – воздействие на входе регулятора; rIp (i ) – величина, зависящая от rp (i ) и используемая для вычисления интегральной составляющей регулятора; Ip (i ) и Dp (i ) – текущие значения интегральной и дифференциальной составляющих регулирования соответственно; K R – коэффициент усиления регулятора положения; K Ip и K Dp – коэффициенты усиления интегральной и дифференциальной составляющих; Dp – постоянная времени фильтра. Предложенное реализуемое в ЭВМ ядро ПИДрегулятора положения обеспечивает частоту среза разомкнутого ЭПСП, равную 13.1 рад/с при запасах устойчивости: по амплитуде 9.88 дБ и по фазе 61 град.

Установлено, что в ЭПСП, имеющем контур подчинённого регулирования скорости, целесообразно применять П-регулятор положения и в контуре скорости ПИД-регулятор или два программно реализованных интегро-дифференцирующих звена. Это способствует ослаблению влияния внешней силы на точность привода разомкнутого ЭПСП с коррекцией по скорости равна 14 рад/с при запасах устойчивости по амплитуде 8.55 дБ и по фазе 62.9 град и приблизительно равна полосе пропускания ЭПСП, не имеющего подчинённого контура регулирования скорости. Поэтому сделан вывод, что вариант ЭПСП без коррекции по скорости является более предпочтительным.

Для снижения перерегулирования и времени переходного процесса предложены алгоритмы, реализующие коррекцию задающего воздействия и нелинейный закон формирования коэффициентов пропорциональной K R и интегральной K Ip составляющих регулирования положения ЭПСП:

где K R 0 и K Ip 0 – постоянные коэффициенты; K BLF и K AD16 – коэффициенты передачи датчика положения и АЦП. Высокое качество процессов регулирования обеспечивается при значениях параметров k R = 0.1, k Ip = 0 и = 40 мм.

использовании нелинейного закона формирования rIp (i ) :

где xP = 0.1 мм – параметр, значение которого выбирается из условия отсутствия автоколебаний, обусловленных сухим трением. Процессы регулирования в ЭПСП, полученные с применением описанных алгоритмов, (рис. 6) свидетельствуют об их высоком качестве.

Рис. 6. Результаты компьютерного моделирования реакций ЭПСП с ПИДрегулятором положения на ступенчатое входное воздействие при действии внешней силы F = 3500 Н (а) и на гармоническое входное Согласованность результатов синтеза и компьютерного моделирования ЭПСП свидетельствует о корректности компьютерной модели ЭПСП и целесообразности применения описанного в диссертации метода синтеза.

Для увеличения точности ЭПСП обоснована целесообразность применения каскада аналоговых и цифровых фильтров в каналах передачи сигналов обратных связей. Предложено использовать многократное считывание и усреднение сигнала ОС в течение одного такта работы программы управления, фильтр, корректирующий сигнал ОС с учётом максимально допустимого его изменения в экспоненциального сглаживания.

В шестой главе приведены результаты экспериментального исследования мехатронного ЭПСП с МСА и компьютерным управлением. Для проведения экспериментов разработан лабораторный стенд, включающий в себя МСА, управляющую ЭВМ и привод-нагружатель, создающий нагрузку на шток элементами реализованы с помощью промышленных плат ACL8216 и A812PG, управляющей ЭВМ написана на языке С++, содержит подпрограмму-обработчик прерываний и работает под управлением операционной системы MS-DOS7.1 в режиме реального времени с периодом квантования T = 1 мс. МСА реализован на базе цилиндра с длиной хода 320 мм и диаметром поршня 125 мм, двух МРД серии ER 200 компании Camozzi, датчика положения компании Balluff серии BTL с погрешностью не более 4 мкм и аналогового дифференциатора. Для создания внешней силы использован пневмоцилиндр, закреплённый соосно с испытуемым и направленный ему навстречу, и МРД, подключённый к бесштоковой полости привода-нагружателя.

В результате экспериментального исследования мехатронного ЭПСП без коррекции по скорости установлено, что значения параметров регулятора положения, которые позволяют достигать высокой точности и быстродействия, компьютерного моделирования. Экспериментально полученные реакции ЭПСП согласуются с реакциями, которые даёт компьютерная модель. Поэтому для практического применения рекомендуются разработанные модели, программы, алгоритмы и методика выбора значений параметров регуляторов ЭПСП.

Как показало экспериментальное исследование, ЭПСП, содержащий контур подчинённого регулирования скорости, обладает высокой точностью и быстродействием при использовании П-регулятора положения и ПИД-регулятора скорости. Эксперименты подтвердили целесообразность использования нелинейных законов управления и коррекции задающего воздействия для повышения точности привода и качества процесса регулирования (рис. 7). При действии внешней силы до 3500 Н погрешность позиционирования не превышает 0.1 мм. Ошибка воспроизведения гармонического воздействия с круговыми частотами 0.3 и 3.0 рад/с и амплитудой 50 мм не превышает 4 и 9 мм соответственно (рис. 7). При перемещении поршня на 150 мм длительность переходного процесса равна 0.4 с, а перерегулирование не превышает 5 %.

