Блок управления приводами подач

Заключительный этап решения геометрической задачи состоит в отработке управляющих дискрет следящими приводами подач. Для этого необходимо преобразовать информацию из цифровой формы в перемещения. Это осуществляется с помощью аналоговых устройств, под которыми обычно понимают все устройства, не входящие в цифровую часть СЧПУ, и служащие для связи ее с исполнительными устройствами станка. К ним относятся ЦАП, ДОС со своими схемами питания и преобразования, различные коммутаторы и т.п. К аналоговым устройствам относятся и такие узлы следящих приводов, как фазовые дискриминаторы, демодуляторы, усилители и т.п., исключая силовую часть, состоящую из мощных усилителей и двигателей.

ЦАП - служит для преобразования цифровой информации, получаемой с выхода интерполятора, в аналоговую форму, пригодную для управления приводами подач (напряжение, подаваемое на вход привода), так, чтобы при поступлении одной управляющей дискреты (импульса) РО переместился на определенное расстояние, равное цене импульса.

В разомкнутых системах с шаговым двигателем блок управления приводами представляет собой специальный кольцевой коммутатор, на выходе которого включены мощные усилители, питающие обмотки ШД. Коммутаторы служат для циклического включения обмоток ШД.

В замкнутых системах блоки управления приводами подач служат для сопоставления заданного программой положения РО с фактическим (сравнивающее устройство) и устранения возможного рассогласования. Рассогласования являются динамической характеристикой системы и зависят как от свойств системы (масса, момент инерции и т.д.), так и от скоростей и ускорений, с которыми движутся узлы станка. Величина рассогласования может достигать нескольких импульсов.

Обобщенная структура следящего привода, ДОС которого передает прямую информацию c о перемещении РО показана на рис. 5.9.

Рисунок 14 -
Структурная схема блока управления проводом подач

Абсолютная заданная координата РО х_з=х^.Dх,

где х – содержимое накопителя абсолютной координаты (заданной) в безразмерных дискретах;

^.Dх – дискретность перемещения РО.

 

Абсолютная фактическая координата РО х_ф=c^.Dх,

где c - содержимое накопителя абсолютной координаты (фактической) в безразмерных дискретах.

Одна управляющая дискрета приведет к перемещению РО на величину Dх. Если х=1, то D=к(1-c). Следящий привод придет в движение и после перемещения РО на величину Dх ДОС по положению сформирует сигнал c=1, рассогласование D=0 следящий привод остановится.

Цифровая информация преобразовывается в перемещения цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП), которые бывают: фазовые, амплитудные, импульсные.

Фазовые ЦАП преобразуют последовательность импульсов с выхода интерполятора в сдвиг фазы j рабочего сигнала переменного тока U_р относительно опорного U_о.

Абсолютная (накопленная интерполятором) текущая координата по Х, представленная в безразмерных дискретах, смещает фазу опорного сигнала U^.sinwt на угол j=хDj, где Dj - дискретность перемещения в угловых величинах, приведенных к электрическому углу y поворота фазы ДОС по положению.

ДОС передает косвенную информацию о перемещении РО через поворот фазы своего гармонического сигнала.

Одна управляющая дискрета приводит к такому перемещению РО, которое повернет фазу гармонического сигнала ДОС на угол j=Dj. Если х=1, j=Dj, то рассогласование следящего привода D=к(Dj-y). Привод придет в движение до тех пор, пока D=0, а это произойдет при y=Dj. Цена управляющей дискреты определяется значением Dj, которое зависит от характеристик преобразователя «код-фаз». Обычно эта величина равно 1,6…3,6⁰. В качестве ДОС используют ВТ или индуктосины.

Амплитудные преобразуют последовательность импульсов с выхода интерполятора в два переменных напряжения Е₁ и Е₂ одинаковой фазы, амплитуды которых изменяются синусоидально и косинусоидально, т.е. Е₁=U_max^.sinj^.sinwt, Е₂=U_max^.cosj sinwt. Эти напряжения подаются на входные статорные обмотки ВТ или индуктосина, расположенные под углом 90⁰ друг к другу. В результате на статоре ВТ образуется переменное магнитное поле с переменной индукцией. При непрерывном поступлении импульсов вектор индукции вращается с угловой скоростью пропорциональной частоте импульсов, т.е. пропорционально скорости подачи. В выходной обмотке ВТ наводится соответствующая ЭДС

В качестве ДОС в этом случае используют ВТ или индуктосин. Эти напряжения подаются на две входные статорные обмотки ВТ или индуктосина, в результате чего в статоре образуется переменное магнитное поле. В выходной обмотке ротора ВТ наводится переменная ЭДС.

Принципиальным отличием амплитудного УЧПУ от фазового является то, что в нем ВТ используется в качестве сравнивающего устройства, т.к. на его выходе непосредственно выделяется сигнал ошибки.

Поведение фазовой и амплитудной систем практически одинаково в различных режимах. Преимущество амплитудного УЧПУ его большая статическая точность, поэтому их предпочитают фазовым. Цена управляющей дискреты в них может быть меньше чем в фазовых в 10 раз. Поэтому их используют в основном в позиционных системах. Но амплитудные системы сложнее фазовых из-за большей сложности амплитудных ЦАП и из-за необходимости применения нестандартной аппаратуры (спец. трансформатора, бесконтактные ключи и т.д.).

Импульсные сигнал с выхода ВТ преобразуют с помощью специального АЦП в импульсы, которые подаются в реверсивный счетчик, используемый в качестве устройства сравнения.

Содержимое этого счетчика в каждый момент времени определяется разностью числа импульсов от УЧПУ и АЦП. Эта разность, представляющая собой число, преобразуется в ЦАП в сигнал ошибки в виде постоянного напряжения, подаваемого на привод. Такой метод приводит к существенному усложнению СЧПУ за счет сложности АЦП, представляющего собой цифровую следящую систему в цепи обратной связи.

Микропроцессорные системы ЧПУ имеют существенно более высокое быстродействие по сравнению с электромеханической системой привода. Поэтому УЧПУ позволяет практически безинерционно сформировать сигналы управления движением формообразующих и вспомогательных механизмов станка. В этих условиях статические и динамические показатели привода имеют решающее значение для производительности и точности. Развитие УЧПУ привело к возможности замены кинематических связей в механизме электронными связями и приводами, управляемыми от отдельных микропроцессоров.

Микропроцессорные УЧПУ качественно изменили систему управления приводами. Некоторые параметры привода изменяются программно. Эти изменения можно вводить при наладке станка или автоматически в процессе работы.

Мультипроцессорные системы позволяют реализовывать цифровое управление следящим приводом подач. При этом исключается нестабильность аналоговых элементов системы. В СЧПУ вводятся отдельные контроллеры для управления приводами, которые получают информацию о величине и скорости перемещения от центрального процессора. Такая система позволяет задавать по каждой координате индивидуальные законы разгона и торможения, обеспечивающие оптимальное согласование характеристик привода и механической системы.

Это позволяет снизить механические нагрузки в кинематических цепях при разгоне и торможении, сократить время переходных процессов, повысить точность позиционирования. Законы разгона и торможения можно задавать программно в процессе наладки станка. Аппроксимацию кривой разгона обычно задают в виде отрезков прямых. Участки разгона и торможения могут быть асимметричными.

Участки 2, 3 и 5. 6 несимметричны, т.к. при пуске привода трение в кинематических цепях уменьшает ускорение, а при торможении способствует замедлению.

Максимальная скорость выбирается с учетом величины перемещения и обеспечения торможения или требуемого снижения скорости. При заданной скорости рассчитывается тормозной пуль и определяется момент выдачи команды на торможение с обеспечением оптимальных характеристик.

Систему управления приводами можно в общем охарактеризовать статической точностью и динамическими показателями – быстродействием и жесткостью. С точки зрения жесткости привода относительно нагрузочных моментов наилучшие результаты дает управление с использованием регулятора скользящих режимов.

Введение цифровых элементов вместо аналоговых, независимо от вида регулятора, существенно улучшает качественные показатели привода. В цифровом приводе тахогенератор отсутствует, а текущее значение скорости определяется с помощью расчетов по данным путевого датчика, сигналы которого замыкаются через систему ЧПУ. Цифровые системы управления приводами будут давать заметное преимущество там, где хорошая динамика необходима для получения высокой точности и требуется большой диапазон изменения скорости в сочетании с плавностью перемещения при ползущих скоростях.