Тема 3.4 Системы адаптивного программного управления

1. Структурная схема системы управления с блоком адаптации

2. Функциональная схема.

 

1. Принцип построения СЧПУ основан на том, что управление действует согласно заданному алгоритму, определенному управляющей программой в соответствии с первичными сведениями об управляемом объекте, технологическом процессе и его параметрах, а также коррекции и перестройке алгоритма управления на основании полученных вторичных сведений об управляемом объекте (сведения об изменении исходных данных, отклонение фактических параметров от тех значений, которые предусматривались в УП, и т. д.).

СЧПУ с такой организацией управления получила название адаптивной СЧПУ. Для подобной системы УП формирует цель управления (алгоритмы управления, определяющие траекторию движения рабочих органов, их скорости, а также другие технологические параметры и команды на основании известных сведений об объекте управления, заготовке, приемах обработки, инструменте и т. д.), к которой должна стремиться система управления. Таким образом, для адаптивных СЧПУ записанная УП, определяющая заданный алгоритм управления объектом и заданные параметры, является информацией о целях управления, и при изменении обстановки в управляемом объекте такая система будет адаптироваться, менять дисциплину управления с учетом изменившихся конкретных условий, т. е. устройство управления будет вырабатывать дополнительные инструкции управления к существующей УП.

В универсальных УЧПУ, создаваемых на базе микроЭВМ для обеспечения адаптивного управления, создаются специальные интерфейсные модули для связи объекта управления с УЧПУ по адаптивному управлению. Причем создаются также дополнительные модули в виде программируемых микроконтроллеров для реализации адаптивного управления в объекте. Интерфейсный модуль включает в себя дополнительные аналого-цифровые преобразователи для преобразования сигналов датчиков, измеряющих всевозможные технологические параметры во время управления, которые преобразуются в цифровой код. Кроме того, применяются программируемые микроконтроллеры для обработки вторичной информации и введения ее в основную УП. Все перечисленные выше модули, как правило, управляются от центрального процессора микроЭВМ.

В УЧПУ, построенных на базе микроЭВМ, в ЗУ хранится специально разработанное математическое и программное обеспечение для организации адаптивного управления совместно с ЧПУ.

На рисунке 41 показана структурная схема универсального УЧПУ с блоком адаптации (АЦП адаптации), предусматривающим реализацию адаптивного управления объектом. Универсальное УЧПУ построено на базе микроЭВМ «Электроника-60», в которую входят ЦП, ЗУ и ПЗУ, магистральный канал ЭВМ. Кроме модуля адаптации в УЧПУ входят следующие модули: интерфейс связи с пультом коррекции (СПК), интерфейс связи с печатающими устройствами (ПУ) и электрической печатающей машинкой (ЭПМ) интерфейс связи с блоком отображения символьной информации (БОСИ)у интерфейс связи с фотосчитывающим устройством (ФСУ), интерфейс связи с перфоратором, интерфейс связи с кассетным накопителем на магнитной ленте (КНМЛ)У интерфейс связи с блоком преобразования кодов и блоками умножения (БУ, БПК), интерфейс связи с ЭВМ более высокого ранга.

 

 

Рисунок 41 - Структурная схема адаптивной СЧПУ

 

Канал ЭВМ через интерфейс связи с технологическим объектом (ТО) связан с внешними устройствами через дополнительную магистраль связи с объектом управления. Таким образом, интерфейс связи с ТО управляет обменом информацией между микроЭВМ и внешними устройствами, расположенными на объекте управления.

Для связи УЧПУ с объектом управления служат следующие блоки, выполненные в виде стандартных модулей (блоки, обслуживающие рабочие органы объекта управления); блок выходных и входных сигналов, блок связи с шаговым приводом (БСШП), интерфейс связи с приводом, питающимся и управляемым тиристорным преобразователем с ЧИМ- или ШИМ - управлением; модуль связи с датчиками обратной связи (АЦП ДОС), которые измеряют всевозможные технологические параметры, следовательно, этот модуль можно частично использовать для получения вторичной информации с объекта управления и ее обработки.

Все адаптивные СЧПУ следует применять там, где они дают экономический эффект и оправдывают начальные затраты за счет малой избыточности аппаратных средств и стандартных модулей.

