WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Vmod = sign(Ue)·Vх.х. -Kvp·Pd, где (4) Vu0 при Vu Vu0, где Vu0 = |Ue|·Kvu Vх.х. = (5) Vu при Vu < Vu0, где Vu = |Ue|·Kvu+ V0, где V0 =U0·(Kvu0-Kvu). (6) Сигнал управления мехатронным модулем Um вычисляется согласно уравнениям ниже. В этих уравнениях Ustab — дополнительное управляющее напряжение системы стабилизации, которая рассматривается в главе 7. При отключенной системе стабилизации оно равно нулю.

Ulim при Uunlim > Ulim, Um =, где (7) Uunlim при Uunlim Ulim.

Uunlim = |U1m|·K0+Un0+ Ustab, где (8) dU1m dUeTaz· + U1m =Tfz· + Ue1. (9) dt dt Предельная механическая характеристика формируется путём наложения ограничения Klim на управляющее напряжение электродвигателя, что описывается следующими формулами:

Ulim =Ummax·Klim, (10) 1 при [Pd· sign(V )] < 0, Klim =, где (11) f(Pd· sign(V )) при [Pd· sign(V )] 0.

f2[Pd· sign(V )] — таблично заданная кусочно-линейная функция.

Данные уравнения описывают работу системы стабилизации давления в приводе:

dUstab = (Pnom+KPd·|Pd| - Pp)·Kup·Kstab, где (12) dt Kstab = KF V ·KP, где (13) 1 при |V1| V0, 1 при |Pd| Pd0, KF V =, KP = (14) 0 при |V1| >V0. 0 при |Pd| >Pd0.

dVTV· + V1 = V. (15) dt Блок «Мехатронный модуль» представляет собой математическую модель соответствующего агрегата, реализующую регулировочную и механическую характеристики, полученные в результате экспериментальных исследований использованного в приводе образца. Динамические характеристики блока приближённо аппроксимируют определённые в эксперименте динамические свойства реального агрегата.

В пятой главе приведены результаты математического моделирования привода. На математической модели проводились исследования влияния настройки привода на его характеристики, были получены механические характеристики привода и оценка его динамических свойств.

Также были проведены исследования энергетики привода в целом и его компонентов.

Настройка привода предусматривает задание определённого диапазона величин управляющего напряжения, при которых привод работает в режиме объёмно-дроссельного регулирования скорости. Наличие указанного режима предполагает существенное дросселирование потока.

Диапазон значений напряжения, при которых поток жидкости, создаваемый насосной станцией, ещё существенно дросселируется окнами клапана реверса с заданными размерами, зависит от крутизны характеристики X = f(Ux), т.е. от настройки гидроусилителя.

Для 5 вариантов настройки (ОДРк = 0.2, 0.4, 0.7, 1 и 4.7)1 получены скоростные характеристики ненагруженного привода. Скоростные характеристики привода для первых четырёх вариантов настройки отличаются только при малых управляющих сигналах, выделяется только характеристика, соответствующая пятому варианту настройки, при котором окна клапана реверса не открываются более чем на 20% своей площади.

Область Дроссельного Регулирования клапана: доля от максимального сигнала управления мехатронного модуля(%) A B Vпривода,см/с V, см/с U=1.U=1.5. 5 U=1.Экспериментальные точки U=1.U=0.4. U=0.U=0.U=0.4 U=0.U=0.3. U=0.U=0.U=0.3 U=0.U=0.U=0.2. 5 U=0.U=0.U=0.U=0.2 U=0.36 U=0.U=0.1. U=0.U=0.23 U=0.1 U=0.U=0.U=0.12 U=0.0. Uупр C D 0 0.75 1.5 2.25 3.0 3.75 4.5 5.25 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 F, кгс A: настройки гидроусилителя, B: расчётные скоростные характеристики в области малых сигналов; C: экспериментальная скоростная характеристика, D: расчётные и экспериментальные механические характеристики Рис. 7. Скоростные и механические характеристики привода.

Потери мощности и тепловыделение в гидравлической части рассматриваемого привода вне области малых сигналов управления минимальны.

Эти характеристики показаны на рис.7 Расчётная предельная механическая характеристика привода формируется предельной механической характеристикой мехатронного модуля, которая, в свою очередь,задаётся в алгоритме управления приводом. Жёсткость частных механических характеристик привода почти полностью определяется утечками в насосе и клапане реверса, т.к. механические характеристики мехатронного модуля имеют большую жёсткость.

Наличие экспериментальных данных по утечкам позволило оценить объёмный КПД насоса в зависимости от давления подачи и скорости вращения вала.На графике видно, что КПД насоcа падает с ростом скорости вращения вала и уменьшается с ростом давления. Максимальный КПД составляет около 90% (рис.8).

КПДоб 0.8 1.КПД,P =Н delP = КПД,PН=0.КПД,P =Н 0.0.0.0.0.delP = 40 атм 0.0.4 delP = 80 атм 0.delP = 120 атм 0.0.delP = 160 атм 0.0.delP = 200 атм 0.0.0., рад/с, рад/с 0 200 400 600 800 1000 1200 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Рис. 8. КПД насоса в зависимости от скорости вращения вала (слева) и нагрузки (справа.) При рациональном выборе настройки привода мощность, рассеиваемая гидравлической частью привода в режиме удержания выходного звена, составляет от 20 до 105 Вт в зависимости от величины нагрузки.

Для исследования энергетических характеристик мехатронного модуля были экспериментально определены эффективные значения фазового тока и фазового напряжения, а также значение мощности на входе в модуль по трёхфазному силовому кабелю при различных скоростях вращения вала электродвигателя и трёх фиксированных уровнях его нагружения.

Графики изменения мощности в различных точках мехатронного модуля при различных уровнях перепада давления подачи насоса показывают, что основная доля потерь мощности происходит в коммутаторе мехатронного модуля. Потери мощности в электромашине невелики, однако, учитывая, что они получены расчётным путём при моделировании работы насосной станции привода, приведённое распределение потерь мощности в мехатронном модуле следует считать оценочным. На рис.приведены результаты расчёта КПД для основных агрегатов привода и всего привода в целом.

В таблице 1 приведены результаты расчётов возможного улучшения энергетики привода. При сохранении избыточной минимальной скорости электродвигателя в будущих конструкциях приводов такого типа, для улучшения энергетических характеристик насосной станции в области объёмного режима, видимо необходимо использовать регулируемый шунтирующий дроссель насоса. Устранение шунтирующего дросселя возможно при уменьшении единственного изменённого параметра КПД общий Omega, рад/c КПД кл 0.КПД ком КПД мм 0.КПД н 0.КПД гидр 0.0.КПД привода 0.0.0.0.0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 F,кГс Сверху вниз: КПД клапана, коммутатора, мехатронного модуля, насоса с шунтирующим дросселем, гидравлической части, всего привода в зависимости от нагрузки Рис. 9. КПД основных агрегатов привода — минимальной скорости электродвигателя, которая для этого варианта равна 23 об/мин. Для оценки дальнейшего возможного улучшения энергетики привода рассматриваемого типа предположим, что в результате использования в коммутаторе мехатронного модуля современных схемных решений и элементной базы удастся уменьшить теплопотери в нём в два раза.

Для модели привода было получено несколько частотных характеристик, соответствующих различным амплитудам входного сигнала и настройкам. Влияние настройки на частотные характеристики проиллюстрировано на рис.10. В таблице 2 приведены точные цифры.

В шестой главе представлены результаты экспериментального исследования привода.

При экспериментальном исследовании следящего привода были получены его скоростные и механические характеристики, а также переходные процессы на различные виды входных сигналов. Запись сигналов выполнялась как при работе ненагруженного привода, так и при воздействии на него силы нагружения.

КПД Амплитуда=1mm, ODRK=var Lm, dB АЧХ 0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 f, Hz 2 3 4 5 6 7 -ODRk=0.-ODRk=1.ODRk=0.-5 -5.ODRk=0.Экспериментальная ЛАХ для ОДРк=0.--ODRk=4.-10.---15 -15.---20.--1 0 10 10 f,Hz ФЧХ,град 0.4 4 7 f, Hz 0.2 0.3 0.5 0.7 0.9 2 3 5 6 -ODRk=0.-ODRk=1.0 ODRk=0.2 Экспериментальная -30 ЛФХ для ОДРк=0.ODRk=0.-ODRk=4.-50 -50.-----100 -100.---0 10 f,Hz Рис. 10. Экспериментальная (для настройки 0.7) и расчётные частотные характеристики привода с комбинированным управлением с учётом сухого трения в гидроцилиндре Таблица 1. Возможные пути улучшения энергетики привода max КПД Эксп. Устр.шунт.дросс. Сниж.теплоп. Оптим.

ММ (мм)max 0.75 0.75 0.95 0.Насос (н)max 0.64 0.73 0.73 0.Клапан (кл)max 0.95 0.95 0.95 0.Гидравл. (г)max 0.56 0.64 0.64 0.Привод ()max 0.385... 0.42 0.41... 0.48 0.52... 0.61 0.Таблица 2. Параметры расчётных частотных характеристик Kэгу, см/В и 0.01 0.0143 0.025 0.соотв.ОДРк 1 0.7 0.4 0.Амплитуда,мм Полоса пропускания следящего привода f,Гц (Частота при АЧХ=-6 дБ или при ФЧХ=-90) 4(6.6%) 3.9 (3.9/6.6) 3.9 (3.9/6.6) 3.9 (3.9/6.6) 3.9 (3.9/6.6) 1(1.6%) 5.5 (5.5/7.9) 5.45 (5.5/7.9) 5.3 (5.3/7.8) 5.0 (5.0/7.5) 0.5(0.83%) 7.5 (7.5/8.6) 7.3 (7.3/8.6) 6.7 (6.7/7.9) 5.9 (5.9/7.3) 0.2 (0.33%) 5.7 (5.7/5.9) 7.5 (7.9/7.4) 9.3 (11.0/9.3) 13 (12.9/10.3) АФЧХ следящего ненагруженного привода снимались на амплитудах колебаний штока привода 0.2, 0.5, 1 и 4 мм при различных настройках привода. При ОДРк=4.7 привод работает практически в дроссельном режиме регулирования скорости выходного звена во всём диапазоне изменения его сигнала рассогласования. По мере уменьшения ОДРк область сигналов рассогласования, в которой привод работает преимущественно в дроссельном режиме, сокращается. При всех настройках обеспечивалась добротность привода Д=20 1/c на номинальном токе управления усилителя клапана реверса. Экспериментальные АФЧХ привода с комбинированным управлением представлены на рис.11.

По графикам экспериментальных АФЧХ определялась полоса пропускания привода, а также фазовое запаздывание привода на частоте Гц. За окончательное значение полосы пропускания привода принималась минимальная величина из двух частот: частоты, на которой АЧХ пересекала уровень -6 дБ, и частоты, на которой ФЧХ достигала уровня -90. В таблице 3 приведены точные цифры.

При одинаковой добротности привода на средних сигналах рассогласования АФЧХ привода существенно зависят от настройки привода.

При увеличении Кэгу уменьшается ширина области сигналов рассогласования, в которой привод работает преимущественно в дроссельном режиме, и при Кэгу > 0.015 см/В он уже при амплитуде колебаний мм работает в режиме преимущественно объёмного (гидростатического) регулирования скорости. В этом режиме его динамика определяется динамикой имеющегося мехатронного модуля, а его инерционность не позАЧХ Lm, dB 3 3.0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.9 2 3 4 5 6 7 8 f,Hz A=0.2 mm -3 -3.A=0.5 mm -6 -6.-9 -9.A=1 mm -12 -12.A=4 mm --1 0 10 10 ФЧХ f,Hz,град 0.3 0.4 0.5 0.7 0.0.2 2 3 4 5 6 7 8 f,Hz -A=0.5 mm -A=0.2 mm -A=1 mm --50 -50.---A=4 mm ---1 0 10 10 f,Hz Рис. 11. Зависимость экспериментальных АФЧХ привода с комбинированным управлением от амплитуды гармонического сигнала Таблица 3. Полоса пропускания экспериментального образца привода при различных настройках клапана реверса.

