Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Курсовой проект (вариант 4) - файл ИСПУ по заданию 4.doc


Курсовой проект (вариант 4)
скачать (205.6 kb.)

Доступные файлы (1):

ИСПУ по заданию 4.doc10429kb.28.01.2007 16:29скачать

содержание

ИСПУ по заданию 4.doc

Федеральное агентство по образованию

Уфимский государственный авиационный технический

университет


Кафедра АТС


Курсовая работа

по дисциплине «Интегрированные системы проектирования и управления»

на тему

«Адаптивная система управления процессом резания»
Выполнил: гр. АТП-425
Проверил: Лютов А.Г.
Уфа, 2006г
ЗАДАНИЕ

на курсовую работу

по дисциплине "Интегрированные системы проектирования и управления"

Выдано студенту ___ ._____________________________ группы ____АТП-425_________2006 г.

Срок сдачи работы: 16 неделя.

Тема работы: Синтез адаптивной системы управления _____________________________________________________________________________

^ Исходные данные к работе:

Структура и параметры основного контура системы определяются данными своего варианта из курсового проекта по теории управления_______________________________________________________________________________

^ Требования к содержанию работы:

1. Анализ технологического процесса, аппарата, автономной технической системы как обьекта управления (ОУ);

- определение входных и выходных переменных, возмущающих воз­действий и каналов управления;

- определение цели управления;

2. Определение структуры основного контура системы;

3. Определение математической модели ОУ и управляющего устройс­тва основного контура;

4. Обоснование необходимости применения адаптивного управления;

5. Выбор класса адаптивной системы управления (АдСУ);

6. Разработка структурной схемы АдСУ;

7. Выбор метода и алгоритма адаптивного управления;

8. Разработка функциональной схемы АдСУ;

9. Синтез АдСУ (расчет элементов контура адаптации);

10. Моделирование АдСУ на ЭВМ;

11. Выводы о качестве работы АдСУ по результатам моделирования.
Требования к оформлению работы:

1. Текстовая часть - пояснительная записка объемом 20-25 листов формата А4, оформленная в соответствии с требованиями СТП УГАТУ 002-98.

2. Графическая часть должна в общем случае включать:

  • теоретический чертеж модели объекта управления;

  • структурную электрическую схему АдСУ;

  • схему алгоритма управления;

  • графики переходных процессов в основном контуре и процессов настройки АдСУ;



Задание выдал _________________ (подпись)

Содержание

Введение…………………………………………………………………………….4

1. Анализ технологического процесса как объекта управления………………5



2. Определение структуры основного контура системы………………………7
3. Определение математической модели объекта управления………………..8
4. Обоснование необходимости применения адаптивного управления………………………………………………………………………..11
5. Выбор класса адаптивной СУ………………………………………………...12
6. Синтез АдСУ…………………………………………………………………..12
7. Моделирование АдСУ на ЭВМ………………………………………………14
8. Вывод о качестве работы АдСУ по результатам моделирования………….18
Заключение…………………………………………………………………………19
Список литературы…………………………………………………………………20


Введение


В настоящее время наибольшее распространение получили системы управления по силовым параметрам (координатами) процесса резания (силам, моменту, мощности).

Несмотря на продолжительный период многочисленных исследований по созданию САУ силовыми координатами процесса резания проблемы построения надежных, удовлетворяющих требованиям автоматизированного производства этих систем не решены.

Основными причинами такого состояния являются:

  1. Отсутствие требуемого качества (прежде всего по надежности, быстродействию, точности) датчиков текущей информации о силовых координатах.

  2. Связанное с первой причиной отсутствие исследований по разработке алгоритмов управления процессами резания в условиях их существенной нестабильности (резкие колебания припусков заготовки, прерывистое резание при фрезеровании, точение поверхностей с отверстиями и пазами).


Регулирование силовыми координатами процесса резания обычно осуществляется изменением сечения среза (s*t). Наиболее чувствительны силы резания к изменению глубины резания t. Но этот параметр связан с припуском на обработку, и его изменять возможно при многопроходной обработке.