Рис. 7. Результаты экспериментального исследования реакций ЭПСП на ступенчатое воздействие при действии внешней силы до 3500 Н (а) и на Экспериментально установлено, что у разработанного типа ЭПСП по сравнению с приводом-прототипом погрешность позиционирования и время регулирования уменьшены в 50 и 10 раз соответственно, а полоса пропускания и максимальная скорость в режиме слежения возросли в 30 и 15 раз соответственно.

Круговая частота входного сигнала, при которой динамическая ошибка не превышает 10 мм, увеличилась в 30 раз и составляет 3 рад/с. Подтверждена эффективность предложенных операций фильтрации, которые позволяют уменьшить интенсивность помех в сигналах обратных связей более чем в 50 раз.

Таким образом, результаты экспериментального исследования подтвердили высокие динамические свойства мехатронных ЭПСП, имеющих предложенные структуры и построенных с применением разработанных линейных и нелинейных алгоритмов компьютерного управления.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИССЛЕДОВАНИЯ

Решена актуальная научно-техническая задача повышения точности и быстродействия промышленных мехатронных электропневматических следящих приводов с компьютерным управлением.

Для повышения точности и быстродействия электропневматических следящих приводов целесообразно формировать их как мехатронные системы, содержащие мехатронные силовые агрегаты, образующие подсистемы регулирования давлений в полостях пневмоцилиндра на основе мехатронных регуляторов давления, и средства компьютерного управления.

Результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований подтвердили основные теоретические положения и показали, что предложенные структура системы управления и алгоритмы, реализующие обеспечивают высокое быстродействие и малые статическую и динамическую погрешности мехатронных электропневматических следящих приводов.

В результате применения предложенных структуры и алгоритмов управления мехатронный привод обладает высокой динамической точностью.

Погрешность позиционирования по сравнению с погрешностью существующих следящих приводов на основе распределителей дискретного действия уменьшена в 50 раз и не превышает 0.1 мм, скорость движения объекта управления повышена в 15 раз и достигает 0.5 м/с при выполнении требований к качеству переходных процессов. Погрешность ЭПСП при отработке синусоидального входного воздействия с амплитудой 50 мм снижена более чем в 10 раз и составляет 4 и мм при круговых частотах 0.3 и 3 рад/с.

Установлено, что время регулирования при перемещении на 150 мм при отработке приводом ступенчатых задающих воздействий сократилось в 10 раз распределителей дискретного действия и составляет не более 0.4 с.

мехатронных электропневматических приводов и их компонентов с помощью ЭВМ являются разработанные программы компьютерного моделирования привода, мехатронного силового агрегата и мехатронных пропорциональных регуляторов давления. Экспериментально полученные реакции ЭПСП хорошо согласуются с реакциями компьютерных моделей ЭПСП, что свидетельствует об их корректности.

повышенной экономичностью благодаря использованию мехатронных регуляторов давления, регулирующие пневмомеханические элементы которых обладают положительным перекрытием. Они могут быть легко защищены от действия агрессивных факторов окружающей среды и рекомендуются для промышленного применения в жёстких условиях эксплуатации.

Эффективным средством увеличения точности и качества переходных процессов ЭПСП является применение комплекса разработанных алгоритмов, реализующих линейные и нелинейные законы управления.

Разработанные структура ЭПСП, математические модели и алгоритмы управления внедрены в ООО «Камоцци Пневматика» в практику проектирования мехатронных приводов для флотационных технологических установок.

Полученные результаты рекомендуются для применения на предприятиях, разрабатывающих и применяющих ЭПСП в составе робототехнических и технологических систем, работающих в жёстких производственных условиях: на машиностроительных предприятиях, в металлургии, горнодобывающих и горноперерабатывающих отраслях, в производстве продуктов питания, в экстремальной робототехнике, нефтегазовой отрасли, деревообработке и упаковке.

По теме диссертации опубликованы следующие работы пропорционального электропневматического регулятора давления. / Материалы XI научной конференции МГТУ «Станкин» и «Учебно-научного центра математического моделирования МГТУ «СТАНКИН» – ИММ РАН» по математическому моделированию и информатике: Сборник докладов. / Под. ред. Казакова О.А.. – М.: ИЦ ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН». 2008. – с.289-292.

Харченко А.Н. Разработка электропневматических следящих приводов для технологических систем на базе мехатронных компонентов. / XXXIV ГАГАРИНСКИЕ ЧТЕНИЯ. Научные труды Международной молодёжной научной конференции в томах. Москва, 1-5 апреля 2008 г. / Ответственный редактор Сердюк Н.И. – М.: МАТИ, 2008. – Т.1 – с. 212-215.

