Xreferat.com » Рефераты по коммуникации и связи » Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Тема: "Проектирование управляемого привода в электромеханических системах"


Техническое задание на проектирование управляемого электропривода


1. Конструктивная схема (рис. 1) промышленного робота (ПР) с грузоподъемностью от 10 до 30 кг, используемого в сборочных операциях в автомобильной промышленности. ПР – автоматическая стационарная машина, имеющая исполнительный механизм (манипулятор) с тремя степенями подвижности. Два механизма поворота, расположенные в шарнирах 1 и 2, осуществляют программные повороты j1(t), j2(t) вокруг вертикальных осей (1–1 и 2–2 соответственно), механизм подъема 3 осуществляет поступательное перемещение С3(t) объекта манипулирования, зажатого в захватывающем механизме 4. В механизме подъема 3 использована зубчато-реечная передача с зубчатой рейкой 5 и зубчатой шестерней 6.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 1. Конструктивная схема промышленного робота


2. Перемещения по степеням подвижности осуществляются последовательно, начиная с перемещения j1(t).

3. Силовой модуль первого из индивидуальных приводов промышленного робота (рисунок 1) сосредоточен в центре масс шарнира 1. Центр тяжести груза (объекта манипулирования) совпадает с центром приведения масс захватывающего механизма 4.

4. Для данного ТЗ управляемый привод по координате j1(t) – программный, типа «угол – угол».

5. Описание и параметры программных траекторий рабочих циклов исследуемого привода приведены на рисунках 2 и 3.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 2. Первая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 3. Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах


6. Масса зубчатой рейки mp = 5 кг, минимальное mmin = 15,5 кг и максимальное mmax= 25 кг значения массы груза вместе с массой захватывающего механизма.

7. Длина звеньев манипулятора l1= 0,5 м и l2 = 0,5 м (рис. 1).

8. Массы звеньев m1 = 54 кг и m2 = 4 кг.

9. Расстояние от центров масс звеньев до соответствующих шарниров

r1 = 0,25 м и r2 = 0,25 м.

10. Динамические моменты инерции J1 = 0,3 кг.м2 и J2= 0,25 кг.м2 первого и второго звеньев относительно вертикальных осей, проходящих через их центры масс. Максимальный J3max = 0,3 кг.м2 и минимальный J3min= 0,15 кг.м2 динамические моменты инерции третьего звена: зубчатой рейки с захватывающим механизмом и грузом.

11. Коэффициент вязкого трения Квт = 0,04.

12. Момент сухого трения Мо = 0,05 Н.м.

13. КПД редуктора h = 0,65.

14. Передаточное отношение зубчато-реечной передачи iрп.

15. Параметры усилителя мощности kу = 220, Tm = 0,0015 с.

16. Статическая e= 1,0% и динамическая eд = 0,9% допустимые погрешности привода.

17. Прямые показатели качества: перерегулирование s = 25% и время переходного процесса tпп = 1,5 c.


Введение


Управляемый электропривод получил широкое применение во всех сферах жизни и деятельности общества от промышленного производства до бытовой техники. Широта применения определяет исключительно большой диапазон мощностей электроприводов и значительное разнообразие их исполнения. В управляемом электроприводе нашли применение и получили развитие основные достижения современной техники управления.

В ходе выполнения курсовой работы необходимо разработать конкретный электропривод, программно управляющий угловым перемещением промышленного робота-манипулятора по одной из трех степеней подвижности.

Для наглядности корректности функционирования синтезированного управляемого электропривода выполнение работы включает построение его цифровой модели и оценку ее качественных показателей, используя средства компьютерного моделирования.


1 Энергетический расчет привода


1.1 Определение заданных программных траекторий


Определим постоянную времени Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, относительно которой рассчитываются уравнения траекторий


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.1)

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах.


Приведем максимально возможное значение угловой координаты перемещаемой нагрузки к размерности [рад].


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.2)

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах


Рассчитаем неопределенные параметры для первой возможной траектории движения рабочей нагрузки за время одного цикла работы двигателя.

Таблица 1.1

t

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[0; t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

at a
[t1; 2t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

b 0
[2t1; 13t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0 0
[13t1; 14t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0
[14t1; Tц]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

a

Для нахождения параметров траектории решим систему уравнений (1.3), приравняв значения угла поворота и скорости нагрузки в общих для сопряженных участках точках.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах. (1.3)


Из второго уравнения системы (1.3) получим зависимость для параметра b и подставим его в первое выражение.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах. (1.4)


Получим численные значения параметров a и b.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.5)


По формуле 1.5 найдем параметры a и b:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах.


Таблица 1.2

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, рад

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, рад.c-1

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, рад.c-2

[0; 1.333]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0.916
[1.333; 2.667]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

1.2215 0
[2.667; 17.333]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0 0
[17.333; 18.667]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

-1.2215 0
[18.667; 20]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0.916

Максимальные значения:

а) угла поворота нагрузки 1m(t) = 2.443 рад,

б) угловой скорости нагрузки p1m(t) = 1.2215 рад/c-1,

в) углового ускорения нагрузки p21m(t) = 0.916 рад/c-2.