Таким образом, в основном управляющим воздействием для динамического звена «процесс резания» в САУ силовыми координатами является линейная скорость подачи инструмента (суппорта), а выходными координатами – составляющие силы резания при упругой деформации системы СПИД.
Такой технологический процесс как процесс резания подвержен существенным внутренним и внешним сигнальным и параметрическим возмущениям. Одним из эффективных подходов к построению систем управления такими процессами является реализация их в классе адаптивных систем.
Целью данной курсовой работы является синтез адаптивной системы управления процессом резания (точение) с оптимальной температурой резания, а также приобретение практических навыков анализа технологических процессов как ОУ, моделирования на ЭВМ синтезированной АдСУ и технической реализации элементов системы управления.

^



1. Анализ технологического процесса как объекта управления






























Wшп













S





ПГД

ПП




СЧПУ

Рисунок 1 – Теоретический чертеж модели процесса резания




Процесс токарной обработки (продольного точения) представляет собой сложную систему, которая в упрощенном виде показана на рис.1.

В качестве выходных координат процесса резания можно взять температуру в зоне резания, параметры стружки, силу резания, уровень шероховатости обработанной поверхности, износ инструмента, скорость резания и др.

В данном случае, мы за выходную координату возьмём шероховатость в зоне резания – Rz (мкм), т.к. ей соответствует качество процесса резания.

На выходную координату оказывают влияние: диаметр фрезы D, число зубьев фрезы z, ширина фрезерования B, подача на зуб Sz, частота вращения шпинделя nш. В нашем случае подача эффективнее всего влияет на шероховатость в зоне резания. Поэтому управляющая координата – S (мкм/об).

По условию, на ПР в качестве возмущения действует изменение величины снимаемого припуска в пределах tП MAX - tП MIN.
Учитывая вышесказанное, ПР в качестве объекта управления можно представить следующим образом:


Процесс резания

Sz






Rz

Рисунок 2 – Схема процесса резания
Целью управления процессом токарной обработки является:

-обеспечение высокой стабильности заданного уровня глубины резания t инструмента;

-получение желаемого качества поверхностного слоя детали (требуемое отклонение выходной координаты Rz должно составлять не более ±1,2мкм).


2. Определение структуры основного контура системы

Основной контур системы состоит из следующих элементов:

1. Устройство ЧПУ - осуществляет управление процессом резания путем выдачи задающих сигналов на исполнительные приводы;

2. Приводы подач (ПП)- обеспечивают необходимую подачу режущего инструмента, посредством которой можно эффективно управлять шероховатостью Rz.

3. Привод главного движения (ПГД)- формирует подачу (S) от которой в процессе токарной обработки зависит температура в зоне резания (Q=6800C).

Перекрестные связи существующие в процессе резания будем воспринимать как возмущения.



Процесс

резания


ПП

Us

S

Rz


Задание


УЧПУ






ПГД

Uwшп

Wшпп

Q0





Рисунок 3 – Основной контур системы



Рисунок 4 – Контур САР шероховатости в зоне резания

3. Определение математической модели объекта управления и управляющего устройства основного контура

^

3.1 Определение математической модели ПГД


В качестве привода главного движения выступают: двигатель, преобразователь электрический, передаточное устройство.
Двигатель.

Необходимо учесть характеристики двигателя, особенности работы которого описываются системой уравнений:

U=E+I*R+L*dI/dt;

E=Ce*Ф*W;

M=Mc+J*dW/dt;

M=Cm*Ф*I .
UВ – напряжение на обмотке возбуждения двигателя;

UВ = const.
Передаточная функция двигателя имеет вид:

, где

, , ,

, , .
LЯ – индуктивность обмотки якоря;

RЯ – активное сопротивление обмотки якоря;

JЯ – ток в обмотке якоря;

ФД – поток возбуждения двигателя;

М – номинальная скорость вращения вала двигателя;

PН – номинальная мощность двигателя;

UН – номинальное напряжение на обмотке двигателя;

С – конструктивная постоянная;

JПР – суммарный момент инерции, приведенный к оси двигателя.
Тя=(1,8*10^(-3))/0,08=0,0225;

Iя=(14*10^3)/(0,86*220)=74 А;

м=2*3,14*3150/60=329,7 рад/c;

jпр=3*0,23=0,69кг*м^2;

Тм=0,69*0,08/0,652=0,13;

с*Фя=(220-74*0,08)/329,7=0,65;

Кд=1/с*Ф=1/0,65=1,538;





Рисунок 5 – Структурная схема двигателя

(1/R)/(1+Тя*p)=(1/0,08)/(1+0,0225*p)=12,5/(1+0,021*p);

c*Фм=j*н/Iя=0,69*329,7/74=3,07;

c*Фя=0,65;

1/(j*p)=1/0,69*p.
Передаточная функция имеет вид:


W(p) = 1,538/(0,0029*p^2+0,13*p+1)
^ Преобразователь электрический.

Передаточная функция ПЭ имеет вид:



W(p) = Кпэ/(Т1*p+1)(Т2*p+1) = 22/(0,142*p+1)(0,341*p+1), где T1=0,142 c; T2=0,341c.


KПЭ найдем из условия:

Kпэ=Uд/Uпэ=220/10=22.
Передаточное устройство.

Передаточная функция ПУ имеет вид:

Зная номинальные значения частоты вращения вала двигателя и подачи, запишем передаточную функцию:



W(p) = Кпу/ (Т*p+1)= 0,044, где T=0,008 c.

Кпу=S/н=14,47*60/2*3,14*3150=0,044;
W(p)=0,044/(0,008*р+1).

^

3.2 Определение передаточной функции процесса резания


Структурная схема процесса резания приведена на рисунке 2.
Исследования динамики процесса резания показывают, что наибольшее влияние на длительность переходного процесса оказывает величина подачи S, мкм/об. Увеличение подачи приводит к некоторому увеличению длительности переходного процесса. Глубина резания, являющаяся возмущающим воздействием, практически не оказывает влияние на длительность переходного процесса.
Шероховатость в зоне резания определяется в виде:
RZ = 26,45 · S 0,37 · tп – 0,18
Здесь управляющим воздействием является подача S, а в качестве возмущения выступает величина t – глубина резания.
Rz=*(S0,37)
Передаточная функция процесса резания:

W(p) = dRz/dS = *0,37*S-0,63 = 1150-0,18*26,45*0,37*14,47-0,63 = 0,5.

^

4. Обоснование необходимости применения адаптивного управления



Обычные (неадаптивные) системы управления рассматриваются, исходя из следующих предпосылок:

  • характер возмущающих воздействий на СУ известен;

  • структура и параметры ОУ и СУ неизменны.


Однако в действительности:

  • характеристики внешних и внутренних воздействий на СУ могут существенно отличаться от принятых при расчете;

  • свойства ОУ могут изменяться непредвиденным образом под действием внешних и внутренних факторов.


Все эти отличия на практике приводят к расстройке системы, отклонению от расчетных режимов работы, ухудшению показателей качества управления, потере устойчивости. Задача управления усложняется.

Управление такими объектами возможна в том случае, если тем или иным способом организовать получение и использование оперативной информации о происходящих в ОУ изменениях. Это и есть адаптация.
АдСУ можно представить состоящей из двух частей:

  1. Основной СУ, образованной контуром: УУо – ОУ – ОС (решает задачи в соответствии со своим назначением).

  2. Контур адаптации УУа (осуществляет настройку основного контура, изменяя его параметры или структуру с целью обеспечения необходимого качества процессов управления при изменяющихся условиях работы). Контур адаптации – второй уровень управления.


Коэффициент передачи процесса резания может изменяться в большое количество раз. На изменение КОУ могут оказывать влияние и другие факторы: изменение условий среды, в которой происходит обработка, изменение физико-химических свойств обрабатываемого и инструментального материала.

При таких вариациях коэффициента передачи процесса резания обычные САУ температурой резания с постоянными параметрами корректирующих и управляющих элементов не смогут обеспечить требуемые условия точности в изменяющихся условиях процесса резания.

Для обеспечения требуемых свойств системы необходимо синтезировать структуру АдСУ, инвариантную к изменению коэффициента передачи объекта управления.

^

5. Выбор класса адаптивной СУ



Инвариантность к изменению коэффициента передачи объекта управления можно обеспечить введением в основной контур управления сигнала, обратно пропорционального изменению этого коэффициента. В предлагаемой системе управления процессом резания коррекция по изменению коэффициента передачи объекта управления осуществляется с помощью контура адаптации, формирующего величину изменения коэффициента передачи объекта управления (система приведена на рисунке 6).


