Исследование электроприводных систем металлообрабатывающих станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Кундюков Олег Анатольевич

• Кундюков Олег Анатольевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Кундюков Олег Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНКОВ

1.1. Анализ современных систем управления электроприводами металлообрабатывающих станков

1.2. Анализ требований к электроприводам главного движения и движения подач

1.3. Проблемы в системах управления электроприводами металлообрабатывающих станков

1.4. Перспективы развития электроприводов металлообрабатывающих станков

1. 5. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ

2.1. Классические способы модернизации станков

2.2. Алгоритм сокращения количества ступеней коробки скоростей привода главного движения

2.3. Синтез структурных схем для расчета критического момента на шпинделе

2.4. Применение нейронных сетей в системах управления электроприводами

2.5. Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ И ДВИЖЕНИЯ ПОДАЧ СТАНКОВ

3.1. Синтез системы управления приводом продольной подачи токарного станка с упругими связями c применением нестандартного задатчика интенсивности

3.2. Влияние упругостей элементов кинематических цепей приводов главного движения токарных станков на динамику и точность поддержания скорости шпинделя

3.3. Синтез системы управления асинхронным двигателем главного движения токарного станка с применением нейроконтроллера с прогнозированием

3.4. Исследование различных подходов к управлению двухмассовыми объектами

3.5. Выводы по третьей главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РЕЗАНИЯ СТАНКА

4.1. Анализ влияния глубины резания, скорости продольной подачи токарного станка на величину отклонения оси заготовки

4.2. Синтез системы управления приводом поперечной подачи с учетом изгиба заготовки

4.3. Синтез системы управления скоростью привода продольной подачи с использованием нейроконтроллера

4.4. Экспериментальный стенд для проведения исследований

4.5. Синтез системы стабилизации суммарного усилия резания

4.6. Выводы по четвертой главе

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование электроприводных систем металлообрабатывающих станков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Важным направлением развития в машиностроении является увеличение производительности станков, а также повышение качества и точности обрабатываемых на станке изделий. На точность обработки оказывают влияние такие факторы, как вибрации в станке из-за вращающихся приводных систем, упругие деформации в длинных валах и ременных передачах, режимы резания, износ обрабатывающего инструмента, погрешность установки заготовки и обрабатывающего инструмента, геометрическая точность оборудования, нелинейности, связанные с люфтами в передачах, муфтами сцепления, а также ограничениями момента и тока электродвигателя и т.д. Динамические характеристики приводов главного движения и движения подач оказывают существенное влияние на технологический процесс обработки заготовок. Механическая часть привода главного движения станка осуществляет передачу мощности к исполнительному механизму, и в большинстве случаев состоит из двигателя и механического передающего устройства, выполненного в виде ременной передачи, редуктора, коробки скоростей или муфты. Однако, применение коробки скоростей может отрицательно сказаться на качестве обработки деталей вследствие её нагрева и наличия зазоров между шестернями. Компоновки приводов главного движения с ременной передачей изолируют шпиндель от вибраций двигателя. Однако при передаче усилий ремни растягиваются, что приводит возникновению колебаний скорости, а также ошибки по скорости ведомого шкива в статическом режиме, что приводит к снижению качества обработки деталей. В современных станках электроприводы подачи представляют собой сложную двухмассовую систему, в которой в процессе эксплуатации возникают упругие колебания, отрицательно сказывающие на металлообработке изделий. Исходя из конструктивных особенностей, а также назначения детали, назначается допуск формы для наиболее важных размеров заготовок. При этом обеспечение точности металлообработки заготовок типа «вал» находится в ряду важнейших. Следует отметить, что радиальная составляющая

силы резания приводит к деформации заготовки, что значительно влияет на ее форму.

Для обеспечения высокого качества продукции металлообрабатывающего станка важно компенсировать упругие колебания, возникающие в электроприводных системах, а также учесть изгиб цилиндрической заготовки вследствие влияния радиальной составляющей силы резания.

Степень разработанности. Улучшение динамических характеристик приводов станков является актуальной научно-технической задачей. Значительный вклад в исследование вопросов повышения динамических характеристик и точности обработки деталей на металлообрабатывающих станках внесли отечественные и зарубежные ученые, в том числе Анучин А. С., Балакшин Б.С., Бушуев В.В., Васин Л.А., Левин А.И., Михайлов О.П., Молодцов В.В., Плотников А.Л., Проников А.С., Пуш В.Э., Решетов Д.Н., Ривин Е.И., Терехов В.М., Y. Altintas, B. Denkena, G. Pritschow, J. Tlusty.