Адаптивные СЧПУ, применяемые в промышленных роботах, оснащают специальным математическим и программным обеспечением, которое записывается в ОЗУ и ПЗУ УЧПУ через специальный унифицированный интерфейс может оснащаться средствами технического зрения при адаптации на обстановку, геометрическую форму, измерение силы захвата для фиксации в момент захвата, маркировку заготовок, взаимное расположение, измерение осевой деформации при сборке и т. д. В качестве рецепторов технического зрения могут применяться электронно-лучевые трубки, интегральные фотоприемные устройства матричного типа (ИФУ), матричные приборы с зарядовой связью, диссекторы (диссекторы являются телевизионной трубкой с произвольной разверткой луча), матричные тензометрические датчики и т. д.

Широкое применение адаптивные СЧПУ находят также в тех технологических объектах, где предъявляются высокие требования к параметрам технологических процессов или параметрам получаемых изделий. Кроме того, они применяются в тех случаях, когда возмущающие воздействия в технологическом процессе значительны и носят случайный характер, что дает возможность учесть данные отклонения в УП или скорректировать с пульта в процессе управления.

Адаптивные СЧПУ различаются способами адаптации, видами организации измерительных систем, способами организации адаптивного управления и разновидностью аппаратных средств, с помощью которых организуется адаптивное управление. По принципу адаптации различают адаптивные СЧПУ: с функциональным регулированием, в которых процесс адапта­ции осуществляется регулированием параметров, функционально зависящих от отклонившихся величин; с экстремальным регулированием, целью адаптации которых является получение максимального или минимального результата; с оптимальным регулированием, где ведется регулирование многих параметров на оптимальный результат по комплексному критерию оптимальности.

Адаптивные СЧПУ могут различаться способами контроля параметров, вызывающих возмущающее воздействие, и способами воздействия на параметры регулирования, посредством которых, как правило, ведется адаптация с учетом новых условий управления. Чаще всего параметрами, которые являются возмущающими или регулирующими, бывают мощность и сила резания, диаметр обработки, припуск на обработку, температура в зоне резания, деформация в системе станок — приспособление — инструмент — заготовка, износ режущего инструмента и т. д.

Адаптивные СЧПУ могут различаться числом каналов регулирования, видом и законом регулирующих воздействий.

 

2. Адаптивная СЧПУ с применением оптимального регулирования построена на базе универсального УЧПУ с соответствующим дополнительным математическим и программным обеспечением (Рисунок 42).

 

Рисунок 42 - Функциональная схема адаптивной СЧПУ

 

Функциональная схема устройства адаптации включает в себя следующие узлы: узел, в котором проходит процесс резания (ПР) и измеряются необходимые параметры процесса обработки; упругая система станка (УСС), которая представляет собой фактическую систему станок — приспособление — инструмент — заготовка; привод подачи (ПП); главный привод (ГП); датчик синхронизации схемы с частотой вращения шпинделя (ДС); датчик, измеряющий амплитуду колебаний (ДК), датчик тока или мощности (ДТ), усилитель датчика колебаний (УДК) блок масштабирования сигнала обратной связи по мощности и компенсации сигнала, создаваемого током холостого хода (БМК) блоки ограничения сигналов управления скоростью подачи (υ _s) и частотой вращения шпинделя (Б01, Б02); командный генератор (Г); полосовой фильтр (ПФ) блок согласования (БС) блоки умножения (БУ1, БУ2); экстремальный регулятор колебаний изменением частоты вращения шпинделя (ЭРК) регулятор колебаний изменением скорости подачи, (РК) блок логики для сравнения частоты вращения шпинделя с заданными параметрами (БЛ); регулятор мощности (РМ); физические величины, характеризующие в процессе обработки скорость подачи, частоту вращения шпинделя, амплитуду колебания, силу резания (мощность) и ток нагрузки.

На основании комплексного критерия оптимальности в адаптивной СЧПУ реализуется несколько алгоритмов оптимального автоматического регулирования с полной или частичной реализацией функции оптимальности. Такой метод осуществляется поочередным регулированием установки приоритета по тому или иному алгоритму управления или совместным регулированием по всем необходимым параметрам этого критерия. Адаптивная СЧПУ может реализовывать несколько алгоритмов автоматического регулирования параметров техпроцесса.