Рассчитаем неопределенные параметры для второй возможной траектории движения рабочей нагрузки за время одного цикла работы двигателя.

Таблица 1.3

t, c

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[0; t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

at a
[t1; 2t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[2t1; 13t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0 0
[13t1; 14t1]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[14t1; Tц]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

a

Для нахождения параметров траектории решим систему уравнений (1.6), приравняв значения угла поворота и скорости нагрузки в общих для сопряженных участках точках.

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.7)

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах. (1.8)


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 1.1. Первая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода


Из первого уравнения системы (1.8) получим формулу для параметра b и подставим его в третье выражение, а затем функциональные зависимости для параметров a и b – во второе уравнение


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.10)


Получим численные значения параметров a, b и :


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах,

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах,

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Таблица 1.4

t, c

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[0; 1.333]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

1.374t 1.374
[1.333; 2.667]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[2.667; 17.333]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

0 0
[17.333; 18.667]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

[18.667; 20]

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

1.374

Максимальные значения:

а) угла поворота нагрузки 1m(t) = 2.443 рад,

б) угловой скорости нагрузки p1m(t) = 1.833 рад/c-1,

в) углового ускорения нагрузки p21m(t) = 1.374 рад/c-2.


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 1.2. Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода


1.2 Расчет статической и динамической нагрузки на проектируемый привод


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Рис. 1.3. Многомассовая нагрузка привода


При определении энергетических параметров проектируемого привода сложную многомассовую нагрузку привода (рис. 1.3) приводят к одному валу – валу двигателя. Для этого многомассовую нагрузку с мощностью Проектирование управляемого привода в электромеханических системах заменяют маховиком той же мощности на валу двигателя Проектирование управляемого привода в электромеханических системах и вращающимся со скоростью вала двигателя.

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.11)


где Проектирование управляемого привода в электромеханических системах – к.п.д. механической передачи от вала нагрузки к валу двигателя.

С другой стороны,


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.12)


где Проектирование управляемого привода в электромеханических системах – момент приведенной нагрузки к валу двигателя, Проектирование управляемого привода в электромеханических системах – момент на валу нагрузки, Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, Проектирование управляемого привода в электромеханических системах – угловые скорости вала двигателя и вала нагрузки, соответственно (рис. 1.3), Проектирование управляемого привода в электромеханических системах. Подставляя (1.12) в (1.11), получаем:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах,


откуда:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах,


где Проектирование управляемого привода в электромеханических системах– передаточное отношение механической передачи между валом двигателя и валом нагрузки (передаточное число редуктора).

Моменты, действующие на валу нагрузки, можно разделить на две группы. К первой группе относятся динамические моменты Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, величина которых пропорциональна ускорениям и моментам инерции движущихся масс нагрузки. Ко второй группе относятся моменты статические Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, связанные с противодействующими усилиями: моменты сухого и вязкого трения, момент статического сопротивления подъему груза.

Таким образом, момент нагрузки, приведенный к валу двигателя,

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах. (1.13)


Динамические моменты нагрузки приводов

Динамический момент нагрузки первого привода определяется уравнением


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах, (1.14)


где Проектирование управляемого привода в электромеханических системах– ускорение на валу нагрузки; Проектирование управляемого привода в электромеханических системах– момент инерции нагрузки.

Нагрузка первого привода является телом сложной конфигурации, поэтому Проектирование управляемого привода в электромеханических системах определим как сумму моментов инерции отдельных частей нагрузки относительно оси вращения 1–1:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.15)


Динамический момент инерции третьего звено J3 принимает значения в диапазоне от J3 min до J3 max. Масса груза, зажатого в захватном устройстве m, может меняться в пределах от mmin до mmax. Изменение данных параметров приводит к изменению момента инерции нагрузки J.

Определим минимальное и максимальное значение момента инерции нагрузки J:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Наибольшего значения величина динамического момента нагрузки привода достигает при максимальном угловом ускорении рабочей нагрузки


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.16)


Определим максимальный динамический момент нагрузки привода для первой возможной траектории рабочего цикла первого привода по формуле 1.16.

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Определим максимальный динамический момент нагрузки привода для второй возможной траектории рабочего цикла первого привода:

Проектирование управляемого привода в электромеханических системах

Статические моменты нагрузки приводов

Движению в механизмах поворота противодействуют статические моменты сопротивления: моменты вязкого и сухого трения, характерные для зубчатых передач механизмов поворота.

Момент вязкого трения пропорционален угловой скорости вала нагрузки и определяется уравнением:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.17)


где Проектирование управляемого привода в электромеханических системах – коэффициент вязкого трения, зависящий от вязкости и температуры смазывающих масел.

Момент сухого трения в большинстве случаев считают независимым от скорости и направленным против нее:


Проектирование управляемого привода в электромеханических системах (1.18)


здесь Проектирование управляемого привода в электромеханических системах.

Согласно (1.17), (1.18), статический момент нагрузки первого привода


Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
Подробнее

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
-->

Похожие рефераты: