Регулювання позиційного переміщення маніпулятора

Курсова робота
На тему: «Регулювання позиційного переміщення маніпулятора»
2005

Зміст
Введення
1. Опис технологічного процесу
2. Вимоги до систем управління маніпуляторами
3. Діючі координатні збурення
4. Вибір регульованого параметра і способу його завдання
5. Вибір вимірювальних пристроїв
6. Побудова функціональної схеми системи регулювання
7. Розчленування системи на типові ланки
8. Побудова структурної схеми системи регулювання
9. Розрахунок чисельних значень постійний часу і коефіцієнтів перетворення
11. Визначення передавальної функції системи
12. Оцінка стійкості
Список літератури

Введення

У цій роботі розглянута система регулювання позиційного переміщення маніпулятора.
В даний час до точності розмірів прокату пред'являються підвищені вимоги. Це пояснюється вимогою до підвищення ефективності прокатного виробництва та конкурентоспроможності продукції на внутрішньому та світовому ринках.
Оптимізація позиційного переміщення маніпулятора є обов'язковою умовою нормального перебігу технологічного процесу. При неточному переміщенні маніпулятора порушується процес прокатки. Таким чином, одним з головних технологічних вимог при прокатці є позиційне переміщення маніпулятора.
Тому маніпулятори необхідно оснащувати системами автоматичного регулювання переміщення (ЗАРП), без яких процес прокатки на цих станах, у принципі, неможливий. Таким чином, питання позиційного переміщення маніпулятора при прокатці залишається актуальним.
Поєднати високу продуктивність комплексу, висока якість продукції і економію ресурсів, тобто досягти найкращих економічних показників переділу, можна шляхом такого оперативного узгодження режимів прокатного стану і маніпулятора, коли той і інший працюють на умовно оптимальних режимах, що враховують, зокрема, змінюється в широких межах сортамент.
Зазначене узгодження параметрів стану і маніпулятора, оптимальне в середньому за багатьма сортаментів, які входять у портфель замовлень, повинно бути досягнуто за рахунок відповідного вибору складу і параметрів устаткування, а здійснення оптимальних режимів цього обладнання має бути забезпечене відповідною АСУ ТП (Автоматична Система Управління Технічним Процесом ) [3].
Метою автоматизації маніпулятора є підвищення параметрів точності прокату при високій продуктивності. Дана мета досягається при вирішенні низки завдань. Однією з найпоширеніших є управління приводом маніпулятора.

1. Опис технологічного процесу

Злиток за рольганга подається в робочу кліть 4 в струмок номер 1, де проводиться первинна прокатка (рис.1). Далі заготівля подається на приймальний рольганг 5 та з допомогою маніпулятора 6 переміщається в струмок номер 2 для подальшого прокату. Потім заготівля подається на приймальний рольганг 7 і з допомогою маніпулятора 8 переміщається в струмок номер 3 для заключного прокату. Потім цвітіннп рольгангами 9 подаються до ножиць 10 для обрізки передній задній дефектних частин.
SHAPE \ * MERGEFORMAT

1

2

4

5

3

6

7

8

10

9

Рис.1. Схема руху заготовки
Характеристика робочої кліті блюмінга 1250
Найбільший діаметр бочки валка по буртах, мм 1250
Найменша відстань між осями переточенних валків, мм 1180
Довжина бочки валка, мм 2800
Діаметр шийки валка, мм 750
Найбільший підйом верхнього валка (від номінального положення), мм 1150
Різьба натискного гвинта - завзята, двоходова, мм 480Ч32Ч2
Передаточне число редуктора натискного пристрою i 3.08
Поступальна швидкість натискних гвинтів, мм / с 185-220
Висота кліті від рівня поля цеху, мм 9480
Електородвігателі приводу валків (2шт.)
тип П24-160-6, 8
потужність, кВт 6800
швидкість, об / хв 0-60-90
Загальна маса кліті (приблизно), 738

φ = x (t) y (t) 3 2 1

У тому числі маса однієї станини, т 110
Рис.2 Привід маніпулятора 1 - електродвигун, 2 - редуктор, 3 - лінійка
Основні параметри електродвигуна серії 1МG7 представлені в таблиці 1 [7]:
Електродвигуни Siemens серії 1MG7, виробляються потужністю від 18,5 кВт до 200 кВт і повністю адаптовані для російського споживача.
Таблиця 1. Характеристики електродвигуна [8]

P,	Габа-рит	Тип	n, (Об / хв)	ККД,%	cosφ	I, (А)	M, (Н • м)				KL	Ј, (	M, (кг)
4 підлогу, 1500 об / хв, 50Гц.
110	315S	1MG7310-4CA	1488	94.8	0.86	194	706	2.5	7.0	2.7	16	2.20	870

Основні параметри редуктора представлені в таблиці 2 [6]:
Таблиця 2. Характеристика редукторів приводу крокуючого пода печі [6]

Тип редуктора	Передаточне число,	Тривалість включення, ПВ	Швидкість обертання швидкохідного валу редуктора, n об / хв	Момент на тихохідному валу, Н
Ц2У-200	38,98	100%	600	2500

2. Вимоги до систем управління маніпуляторами

Системи управління маніпуляторами призначені для забезпечення своєчасного переміщення заготівлі між струмками кліті, збереження валків кліті та обладнання, безпеки роботи на кліті та запобігання аварій.

3. Діючі координатні збурення

На регулювання переміщення маніпулятора діють наступні координатні збурення [3]:
- Коливання швидкості валків робочої кліті;
- Коливання температури, зміна розмірів, маси заготовок;
- Знос валків,
- Коливання температури навколишнього повітря;
- Зміна властивостей заготовок,
- Втрати на перетворення енергії в інші види енергії (шум, випромінювання тощо),
- Зміна напруги в мережі електроживлення.