Харченко А.Н. Разработка электропневматических следящих приводов для транспортных роботов на базе мехатронных компонентов. / Актуальные проблемы защиты и безопасности: Труды Одиннадцатой Всероссийской научно-практической конференции. (1-4 апреля 2008 г.). Том 5. «Экстремальная робототехника», 618стр., докладов, 161 автор. СПб.: НПО Специальных материалов, 2008 – с. 449-454.

электропневматических следящих приводов на основе мехатронного силового агрегата.

/ ВЕСТНИК Воронежского государственного технического университета ISSN 1729главный редактор Фролов В.Н. / ГОУ ВПО «Воронежский Государственный технический университет» / Том 4 № 11 2008 г. – с.80-84.

Харченко А.Н., Илюхин Ю.В. Современные электропневматические следящие приводы в промышленности и робототехнике. / Вестник МГТУ «СТАНКИН».

Гл. редактор Григорьев С.Н. Научный рецензируемый журнал. М.: МГТУ «СТАНКИН», № 4 (4), 2008. – 208с.:ил. – с.101-106.

Харченко А.Н., Илюхин Ю.В. Электропневматические пропорциональные регуляторы давления компании Камоцци. / Новости приводной техники. 2008, №2 (82) – с.3-4.



 
Похожие работы:

«ГАЛАЙ МАРИНА СЕРГЕЕВНА СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ФОРМООБРАЗОВАНИЯ И УПРОЧНЕНИЯ БЕССТЫКОВОГО РЕЛЬСОВОГО ПУТИ Специальность 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2011 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Сибирский...»

«Столяров Дмитрий Петрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ И КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ КРАНА МОСТОВОГО ТИПА 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Томск 2010 2 Работа выполнена в Томском государственном архитектурностроительном университете Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент Орлов Юрий Александрович Официальные оппоненты : доктор технических наук,...»

«УДК 621.81 АБОРКИН Артемий Витальевич ИССЛЕДОВАНИЕ И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ МАШИН СО СВАРНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ Специальность 05.02.02 – Машиноведение, системы приводов и детали машин АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Владимир 2010 Работа выполнена на кафедре Технология машиностроения ГОУ ВПО Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых Научный руководитель – доктор технических наук, профессор...»

«Копанева Ирина Николаевна МОНИТОРИНГ И УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛОГИКИ АНТОНИМОВ Специальность 05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург - 2002 Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, В.Н. Тисенко Официальные оппоненты : доктор технических...»

«ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ УЛУЧШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДИЗЕЛЕЙ ПУТЕМ СОЗДАНИЯ НОВЫХ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОПЛИВ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ Специальность: 05.04.02 - тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Нижний Новгород 2011 2 Работа выполнена в Кировском филиале Московского государственного индустриального университета Научный консультант : доктор технических наук, профессор Карташевич...»

«УДК 629.735.33.01 ДОЛГОВ ОЛЕГ СЕРГЕЕВИЧ Моментно-инерционный фактор в формировании облика самолета Специальность 05.07.02. Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Москва - 2011 -2 Работа выполнена на кафедре Проектирование самолетов в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) Научный консультант : доктор технических наук, профессор...»

«Горемыкина Светлана Сергеевна ИССЛЕДОВАНИЕ ОГРУБЛЕНИЯ ДЕНДРИТОВ И РАЗРАБОТКА МЕТОДА РЕГУЛИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ Специальность 05.02.01 Материаловедение (машиностроение) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Волгоград – 2008 2 Работа выполнена на кафедре Машины и технологии литейного производства Волгоградского государственного технического университета Научный руководитель : доктор технических наук, профессор...»

«ФИГУРА КОНСТАНТИН НИКОЛАЕВИЧ ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ СМЕСИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ С ВНУТРЕННИМИ ВИБРОАКТИВАТОРАМИ Специальность: 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Братск 2013 Работа выполнена в ФГБОУ ВПО Братский государственный университет Научный руководитель : кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины...»

«АНФИЛАТОВ АНТОН АНАТОЛЬЕВИЧ СНИЖЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ОКСИДОВ АЗОТА В ОТРАБОТАВШИХ ГАЗАХ ДИЗЕЛЯ 2Ч 10,5/12,0 ПУТЕМ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАНОЛА С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук профессор Лиханов Виталий Анатольевич...»

