Курсовая работа: Элементы системы управления сварочным манипулятором интегрированной системы

Таблица 1.1 – Типоразмеры электропривода

Наименование параметров	Норма		Допустимое отклонение, %
Тип двигателя	4АХБ2П90L4ПБ	4АХБ2П100L4ПБ
Номинальный момент, МН, Н*м	7	17	±15
Момент инерции ротора, кг*м2*10-2	0,56	1,12	–
Номинальная частота вращения, nн, об/мин	600
Максимальная частота вращения, nmax, об/мин	1000

Максимальный момент привода при переходных процессах не больше чем: 2. На максимальной частоте вращения электропривод развивает момент не менее 0,6.

Управляющее напряжение меняется от минус 10 до 10В. Амплитуда пульсаций не более .

Минимальный коэффициент усиления замкнутой по положению системы управления 30с-1 при частоте квантования в контуре положения не менее 100 Гц.

В современных отечественных конструкциях промышленных роботов, выпускаемых серийно, предусмотрено автоматическое формирование характеристики разгона-торможения каждой степени подвижности манипулятора по параметрам, заданным оператором в процессе обучения, регулировки робота.

В качестве параметров, как правило, используются характерные точки траектории разгона-замедления: точки начала разгона-замедления, точка в окрестности окончания процесса позиционирования или промежуточные точки в случае необходимости задания специальной траектории. По заданным точкам устройство управления формирует траекторию разгона-торможения, которая в общем случае может аппроксимироваться отрезками прямых или частями параболы. Параболическая форма траектории обеспечивает движение координаты с постоянным ускорением и минимальное время разгона замедления. Однако в окрестностях точки позиционирования траектория имеет форму отрезка прямой, что обеспечивает плавный подход к точке и исключает перерегулирование, что улучшает качество сварного шва.

Указанная регулировка осуществляется оператором при наладке промышленного робота и производится при определенных условиях: номинальной статической нагрузке манипулятора, нормальной окружающей температуре, стандартном положении подвижных органов манипулятора, указанном в технических условиях, а также отсутствия изгиба сварочного электрода. При этом предполагается, что наладка обеспечивает работоспособность робота с учётом изменения указанных факторов в допустимых пределах.

Однако, как показала практика использования роботов в сварочных работах, возникает необходимость регулировки параметров следящего контура управления степенями подвижности манипулятора в режиме переноса инструмента (электрода), что связано с его плавлением, т.е. уменьшением физических размеров и специфическими условиями применения (качества сварной поверхности и т.д.).

Настоящая квалификационная работа посвящена специализированным вопросам настройки и регулировки двигательных функций промышленного робота «Универсал-5.02» при выполнении сварочных работ.

2 Расчёт системы управления манипулятором

2.1 Принцип действия системы управления

Система управления (СУ) асинхронным электроприводом реализована в соответствии с частотно-токовым способом управления, что позволяет получать глубокое регулирование угловой скорости при высоких динамических показателях. При частотно-токовом управлении в обмотки электрической машины вводятся токи, мгновенные значения которых определяются требуемым значением электромагнитного момента и угловым положением ротора машины. Для этого на вход привода подаются два независимых входных сигнала, задающих токи в обмотках и обеспечивающих не только регулирование момента, но и возможность устанавливать требуемый поток намагничивания и реактивный ток преобразователя.

На вход преобразователя поступают сигнал задания тока (потока) возбуждения и сигнал регулирования момента, получаемый в результате сравнения напряжения задания скорости с напряжением , пропорциональным действительному значению скорости.

Задание амплитуды и фазы тока статора выполняется в соответствии с выражениями

;(2.1)

,(2.2)

где – коэффициенты пропорциональности.

Пропорциональная сигналу частота скольжения суммируется с частотой вращения ротора и в виде импульсных сигналов с частотой используется для формирования сигналов задания фазовых токов и частотой с учетом фазового сдвига . Здесь – опорный сигнал частотой 2 кГц, – число пар полюсов. Сигнал, пропорциональный частоте вращения поля в статоре электродвигателя М, формируется с помощью датчика угла, выполненного в виде фазовращателя. Изменение фазы фазовращателя преобразуется в код частоты вращения, поступающий на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП). Аналоговый сигнал с выхода ЦАП реализует обратную связь по скорости. Трехфазный регулятор тока и транзисторный инвертор формируют в статоре двигателя М токи, пропорциональные сигналам , и ток в фазе С, равный сумме токов фаз А и В. выполненный на терморезисторах датчик температуры служит для формирования сигнала “Превышение допустимой температуры АД” и сигнала, ограничивающего момент двигателя путем воздействия на задатчик частоты скольжения.

2.2 Исследование линейной математической модели манипулятора

Анализ и синтез линейных систем, в настоящее время, производится одним из двух основных методов. Первый метод основывается на применении преобразований Лапласа, передаточных функциях, структурных схемах и графах, второй (метод пространства состояния) – на описании и моделировании систем в пространстве состояния.

В пространстве состояния непрерывные системы описываются системой дифференциальных уравнений первого порядка, которые называют уравнениями состояния. При этом используются методы матричного исчисления и векторного анализа.

В данной работе применим метод пространства состояния, используя рекомендации, данные в [43].

2.3 Расчёт АСУ электроприводом манипулятора по одной координате

Современные роботизированные сварочные комплексы включают в себя один или несколько сварочных промышленных роботов и один или два поворотных стола – позиционера. В отечественной промышленности для сварки применяют различные типы ПР, в том числе ПР серии «Универсал».

В данной работе под моделью манипулятора понимается модель механизма перемещения инструмента (электрода) сварочного робота “Универсал” по одной из координат X, Y или Z.

Механизм включает в себя:

выход системы управления;

электропривод перемещения, состоящий из контуров положения и скорости, и силовой части;

механическая часть механизма от выходного вала двигателя электропривода до мечта установки электродвигателя следующей координаты или места установки технологических приводов сварочного инструмента.