ОДРк 4.7 0.8 0.7 0.4 0.А.,мм (%) Полоса пропускания следящего привода f,Гц (Частота при АЧХ=-6 дБ или при ФЧХ=-90) - 4.4 (4.4/9.4) 4.3 (4.3/10) 2.2 (5.2/2.2) 4 (6.6%) 2 (3.2%) 5.4 (5.4/9.4) - - - 1 (1.6%) 4.5 (4.5/6.8) 5.6 (5.6/10.1) 5.3 (5.3/10.2) 6.7 (6.7/10.1) 4.5 (4.5/7) 0.5 (0.83%) - 7.8 (7.8/10.8) 5.9 (5.9/10) 7.9 (7.9/11.1) 5.(5.2/9.8) 0.2 (0.33%) 9 (9/13.4) 11.9 9.5 (9.5/10.4) 12.4 7 (7/10.5) (13.2/11.9) (13.1/12.4) воляет своевременно обеспечить необходимый расход, поэтому полоса пропускания экспериментального образца привода резко уменьшается.

При дальнейшем увеличении Кэгу положительное влияние дроссельного регулирования становится ещё меньше и при амплитуде колебаний 4 мм резко увеличивается фазовое запаздывание привода на частоте Гц.

Если в дроссельном режиме работы фазовый сдвиг привода на частоте 1 Гц увеличивается с уменьшением амплитуды колебаний, то при комбинированном режиме работы уменьшение амплитуды колебаний от 1 до 0.2 мм приводит к уменьшению фазовых искажений на этой частоте.

На рис.12 изображено распределение объёмного и дроссельного режимов при отработке приводом синусоидального сигнала. По оси y отложено в процентах время, проведённое приводом в дроссельном режиме при отработке синусоиды. Соответственно остальное время было проведено в объёмном режиме, таким образом график делит плоскость на верхнюю часть соответствующую объёмному регулированию и нижнюю часть, соответствующую дроссельному регулированию. По оси x отложены амплитуды входных синусоидальных сигналов. Каждый из графиков соответствует своей частоте. По графикам можно сделать вывод, что малые амплитуды отрабатываются преимущественно в дроссельном режиме, а большие — преимущественно в объёмном, причём с уменьшением частоты растёт влияние объёмного регулирования, а с увеличением — дроссельного.

В седьмой главе описываются алгоритмы управления приводом, которые обеспечивают линейность его регулировочной характеристики и поддерживают заданное давление питания в нейтрали.

При цифровом управлении мехатронным модулем и клапаном реверса согласование их работы осуществляет встроенный микропроцессор при0.1 Hz 1 Hz 0.3 Hz 0.2 Hz 2 Hz 4 Hz 0 1 2 3 4 5 Амплитуда входного сигнала,см Малые амплитуды отрабатываются в преимущественно дроссельном режиме, а большие — в преимущественно объёмном Рис. 12. Распределение режимов работы привода в динамике вода, на который, кроме того, возложены и дополнительные, но важные задачи: формирование требуемых предельных механических характеристик привода и мехатронного модуля, обеспечение жёсткости механической характеристики привода при помогающих нагрузках, стабилизация характеристик привода в условиях температурного изменения вязкости жидкости и увеличения расхода утечки в насосе, вызванного износом его трущихся пар. Ниже рассмотрены алгоритмы микропроцессорного управления агрегатами привода, обеспечивающие выполнение всех перечисленных выше задач.

Требуемый уровень давления подачи в нейтральном состоянии исполнительного привода обеспечивает высокую чувствительность привода и начальную жёсткость его характеристик. Этот уровень формируется как результат баланса теоретической подачи насоса, зависящей от минимальной скорости вращения вала мехатронного модуля, и утечек в насосе и клапане реверса. С изменением температуры жидкости и износом насоса эти утечки меняются, при использовании рассмотренного варианта алгоритма управления меняется и давление подачи, а с ним изменяются и характеристики привода в области малых сигналов.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»