Устройство для управления металлорежущим станком

 

ОП ИОАН ИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сеюэ Советск их

Сециапистическик

Респубпик (ii>993205 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06. 81(21) 3301266/18-24 с присоединением заявки,% (23) Приоритет

Опубликовано 30.01.83. Бюллетень № 4 (53)М. Кд.

G 05 В 13/02

Гееударстаеллыа комитет де делам изобретений и ютквмтий (53) УДК 62-50 (088. 8) Дата опубликования описания 30.01.83

-;1

В. Ц. Зорик туев, LI. Г. Исаев и А. Д.,Никитин. (72) Авторы изобретения

Уфимский авиационный институт им. Орджонйкидзе (7I) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛОРЕНУЦИМ

СТАНКОМ

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано для управления металлорежущими станками.

Известна адаптивная система для автоматического регулирования объекта с переменным коэффициентом передачи, содержащая задатчик регулируемого параметра, датчик регулируемого параметра, выходы которого соединены с соответствующими входами блока сравнения последовательно соединенные блок деления, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, второй вход — с выходом задатчика регулируемого параметра, блок коррекции, нелинейный блок, выход которого соединен с объектом уп" равления, выход которого соединен с входом датчика регулируемого параметра ).

Недостатком устройства является то, что полная компенсация изменения коэффициента передачи объекта управления происходит лишь при равенстве сигналов с задатчика и датчика регулируемого параметра, т.е. при установившемся режиме. В случае постоян" ных и быстрых изменений коэффициента передачи объекта управления, что очень часто происходит на практике при управлении режимами резания, система управления постоянно работает в переходном режиме, иобеспечивается лишь частичная компенсация, что снижает показатели качества регулирования, Известно также устройство с пере» менной структурой для управления приводом, содержащее задатчик скорости, сравнивающий элемент, компаратор, ключ и датчик регулируемой величины (2 ).

Недостатком этого устройства является неудовлетворительная точность при изменении коэффициента передачи объект а.

993205 чапом U на

На чертеже изображ=на блок-схема

2 устройства.

B режиме

Устройство содержит станок (объект управления) 1, усилитель 2, обрабатываемая деталь 3, инструмент 4, блок сравнения, задатчик 6 термо-ЭДС, блок 7 коррекции, блок 8 деления, Ъ pcc -") . блок g умножения, ключ 10, привод 11

45 главного движения, датчик 12 скоро-,1ц сти, редуктор 13, шпиндель 14, компаратор 15, задатчик 16 скорости, где Й (p) датчик 17 термо-ЭДС.

Устройство работает следующим об50 разом.

До начала процесса резания, когда инструмент 4 еще не вошел в соприкосновение с обрабатываемой деталью 3, сигнал на выходе объекта 1 ( управления 1 „, представляющий терр мо-ЗДС естес1венной термопары инструмент-деталь, равен О. Соответственно и сигнал !1 ча выходе уси ) — (1) т р передаточная функция корректирующего блока 7 постоянная времени корректирующего блока 7, которая расчитывается исходя из 1ребуемой характеристики переходного процесса; оператор дифференцирования.

Т

8 (р) Наиболее близким по;ехнической сущности к предлагаемому является устройство для управления металлорежущим станком, содержащее последовательно соединенные блок деления и 5 блок умножения и последовательно соединенные задатчик скорости, ключ, привод главного движения, станок, датчик термо-ЭДС, усилитель, блок сравнения, блок коррекции, первый вход 122 блока сравнения соединен с первым входом компаратора, а второй вход с выходом задатчика терио ЭДС и с вторым входом компара 1ора ) выход которого подключен ко второму входу ключа, 15 выход привода главного движения подключен ко входу датчика скорости ь3) .

Недостатком устройства является

;- изкая очность компенсации изменения коэффициента передачи объекта уп-;2О равлечия ввиду большого диапазона изменения сигналов ча входах и выходах блоков деления v! Умножения, что приводит к отклонению параметров качества регулирования от оптимального, 25 либо при сохранении качества регулиров;ния приводит к повышению требований к точности блоков деления и умножения, а следовательно, к их усложнению и повышечию стоимости.

Ц=ль изобретения - повышение точности устройства, ф-я достижения цели в нем вход блока деления соединеH с выходом блока коррекции, а выход блока умноже35 чия подключен к третьему входу клюли2 еля 2 сигнала термо-ЭДС равен О.

Компаратор 15, на выходы которого подается опорный сигнал И с выхода задатчика 6 термо-ЭДС и сигнал

U настроен таким образом,,что переходит из состояния логического ". 0 в состояние логической "1 при

П 7, aLLl (обычноо2 .=0,5+0,7). В результате до начала процесса резания на выходе компаратора 15 формируется сигнал "0, при атом ключ 10, управляемый компаратором 15, находится в попожении tl и скорость привода 11 главного движения определяется сигналом Ц на выходе задатчика 16 скорости привода 11 главного движения.

После врезания инструмента 4 в деталь 3 на выходе объекта 1 управления и соответственно на выходе усилителя 2 сигнала термо-ЭДС появляются сигналы 1 ) 0 и Ц ) 0. При достижении И 7 (П компаратор 16 переходит из состояния "0 в состоя6 ч 1! ни ч1, ключ 10 переключается в положение 1 и привод 11 главного движения начинает работать в режиме стабипизации заданного значения термо-ЗДС.

По окончании процесса резания и выходе инструмента 4 из зоны резания сигнал термо-ЗДС на выходе усилителя 2 U снижается и при И, с, пб на

2 выход компаратора 14 формируется сигнал 0, ключ 10 переключается в положение Ц v скорость привода 11 главного движения определяется сигвыходе задатчика 16 скоа 11 главного движения. стабилизации заданного мо-ЭДС передаточная функтой системы записываетм "@ (P) X>(.1 )% „„2P)%,(P) W,(P) >

" (P>= >>ь(И а. (р) 1+жро,®

®,> (Р) = К1 (9) t(8) в (1 ) 14 и«<

0 ку„к,к„

«к„ к

«р,1> >, P(X«P+a>

0 --01К>,то

К К9К М ()= с„(р) (т

5 99320 где я (р) - передаточная функция бло ка 8 деления

Ъ, (.Р} = К, О„,= К9 u„„1„,,(Ö где Ч (р) - передаточная функция бло- 5

9 ка 9 умножения.

Передаточную функцию привода 11 главного движения в большинстве случаев с достаточной для инженерных

10 расчетов точностью можно представи ь в виде апериодического звена первого порядка к«

%1 (р) т „ы}

МР+ I 5 где Т - постоянная времени привоА.1 да 11 главного движения.

Передаточную функцию Ч (p} объекта 1 управления, когда входным воздействием является скорость привода главного движения, а выходным термо-ЭДС естественной термопары инструмент-деталь, практически можно представить в виде линейного безынерционного звена

1 (25

,(p)= = =к1 К (И

u1 (P} (.)1

О,(р} (W (р)=К, (1) где Я (р) - передаточная функция уси 2. лителя 2 сигнала терЗо мо-ЭДС, где Ы (р) — передаточная функция датчика 12 скорости привода 35

11 главного движения, k K,1„((-,коэФфициенты передачи соответственно объекта 1 управления, процесса резания, усилителя 2 сигнала термо-ЭДС, блока 8 деления, блока 0

9 умножения, привода 11 главного движения, датчика 12 скорости привода

11 главного движения, редуктора 13;

U U, U, U- - сигналы на выхоЧл 4 Фь

45 де соответственно объекта 1 управления, усилителя 2 сигнала термо-ЭДС, привода 11 главного движения, датчика 12 скорости привода 11 главного движения, редуктора 13.

После подстановки выражений (2)+ 50

4 Кц клл

ФРс ъч ) T Р U К90иКл - клк Р я. Т„„р л

Учитывая, что

9 6 де К=К К К К вЂ” коэффициент усиления

Я и ф(лд разомкнутои системы.

Таким образом, передаточная функ" ция разомкнутой системы не зависит от коэффициента передачи К„, объекта

1 управления и коэффициента усиления

К усилителя 2 сигнала термо-ЭДС.

Изображение сигнала на выходе корректирующего устройства 7 определяется выражением

Подставив выражения (2} и (9) в (10) и приняв р=0, получаем сигнал на выходе корректирующего устройства в установившемся режиме работы

0 =—

Оь

К т,е. сигнал на выходе корректирующего устройства g прямо пропорционален сигналу U на выходе задатчика 6 термо-ЭДС.

Сигнал U на выходе бпока 8 деле" ния в установившемся режиме с учетом выражений (3) и (11) равен

Оь

0 = ——

К U

Так как в установившемся режиме О =U то ,т

О = — =сонь

К

Сигнал на выходе блока 9 умножения в установившемся режиме с учетом выражений (4} и (12} равен

U = — 0 к ко

Ы

Из выражений (11} + (13) видно, что в установившемся режиме работы устройства сигнал на первом входе блока 9 умножения всегда постоянный, в диапазон изменения сигнала на втором входе, а следова1ел ьно, и на входе равен диапазону i) изменения ско1 рости привода 11 главного движения, требуемому для поддержания заданного значения регулируемого параметра

--1 )«-и1О> (-> 11 >1>О т

1.> И11>1 Л1 ИМИ

Так как сигнал на выходе блока 8 деления всегда постоянный, следовательно, постоянно отношение сигналов на его входах. Диапазон их изменения определяется диапазоном 0 изме" нения требуемых значений термо-ЭДС.

А ва

O =

04 М1и

99. 20

В О Гличие От прОтстипа предложенное устройство имеет гораздо ме,«lший динамический диапазОн рабОil блоков деления и умножения. Зти блоки не работают при сигналах на выхсдЕ бЛИЗКИХ К НУЛЮ. ЗтО ПОЗВОг1яЕ" бЕЗ каких-либо дополнительных зат ра".снизить относительную погрешность выполнения операций деления и умножения, повысить тсчнос1ь компенсации

1О изменен ий коэффициента передачи обгьекта регулирования, а в результате повысить качестно регулирования. На пример, диапазон плавного регулирования скорости привода главного движения 0 =10+20, а диапазон требуемых зча -, ений термо-ЗДС 0 ==10, При таких значениях D и 0 относительная погрешност ь выполнения операций деления в предложенном устройстне умень 20 шается примерно в 100 раз по сранненлю с прототипом,.

Кроме того у предложенного устройства мен ьшая погрешност ь выпол-нения операции умножения, так как в нем блок умножения рабо-а-ет при больших сигналах на входе. Таксе уменьшение погрешности либо позволяет значительно улучшить характеристикл качества регулирования (быстродействие, 30 величину перерегулирования, колеба. Тельность),. что 1 конечном итоге повышает производительность и надежность оборудования, повышает каче— ство выпускаемой продукции, либо, при сохраненил качества регулиронанля на 1-? порядка снизить требования к точности блоков деления и умножения, а следовательно,, снизить их сто имост ь, 40

Использование предлагаемого уст— ройства на металлорежущих станках повышает про из води тел ь ност ь труда на 20-90".;., что дает годовой экономическлй эффект около 10 тыс. руб, на один станок. Ожидаемый годовой экономический эффект от максимального объема использования составляет

1 млн. руб, Формула изобретения

Устройство для управления металлорежущим станком, содержащее последовательно соединенные блок деления и 1элок умножения и последовательно соединенные задатчик скорости, ключ, привод главногс движения, станок, да.-чик термо-ЭДС, усилитель, блок сравнения и блок коррекции, первый вход блока сравнения соединен с первым входом компаратора, а второй входс выходом задатчика термо-ЭДС и с в вторым входом компаратора, выход которого подклю ен к второму входу ключа, выход привода главного движения подключен к входу датчика скорости, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с 1елью повышения точности устройстВа, н нем вход блока деления соединен с выходом блока коррекции, а выход блока умножения подключен к третьему Входу ключа.

И ст очн ики и нфо рма ци и, принятые вс внимание при экспертизе ! . Авторское свидетельство СССР

>72761, кл. G 05 B 13/62, 1977

2. Основы автоматического управления. М., Воениздат, 1972, с. 295, р ис. 10, 2. .

Авторское свидетельство СССР

N >91819, кл. G 05 В 13/02, 1978 (протот ип) .