«ОБЪЯВЛЕНИЕ О ЗАЩИТЕ КАНДИДАТСКОЙ ДИССЕРТАЦИИ Ф.И.О Сенкевич Кирилл Сергеевич Название диссертации Разработка технологии получения динамических имплантатов из сплавов на основе титана и никелида титана способом диффузионной сварки 05.02.01 Материаловедение (машиностроение) Специальность Отрасль наук и Технические науки Шифр совета Д 212.110.04 Тел. ученого секретаря 417-8878 E-mail mitom@implants.ru Предполагаемая дата защиты 29 декабря 2009г. в 14.30 диссертации Место защиты диссертации...»

«ГЛУХОВ АЛЕКСАНДР АЛЕКСАНДРОВИЧ СНИЖЕНИЕ ДЫМНОСТИ ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ ДИЗЕЛЯ 2Ч 10,5/12,0 ПРИ РАБОТЕ НА МЕТАНОЛЕ С ДВОЙНОЙ СИСТЕМОЙ ТОПЛИВОПОДАЧИ Специальность 05.04.02 – тепловые двигатели Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург – 2009 2 Работа выполнена в ФГОУ ВПО Вятская государственная сельскохозяйственная академия Научный руководитель : доктор технических наук профессор Лиханов Виталий Анатольевич Официальные оппоненты...»

«Гаар Надежда Петровна ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ 12Х18Н9Т В УСЛОВИЯХ ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ 05.02.07 – Технология и оборудование механической и физико-технической обработки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск - 2010 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск Научный...»

«Абызов Алексей Александрович ОСНОВЫ ТЕОРИИ И МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ХОДОВЫХ СИСТЕМ БЫСТРОХОДНЫХ ГУСЕНИЧНЫХ МАШИН Специальность 05.05.03 – Колесные и гусеничные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Челябинск – 2013 Работа выполнена на кафедре Прикладная механика, динамика и прочность машин ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет) доктор технических наук, профессор...»

«Епифанов Дмитрий Владимирович МЕТОДИКА ВЫБОРА ТИПА И ХАРАКТЕРИСТИК АГРЕГАТОВ НАДДУВА АВТОМОБИЛЬНОГО ДВС УДОВЛЕТВОРЯЮЩЕГО ПЕРСПЕКТИВНЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ И ЭКОНОМИЧЕСКИМ ТРЕБОВАНИЯМ Специальность 05.04.02 – Тепловые двигатели АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Нижний Новгород – 2010 Работа выполнена на кафедре Энергетические установки и тепловые двигатели Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева...»

«ГРИГОРЬЕВ ЕВГЕНИЙ ЮРЬЕВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ВИБРАЦИИ КОЛЬЦЕВЫХ ДИФФУЗОРОВ ГАЗОВЫХ ТУРБИН Специальность 05.04.12 – Турбомашины и комбинированные турбоустановки АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва – 2014 Работа выполнена на кафедре Паровых и газовых турбин ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский университет МЭИ Научный руководитель : Зарянкин Аркадий Ефимович заслуженный деятель науки и техники РФ,...»

«Кабаева Ольга Николаевна Разработка способа и средств пассивной адаптации деталей различных видов соединений при автоматизированной сборке на основе метода позиционирования Специальность 05.02.08. Технология машиностроения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2006 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профильного образования государственная Ковровская технологическая академия им. В.А.Дегтярева...»

«ОСИПОВ Александр Вадимович ПОВЫШЕНИЕ ЭКОНОМИЧНОСТИ ДВУХСТУПЕНЧАТОГО ОТБОРНОГО ОТСЕКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ Специальность 05.04.12 Турбомашины и комбинированные турбоустановки Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург 2002 Работа выполнена в Брянском государственном техническом университете. Засл. деятель науки и техники РФ, Научный руководитель доктор техн. наук, профессор В.Т. Буглаев. Официальные оппоненты : – Засл. деятель...»

«БУРДЫГИНА ЕКАТЕРИНА ВАЛЕРЬЕВНА ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ УСТАНОВОК ПЕРВИЧНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ НЕФТИ Специальность 05.02.13 – Машины, агрегаты и процессы (Машиностроение в нефтеперерабатывающей отрасли) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Уфа - 2003 2 Работа выполнена в Уфимском государственном нефтяном техническом университете. Научный руководитель доктор технических наук, профессор Байков Игорь...»

«Зезюлин Владимир Александрович СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ НАКОНЕЧНИКОВ ЗУБЬЕВ РЫХЛИТЕЛЕЙ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ Специальность 05.05.04 – Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Омск 2010 2 Работа выполнена в ГОУ ВПО Тюменский государственный архитектурностроительный университет (ТюмГАСУ, г. Тюмень) и ГОУ ВПО Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ,...»

«Сергеева Ирина Владиславовна Моделирование зацепления при проектировании приводов машин на основе спироидных передач Специальность 05.02.02 - Машиноведение, системы приводов и детали машин (технические наук и) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Новосибирск – 2012 Работа выполнена на кафедре Подъемно-транспортные, путевые, строительные и дорожные машин Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего...»








 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.