4. Вибір регульованого параметра і способу його завдання

Для того щоб забезпечити заданий переміщення заготовки на виході з кліті, необхідно змінювати значення кутових швидкостей обертання валу електродвигуна за допомогою регулювання струму якоря електродвигуна. Це необхідно для оптимальної роботи реверсивної кліті, ліквідації простоїв стану.
У роботі розглянуто шлях регулювання.
Для початку дії ЗАРП використовується сигнал про вихід заготовки з валків кліті. Для регулювання кутової швидкості обертання вала електродвигуна приймається принцип компенсації помилки, для цього необхідно використовувати сигнал про поточний переміщенні, який йде безпосередньо від датчика переміщення.

5. Вибір вимірювальних пристроїв

Для виявлення виходу заготовки з кліті необхідно знати зміна зусилля на кліті, для чого використовується датчик зусилля тензорезисторний універсальний типу 5001 ДСТУ - ГОСТ 28836. [9].
Датчики стійкі до впливу температури і вологості по групі С3, атмосферного тиску по групі Р1 ГОСТ 12997, із ступенем захисту IP67 по ГОСТ 14254, до впливу синусоїдальних вібрацій високої частоти по групі N2 ГОСТ 12997. Електричне живлення 12 В або 24 В за ГОСТ 18953.
Табл. 2 Технічні характеристики датчика зусилля.

Номінальне зусилля		Габаритні розміри датчиків, не більше, мм							Маса датчиків, не більше,
кН	тс	D	d	B	H	h	К1	К2	кг
500	50	180	130	195	206	90	М60х3, 0	М24 глуб.30 (8отв.)	18

Для забезпечення робочого режиму кліті необхідний блок затримки сигналу датчика зусилля, в іншому випадку заготовка не встигне вийти з станини кліті, що призведе до поломки стану. Для чого нам необхідно знати час запізнювання t _зап:

,
де v _пр = 1 м / с - швидкість прокатки.

Вибирається блок затримки Мастак БЗ-11, з часом запізнювання 0,1-3с.
Для керування електродвигуном використовується частотний перетворювач LS600 фірми Siemens.
Основні параметри:
§ тип інвертора: ШІМ на IGBT-модулях;
§ тактова частота ШІМ: 15 кГц;
§ клас захисту: IP20;
§ високий стартовий момент: 150%;
§ 4 задаються фіксовані частоти;
§ 8 вхідних клем управління;
§ 7 варіантів завдання вихідний частоти;
§ аналоговий вихід (0-10В);
§ вбудований гальмівний блок;
§ діапазон вихідних частот 0,5 ... 240 Гц
§ сигнал завдання частоти: 0 ... 5В, 0 ... 10В (10 кОм), 4 ... 20 мА (250 Ом), 0 ... 20 мА (250 (Ом);
§ вихідна напруга: 380 ... 460В.
Для вимірювання кутової швидкості вала двигуна використовується енкодер Siemens 1XP8001-2 (версія ТTL) [9].
Енкодери Siemens призначені для вимірювання лінійних та кутових переміщень. Принцип дії енкодеров заснований на оптичному методі вимірювання кута повороту лінійних переміщень, що забезпечує високу точність. При наявності імпульсного енкодера жорстко закріпленого на валу електродвигуна, стандартний асинхронний електродвигун виконує функції високоточної регульованого електроприводу.
Технічна характеристика датчика:
· Напруга живлення - +5 В ± 30В
Вхідний струм без навантаження - 150 м
· Маскімально навантажувальний струм - Макс. 20 мА
· Точність (імпульсів / оборот) - 1024
· Пульсація зсуву між двома виходами - 90 Гр ± 20%
· Вихідна амплітуда U - Uвис> 2.5В Uніз <0.5В
· Частотний діапазон - 0.45 мс до 300 кГц
· Масксімальная швидкість - 12000 об / хв
· Температура зберігання --20гр С до 100гр З
· Захисне виконання - IP66
· Максимальна радіальна консольна навантаження - 60N
· Максимальна радіальна аксіальна навантаження - 40N
· Вихід системи - 12 - пін
· Вага - 0,3 кг

φ

f

M ред

6. Побудова функціональної схеми системи регулювання

S

U з

U з

Е.

З.У.

Ред

Дв

ПУ

М

U з

Б.З.

Uт.г.

φ

U з

Д.У.

Рис.3. Функціональна схема регулювання
Д.У. - Датчик зусилля 5001 ДСТУ - ГОСТ 28836;
Б.З. - Блок затримки БЗ-11;
ПУ - перетворює пристрій LS600
ДВ - електродвигун 1МG7;
Ред - редуктор Ц2У-200;
М - маніпулятор;
Е - енкодер 1XP8001-2.
7. Розчленування системи на типові ланки
Переважна пристрій ПУ є безінерційні ланкою, так як постійна часу Т _пу. Приблизно дорівнює 0, отже, передатна функція W _ПУ прийме вигляд:
,
Двигун є апериодическим ланкою, тому що при обертанні ротора з'являється маховий момент інерції і W дв дорівнює:
.
Редуктор так само є апериодическим ланкою, тому що при розгоні (гальмуванні) колеса і шестерні з'являються махові моменти інерції обертових елементів і передатна функція W _ред дорівнює:
.
Маніпулятор з лежачим на ньому заготівлею також є апериодическим ланкою і передатна функція W _м дорівнює:
.
Енкодер є безінерційні ланкою і передавальна функція W _Е. дорівнює:
.

8. Побудова структурної схеми системи регулювання

U з

M ред

U з

U ц.р.

S

φ