Рисунок 6 – Адаптивная система управления с коррекцией по изменению коэффициента передачи процесса резания


^

6. Синтез адаптивной системы управления (расчет элементов контура адаптации)


Передаточная функция модели электропривода в данном случае состоит из передаточных функций двигателя, преобразователя электрического и передаточного устройства (Wд, Wпэ и Wпу соответственно).
Передаточная функция модели электропривода:
WМ.ЭП=WД *WПЭ *WПУ.
WМ.ЭП=1,538/(0,0029*p^2+0,13*p+1) * 22/(0,142*p+1)(0,341*p+1) * *0,044/(0,008*р+1).

Передаточная функция модели процесса резания:
WМ.ПР=*0,37*S-0,63 = 0,5

^

В качестве регулятора выступает интегро-дифференцирующее звено с передаточной функцией:



WРЕГ= (0,142р+1)(0,341р+1)/(0,19р)(0,221р+1).



Рисунок 7 – структурная схема адаптивной системы управления с коррекцией по изменению коэффициента передачи процесса резания


^

7. Моделирование АдСУ на ЭВМ



Переходный процесс САУ без возмущения с корректирующим устройством:

Рисунок 8 – Переходный процесс САУ без возмущения с КУ
tПП=3 c, величина перерегулирования  = 0%.







Переходный процесс САУ с возмущением, с КУ:



Рисунок 9 – переходный процесс САУ с возмущением (на 5 секунде) и с корректирующим устройством


Время переходного процесса tПП=3 c, величина перерегулирования  = 0%.


Переходный процесс АдСУ с возмущением, с подключенным контуром адаптации:

Рисунок 10 – переходный процесс АдСУ с возмущением (на 5 секунде), с подключенным контуром адаптации.


Переходный процесс АдСУ с возмущением, с отключенным контуром адаптации:
Рисунок 11 – переходный процесс АдСУ с возмущением (на 5 секунде), с отключенным контуром адаптации.

^

8. Выводы о качестве работы АдСУ по результатам моделирования





  1. Система не теряет устойчивости, даже при изменении коэффициента процесса резания во много раз. При подключенном контуре адаптации система не теряет устойчивости.

  2. Переходный процесс имеет следующие показатели:

    • время переходного процесса tПП=3 секунды.

    • перерегулирование  = 37%

  3. Система быстро отрабатывает скачкообразные возмущения (t=4с).

  4. Из графиков переходных процессов видно (рис. 10, 11), что при отключенном контуре адаптации при скачкообразном изменении коэффициента резания система приобретает колебательный характер. При включенном контуре адаптации уменьшается перерегулирование и значительно сокращается время стабилизации.

При введении синусоидального возмущения (=0,2, А=2) изменение переходного процесса на графике практически не заметно. Таким образом, плавно изменяющиеся возмущения практически не влияют на устойчивость системы.




Заключение




В ходе выполнения курсовой работы была синтезирована адаптивная система управления шероховатостью Rz в зоне резания по изменению коэффициента передачи процесса резания, были получены практические навыки в анализе и составлении математических моделей объектов управления (процесс резания). Приобретен опыт моделирования и анализа АдСУ с помощью пакета прикладных программ Matlab.

Была синтезирована простейшая система адаптивного управления, которая, тем не менее, полностью удовлетворяет поставленным задачам. Полученная система устойчива и отрабатывает любые теоретически сколь угодно большие изменения коэффициента резания. Все элементы контура адаптации физически реализуемы.


^ Список литературы


  1. Основы автоматизации и управления технологическими процессами в машиностроении: Учебное пособие для студентов технических вузов / В.Ц. Зориктуев, Н.С. Буткин, А.Г. Схиртладзе, А.Г. Лютов, Ю.А. Никитин. Под общ. Ред. В.Ц. Зориктуева, Н.С. Буткина. – Уфа: Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т, 2000. – 406 с.




  1. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.-Л.: Энергоиздат. Ленингр.отд-ние, 1982г.




  1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического управления». – СПб, 2003г.


4. Косилова А. Г. Справочник технолога-машиностроителя. –М.: Машиностроение, 1985г.


Скачать файл (205.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации