Автоматизация управления лазерными технологическими установками с использованием идентичных исполнительных устройств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Губанов, Сергей Константинович

• Губанов, Сергей Константинович
• кандидат технических наук
• 2007

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация управления лазерными технологическими установками с использованием идентичных исполнительных устройств»

Автоматизация ряда гибких производств, связанных с раскроем листовых и рулонных материалов по сложному криволинейному контуру, требует внедрения двухкоординатных лазерных раскройных технологических установок (ЛТУ), оснащенных системами с контурным управлением, энергетической основой которого для такого оборудования является электропривод - устройство автоматического регулирования [1]. По условиям технологии лазерного раскроя система управления (СУ) должна обеспечивать такие режимы обработки, при которых гарантировано требуемое качество формообразования - отсутствие пережогов материала излучением лазера, и воспроизведение рабочим органом (РО) машины программной траектории с заданной погрешностью. Достижение качества возможно[2]:

• применением для раскроя разнородных материалов лазеров различной мощности;

• совершенствованием контурного управления Л ГУ на основе применения перспективных электроприводов с безинерционными силовыми преобразователями, в значительной мере обеспечивающими требуемые технологические режимы, а также модернизации алгоритмов управления приводами.

Затраты на комплектование технологической системы несколькими лазерами значительно увеличивают её стоимость, поэтому более актуально такое совершенствование контурного управления, реализация которого потребует существенно меньших затрат.

Совершенствование электропривода, как основы управления ЛТУ, является определяющим и первоочередным и требует обоснования достоверным расчетом, невозможным без применения численных методов и математического моделирования [3].

Следует отметить также, что совершенствование отдельных электроприводов ЛТУ хотя и является очень важным этапом проектирования ЛТУ, но не определяющим. Не менее важным является совершенствование взаимосвязанных электроприводов, то есть их системы [4,5], особенно в части одинаковости их характеристик. Следует отметить, что несмотря на обилие публикаций, связанных с проектированием электроприводов [6,7,8,9,10] и даже системам взаимосвязанных приводов [11,12,13], вопросы создания весьма эффективных электроприводов для ЛТУ остались до сих пор открытыми.

Эффективность применения ЛТУ во многом определяется их производительностью, т.е. скоростью обработки материала лазерным лучом. Однако повышению скорости обработки сдерживается увеличением динамической ошибки, поэтому необходимо по данному вопросу найти определенный компромисс.

В данной работе необходимо было проанализировать факторы, определяющие допустимые погрешности и скорости обработки, разработать методы и средства позволяющие повысить эффективность использования Л ГУ. Решение этих задач изложено в 4-х главах, заключении, библиографическом списке и приложениях.

В первой главе проведен обзор схем существующих ЛТУ с анализом их технических характеристик, сформулированы цели и задачи исследования. Во второй главе разработана обобщенная функциональная схема ЛТУ, проведем обзор их основных компонентов: системы управления, датчиков положения, скорости и тока. Разработаны основные технические требования, предъявляемые к ЛТУ и их основным компонентам.

В третьей главе проведен обзор некоторых принципиальных схем электроприводов промышленных ЛТУ с анализом их технических характеристик. Разработаны их математические модели в виде структурных схем. Проведен анализ для электропривода ПРШ - 102 (ОАО «ЦНИТИ» Россия), его основных динамических характеристик контуров положения электропривода с ПРШ - 102 при позиционном и контурном режимах работы:

• величин перерегулирования и времени переходных процессов при «малых», «средних» и «больших» перемещениях;

• частот пропускания;

Разработано корректирующее устройство, увеличивающее частоту пропускания.

В четвертой главе проведен анализ работы системы электроприводов при прямолинейном движении луча лазера и при его движении по окружности. Получены аналитические зависимости ошибок от скоростей движения и добротностей электроприводов, проверенные путем математического моделирования с реальными моделями. Разработан алгоритм наладки системы электроприводов, обеспечивающий одинаковость их добротностей. В заключении изложены основные результаты работы, научные и практические.

В Приложении приведена принципиальная электрическая схема электропривода ПРШ-102 (аналоговый вариант) и представлен акт внедрения результатов работы.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Губанов, Сергей Константинович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе рассмотрены вопросы повышения эффективности работ ЛТУ за счет совершенствования системы электроприводов. К основным результатам работы следует отнести:

• разработку обобщенной функциональной схемы ЛТУ, показывающую взаимосвязь ее основных компонентов;

• разработку технических требований, предъявляемых к ЛТУ и ее основным компонентам;

• разработку математических моделей электроприводов ЛТУ и проведение анализа их технических характеристик;

• разработку корректирующих устройств, оптимизирующих электроприводы по точности;

• разработку алгоритма наладки системы электроприводов, обеспечивающую идентичность их добротностей.

По материалам диссертации опубликовано .работ.

Основные материалы диссертации докладывались: на международной конференции в г. Сафага (Египет), 12. 19 марта 2005 года, Суес (Тунис) 9-16 октября 2005 года. на международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, 2006 г.; на международной научно-технической конференции г. Сочи, 2006 г.;

Материалы диссертации внедрены в ОАО «Центральный научно -исследовательский институт» (ОАО «ЦНИТИ>>).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Губанов, Сергей Константинович, 2007 год

1.Справочник по автоматизированному электроприводу / Под редакцией В.А. Елисеева, А.В. Шинянского. -М.: Энергоиздат, 1983, 616с.

2. Сидоров К.Т., Пирогов В.В. Математическое моделирование динамики транзисторного сервопривода с двигателем постоянного тока. В кн. «Проблемы управления точностью автоматизированных производственных систем: сборник статей. - Пенза : ПГТУ, 1996, с. 41-44.

3. Слепцов В.В., Рубахи Насир, Картавцев В.И. Вероятностный метод анализа устойчивости смешанных систем. Труды МНК «Аналитическая теория автоматического управления». Саратов, 2000 с.74-77.

4. Рассудов JI.H., Мадзель В.Н. Электроприводы с распределенными параметрами механических элементов. Л.: Энергоатомиздат.1987. 144с.

5. Слепцов В.В., Рубахи Насир. Имитационное моделирование электроприводов робототехнических комплексов. Сборник научных трудов. Санкт Петербург : СПИКИТ. 2001 - с 69-77.

6. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями О.В. Слежановский, Л.Х. Даиновский и др. М.: Энергоатомиздат 1989 256 с.

7. Чиликин М.Р., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия 1979 616 с.

8. Сафонов Ю.М. Электроприводы промышленных роботов. М.: Энергоатомиздат 1990 179 с.

9. Ю.Следящие приводы / Е.С. Блейз, Ю.А. Данилов и др. М.: Энергия, кн.2, 1976-384с.

10. Кнауэр И.Б. Слепцов В.В. Вероятностный метод анализа устойчивости сложных систем. Сборник научных трудов «Станкостроение: базовые и информационные технологии», М.: 2001 с. 50-57.

11. Сапрыкин JI.T., Миленький М.Н. Лазерные машины серии МЛ новое поколение технологических комплексов для обработки материалов. «Высокие технологии» №4(18), 2002, с. 4-12

12. Каталог изделий ф. «Беренс» (Германия).

13. Кругляк К.В. Одноплатные компьютеры для встраиваемых систем. Современные технологии автоматизации. 2003 №4 - с. 6-17

14. Автоматизация измерений, контроля и управления. Справочной пособие/ В.Т. Лукашкин, В.К. Гарипов и др. М.: Машиностроение-1, 2005 664с.

15. Фритч В. Применение микропроцессов в системах управления М.: Мир, 1984-464с.

16. Алферов А.А., Иванько А.Ф., Буров В.А., Поздняков А.А., Современное состояние и тенденции развития средств управления роботами-манипуляторами. Обзорная информация. Выпуск 5. М.: ЦНИИТЭИ, 1982-44с.

17. Сидоров К.Т., Лысов С.А., Кузовкин В.А. Модернизация инвариантного управления в следящих электроприводах контурных управляющих систем. Институт конструкторско технологической инф. РАН, М.: Деп. ВИНИТИ, N536-B99,1999.

18. В.В.Слепцов. Техническое обслуживание, наладка и ремонт электромеханических промышленных роботов. Учебное пособие. М.: Машиностроение, 1989 48с.

19. Решетов Д.И. Детали машин. Учебник для вузов. М.: Машиностроение, 1975- 655с.

20. Промышленная робототехника./А.В. Бабич, А.Г. Баранов и др. М.: Машиностроение. 1982 415с.

21. Микропроцессорное управление программами движения взаимосвязанных электроприводов. А.И. Беляев. А.Ф. Курмашев, О.А. Соколов. Автоматизированный электропривод / Под. Ред. Н.Ф. Ильинского, М.Р. Гонькова. М.: Энергоатомиздат, 1990 с 324-328.

22. И.С. Аршинов, А.В.Бирюков, О.В. Слежановский и др. Унифицированные цифровые и цифро-аналоговые средства и системы управления автоматизированными электроприводами. В Кн. «Автоматизированный электропривод». М.: Энергия, 1980.- с. 193-198.

23. Зааль Р. Справочник по расчету фильтров. М.: Радио и связь, 1983.-752с.

24. Гориловский А.А., Костенко С.Г. и др. Опыт применения цифровых процессоров обработки сигналов для управления электроприводом. -JL: ЛДНТП, 1988.- 28с.

25. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: Учебник для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1987.- 224с.

26. Отчет о научно — исследовательской работе «Разработка, исследование и изготовление реверсивного транзисторного электропривода на базе электродвигателей серии СЛ (до 0,25 кВт) с диапазоном регулирования 1:40. Одесса.: УкрНИИСИП, инв. №81043278,1982.

27. Устройства и элементы систем автоматизированного проектирования и управления. Техническая кибернетика. Книга 1/Под ред. В.В. Солодовникова. М.: Машиностроение, 1973 671 с.

28. Хрущев В.В. Электрические микромашины. М.: Энергия, 1969 286 с.

29. Бирюков А.В., Богданов А.В., Кутлер Н.П. и др. Дискретные датчики систем управления электроприводами. В кн. Автоматизированный электропривод. М.: Энергия, 1980 с 198 206.

30. Высокоточные преобразователи угловых перемещений / Э.Н. Асиновский, А.А. Ахметжанов, М.А. Габидулин и др. М.: Энергоатомиздат, 1986.- 128 с.

31. Бриндли К. Измерительные преобразователи. Справочное пособие. Пер. с англ. -М.: Энергоихдат, 1991.

32. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. JI.H. Преснухина. М.: Машиностроение, 1974. - 376 с.

33. Применение оптоэлектронных приборов. Пер. с англ. / С. Рейг, р. Эванс, М. Ходоми, X. Соренсен. М.: Радио и связь, 1981 344 с.

34. Бирюков А.В., Фадеева Н.Э., Хуторецкий Б.М. Измерение скорости в микропроцессорных электроприводах с импульсным датчиком. Автоматизированный электропривод / Под ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. М.: Энергоатомиздат, 1990.- 464 469 с.

35. Проектирование опто электронных приборов / Под ред. Ю.Г. Янушевского. М.: Машиностроение, 1990-432 с.

36. Ахметжанов А.А., Лукиных Н.Н. Индукционный индуктосин. М.; Энергия 1971.-78 с.

37. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Книга 1. Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. /Под ред.В.В.Солодовникова.- М.: Машиностроение, 1967. 770 с.

38. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981. -488 с.

39. Времяимпульсные системы автоматического управления / Под ред. И.М. Макарова.- М.: Наука, 1997. 224 с.

40. Вавилов А.А. Частотные методы расчета нелинейных систем. -Л.: Энергия, 1970. -324 с.

41. Сафонов Jl. Н. Прецизионные датчики угла с многослойными печатными обмотками. Электричество, 1976. №12 - с 56 - 60.

42. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1973.-584 с.

43. Габидулин М. А. Исследование влияния зазора между растрами на функцию пропускания растровых сопряжений фотоэлектрических датчиков перемещений. Межвузовский сборник «Автоматическое управление» - м. МИРЭА, 1977, с 86-96.

44. Технология автоматизированного нанесения штрихов и знаков. Л.: Машиностроение, 1977 - 304с.

45. Статистический анализ и оптимизация следящих систем. / Под ред. А.В. Поцелуева.- М.: Машиностроение, 1977. 360 с.

46. Купер Дж., Момгиллем К. Вероятностные методы анализа сигналов и систем. Пер. с англ. / Под ред. А.Г. Горячиева. М.: Мир, 1989. - 376 с.

47. Слепцов В.В., Руабхи Насир, Картавцев В.И. Вероятностный метод анализа устойчивости сложных систем. // Труды международной научной конференции " Аналитическая теория автоматического управления и ее приложения" , -Саратов, 2000. с. 74-77.

48. Зерний Ю.В., Картавцев В.И. Модели технологических процессов и оборудования автоматизированной сборки.//Сборник научных трудов "Точные приборы и измерительные системы."- М.: МГАПИ, 2000.- с. 96-99.

49. Шредер М. Гибкие сборочные системы отвечают требованиям будущего./ Под ред. У.Б. Хетенботтома. Гибкие сборочные системы: Пер. с англ.- М.: Машиностроение, 1988. с. 25-35.

50. Руабхи Насир. Современное состояние и перспективы применения робототехники.- М.: МГАПИ, 1998. 64 с.

51. Гарипов В.К., Слепцов В.В. Информационное обеспечение следящих электроприводов в гибких автоматизированных производствах. //Межвузовский сборник научных трудов. Элементы и устройства робототехнических устройств.- М.: ВЗМИ, 1987. — с . 55-61.

52. Немет Эви, Снайдер Гарт, Скотт Сибасс, Хейн Р. Трент. UNIX : руководство системного администратора: Пер. с англ. К.: BHV, 2000.832 с.

53. Слепцов В.В. Электрические машины в приборных устройствах. Учебное пособие.- М.: МГАПИ, 1997. 46 с.

54. Электромеханическое преобразователи угла с электрической редукцией / Под ред. А. А. Ахметжанова. М: Энергия, 1978. - 223с.

55. Электроприводы регулируемые для станкостроения и робототехники. Общие технические требования. Гост 2783 — 88.

56. Баранов А.Г, Боровин Т.К., Слепцов В.В. Моделирование на ЭВМ следующих электроприводов промышленного робота РПМ 25. Препринт № 15, ИПМ им. М. В. Келдыша, 1985, - 26 с.

57. Слепцов В. В. Электрические машины в приборных устройствах. Учебное пособие. М.: МГАПИ, 1997 46 с.

58. Полываный А.Г., Слепцов В. В. Электрические машины и электроприводы. Учеб. пособие. Санкт Петербург.: СПИКИТ, 1997 - 56 с.

59. Рубахи Насир. Современные состояние и перспективы применения робототехники. М.: МГАПИ, 1998. 64 с.

60. Слежамовский О.В. Реверсивный электропривод постоянного тока. М. : Металлургия, 1967. 423 с.

61. Электроприводы летательных аппаратов: Учебник для авиационных вузов / В. А. Полковников, Б. И. Петров и др. М. : Машиностроение, 1990, 352 с.

62. Следящие приводы. / Е.С. Блейз, Ю.А. Данилов, В.Ф. Казмиренко и др ;/ Под ред. Б.К. Чемеремева. М.: Энергия, кн. 1, 1976. - 480 с.

63. Солодовников В. В., Зверев В.Ю. Расчет линейных стационарных систем автоматического регулирования с микропроцессорными промышленными регуляторами. Учебное пособие. М.: МВТУ им Баумана, 1985. 58 с.

64. Изерман Р. Цифровые системы управления. М.: Мир, 1984 541 с.

65. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Т.Г. Управление электроприводами. JI.: Энергоиздат, 1982. 322 с.

66. Бай Р. Д., Фельдман А. В. Анализ процессов точного позиционирования. Электротехническая промышленность, серия «Электропривод» , вып. 7, 1972. с. 5-8.

67. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. М.: Физматгиз, 1966. - 388.

68. Овчаров JI.A. Прикладные задачи теории массового обслуживания.- М.: Машиностроение, 1969. 342 с.

69. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф., Копылов И.П. Планирование экспериментов в электромеханике. М.: Энергия, 1975. - 184 с.

70. Александревская JI.H., Афанасьев А.П., Лисов А.А. Современные методы обеспечения безотказности сложных технических систем. Учебник,- М.: Логос, 2001.-208 с.

71. Бесекерский В. А, Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Наука, 1972. 768 с.

72. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М.: Радио и связь, 1985, Вып. 24.- 312 с.

73. Основы функционально-стоимостного анализа. / Под ред. М.Г. Карпупина, Б.И. Майданчика.- М.: Энергия, 1980. -176 с.

74. Автоматизированное проектирование следящих приводов и их элементов / Под ред. В.Ф. Казмиренко.- М.: Энергоатомиздат, 1984. -240 с.

75. Удерман Э. Т. Метод корневого годографа в теории автоматических систем. М.: Наука, 1972.-448 с.

76. Малеев Е.И., Парфенов Е.М., Соловьев А.С. Организационное обеспечение автоматизированного конструирования РЭА.- М.: Радио и связь, 1985.-136 с

77. Т. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1974. 831 с.

78. Тихонравов А.В. «Разработка информационно-измерительных и управляющих систем координатно-измерительных машин и измерительных роботов».

79. ГОСТ 26228-85. Гибкие автоматизированные производства.

80. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы./ В 14 кн. Кн. 13. В.Н. Давыгора. ГПС для сборочных работ. Практическое пособие. / Под ред. Б.И. Черпакова.- М.: Высшая школа, 1989.- 110 с.

81. Соколов О.А. Контурные системы числового программного управления станками и промышленными роботами.- JL: ЛПИ, 1982.- 80 с.

82. Овнакян И.О. Использование комплектного оборудования с открытой архитектурой для создания систем с ЧГГУ. // Научно-исследовательские работы в области станкостроения. М.: Тр. ЭНИМСА. Под ред. Б.И. Черпакова. 2000. - С. 39-48.

83. Чиликин М.Г., Юпочев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. - 616 с.

84. Коровин Б.Т. Системы автоматического управления промышленными роботами и манипуляторами. Л.: ЛЭТИ, 1981. - 82 с.

85. Слепцов В.В., Картавцев В.И. Основные задачи проектирования информационно-измерительных систем робототехнических комплексов сборки. //Сборник научных трудов. "Точные приборы и измерительные системы." М.: МГАПИ, 2000.- С. 91-93.

86. Цапенко М.П. Информационно-измерительные системы. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 384 с.