Электропривод линейного перемещениямеханизма подъёма промышленного робота

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................

1. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА………...
1. Выбор двигателя..…………………………………………………………..
2. Выбор преобразователя частоты…………………………………………..
3. Выбор токоограничивающего реактора.......................................................
4. Расчет общего сопротивления цепи………………………………………..
5. Расчет электромеханической и электромагнитной постоянных времени………………………………………………………………………
2. РАСЧЕТ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАЗОМКНУТОЙ  СИСТЕМЫ........................……………………………….
3. РАСЧЕТ ЗАМКНУТОЙ СИСТЕМЫ ПО СХЕМЕ С ОБЩИМ СУММАТОРОМ………………………………………………………………...
1. Расчет жесткой обратной связи по скорости................................................
2. Ограничение форсировок замкнутой системы.......................................... ..
3. Статический расчет токовой отсечки......................................................... ..
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМЫ.............................................
5. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПОДЧИНЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ.......................
1. Расчет обратной связи по току и регулятора тока.......................................
2. Расчет обратной связи по скорости и регулятора скорости..................... ..

ЗАКЛЮЧЕНИЕ .........................................................................................................

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК................................................................................................ 

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. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

1. Исходные данные проектируемого электропривода

 

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.

Рис. 1.1 – Конструктивная схема промышленного робота

 

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

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.

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

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

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

 

 

 

Рис. 1.3 – Вторая из двух возможных траекторий рабочего цикла для первого привода

 

Масса зубчатой рейки m_p = 5 кг, минимальное m_min = 15,5 кг и максимальное m_max= 25 кг значения массы груза вместе с массой захватывающего механизма.

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

Массы звеньев m₁ = 54 кг и m₂ = 4 кг.

Расстояние от центров масс звеньев до соответствующих шарниров

r₁ = 0,25 м и r₂ = 0,25 м.

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 J_3max = 0,3 кг^.м² и минимальный J_3min= 0,15 кг^.м² динамические моменты инерции третьего звена: зубчатой рейки с захватывающим механизмом и грузом.

Коэффициент вязкого  трения К_вт = 0,04.

Момент сухого трения М_о = 0,05 Н^.м.

КПД редуктора h = 0,65.

Передаточное отношение зубчато-реечной передачи i_рп.

Параметры усилителя  мощности k_у = 220, T_m = 0,0015 с.

Статическая e_cт = 1,0% и динамическая e_д = 0,9% допустимые погрешности привода.

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

1.2 Определение заданных программных траекторий

 

Определим постоянную времени  относительно которой рассчитываются уравнения траекторий

,      (1.1)

.

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

,     (1.2)

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

Таблица 1.1

t
[0; t1]		at	a
[t1; 2t1]		b	0
[2t1; 13t1]		0	0
[13t1; 14t1]			0
[14t1; Tц]			a

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

.    (1.3)

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

.   (1.4)

Получим численные значения параметров a и b.

(1.5)

По формуле 1.5 найдем параметры  a и b:

 

 

.

Таблица 1.2

	, рад	, рад.c-1	, рад.c-2
[0; 1.333]			0.916
[1.333; 2.667]		1.2215	0
[2.667; 17.333]		0	0
[17.333; 18.667]		-1.2215	0
[18.667; 20]			0.916

 

Максимальные значения:

а) угла поворота нагрузки j_1m(t) = 2.443 рад,

б) угловой скорости нагрузки pj_1m(t) = 1.2215 рад/c^-1,

в) углового ускорения  нагрузки p²j_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
[0; t1]		at	a
[t1; 2t1]
[2t1; 13t1]		0	0
[13t1; 14t1]
[14t1; Tц]			a

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

,   (1.7)

.       (1.8)

Рис. 1.4 – 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

,        (1.10)

Получим численные значения параметров a, b и l:

 

,      

,

 

Таблица 1.4

t, c
[0; 1.333]		1.374t	1.374
[1.333; 2.667]
[2.667; 17.333]		0	0
[17.333; 18.667]
[18.667; 20]			1.374

 

Максимальные значения:

а) угла поворота нагрузки j_1m(t) = 2.443 рад,

б) угловой скорости нагрузки pj_1m(t) = 1.833 рад/c^-1,

в) углового ускорения  нагрузки p²j_1m(t) = 1.374 рад/c^-2.

 

 

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

1.2 Расчет статической  и динамической нагрузки на  проектируемый привод

 

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 заменяют маховиком той же мощности на валу двигателя и вращающимся со скоростью вала двигателя.

 

, (1.11)

 

где – к.п.д. механической передачи от вала нагрузки к валу двигателя.