Несмотря на то, что ученые уже провели исследования, посвященные повышению эффективности работы металлорежущих станков, некоторые вопросы все еще нуждаются в дополнительном изучении.

Повышение жесткости или виброустойчивости станков зачастую достигается с помощью применения упрощенных кинематических цепей приводов главного движения. Компоновки приводов главного движения с упрощенной кинематической цепью представляют собой мотор-шпиндель, либо конструкцию, состоящую из двигателя, соединенного со шпинделем через муфту или ременную передачу. Однако указанные варианты конструкций имеют существенные недостатки, например, мотор-шпиндель сложен в изготовлении, подвергается повышенным тепловым нагрузкам, обладает низкой ремонтопригодностью,. Компоновки с муфтой, соединяющей двигатель с шпинделем имеют большие осевые габариты, что делает их недостаточно компактными, кроме того, при недостаточно точном изготовлении и монтаже будут передаваться вибрации от двигателя к шпинделю. Компоновки с ременным приводом подвержены

вытягиванию и проскальзыванию ремней при высоких скоростях вращения и больших нагрузках. Исходя из вышеуказанного, актуальным является исследование в области поиска альтернативных путей модернизации кинематических цепей приводов главного движения.

Цилиндрические детали в процессе металлообработки подвергается воздействию сил резания. Радиальная составляющая силы резания приводит к осевому отклонению заготовки от изначального положения, что приводит к нарушению формы обработанной заготовки. Вопрос разработки надежной модели расчета точности обработки, которая впоследствии может быть интегрирована в систему управления соответствующим приводом поперечной подачи станка, является перспективным в настоящее время.

Применение в системах управления (СУ) электроприводов станков классических ПИД регуляторов со стандартными настройками на оптимум по модулю и симметричный оптимум в ряде случаев не обеспечивают требуемых показателей качества переходного процесса привода. В таких случаях перспективным направлением является разработка СУ, основанная на интеллектуальном подходе. В этом направлении известны работы Биленко С.В., Щербакова М.Е., Буянкина В. М. и др. Таким образом, проблема синтеза новых систем управления станками с применением нейронных сетей для улучшения динамических характеристик приводов, является актуальной задачей.

Объектом исследования является электромеханическая система, состоящая из приводов главного движения, продольной и поперечной подач токарного металлообрабатывающего станка.

Предметом исследования являются режимы работы, статические и динамические характеристики асинхронных электроприводов переменного тока главного движения, продольной и поперечной подач токарного металлообрабатывающего станка, а также способы улучшения этих характеристик.

Целью диссертационной работы является разработка методов управления и алгоритмов модернизации электроприводов для повышения качества и точности

обработки деталей на металлорежущих станках.

Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведен литературный обзор современных систем управления электроприводами станков и сформированы требования к ним, рассмотрены методы увеличения производительности станков, а также качества и точности обработки заготовок.

2. Проведен анализ классических способов модернизации приводов главного движения станков. Предложен способ модернизации, позволяющий уменьшить количество используемых скоростей вращения шпинделя, увеличивая тем самым жесткость и производительность станка.

3. Проведен анализ систем управления электроприводами с использованием нейронных сетей в своей структуре, доказывающий актуальность, эффективность и перспективность данного направления.

4. Разработаны математические и компьютерные модели в программе Matlab Simulink привода продольной подачи с применением нестандартного задатчика интенсивности, привода главного движения с нейроконтроллером с предсказанием, привода главного движения с нейроконтроллером с эталонной моделью и учетом упругости ремня, привода поперечной подачи с учетом изгиба заготовки, привода продольной подачи с нейроконтроллером с эталонной моделью.

5. Разработана математическая и компьютерная модель в Matlab Simulink системы стабилизации усилия резания, включающая в себя привод главного движения с учетом растяжения ременной передачи и нейроконтроллером с эталонной моделью, привод поперечной подачи с учетом изгиба заготовки, а также привод продольной подачи с нейроконтроллером с эталонной моделью.

6. Приведены и проанализированы графики переходных процессов математических моделей систем управления электроприводами станков, которые имеют высокие динамические и статических характеристики, а также доказывают

работоспособность электроприводов главного движения и движения подач рассматриваемых систем.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Разработана методика сокращения количества используемых ступеней коробки скоростей токарного металлорежущего станка, позволяющий, не изменяя механическую часть станка, использовать меньшее количество передаточных отношений коробки скоростей, обеспечивая при этом требуемый, в соответствии с паспортом станка, момент на шпинделе во всем диапазоне регулирования скоростей.

2. Разработана математическая модель привода главного движения станка, учитывающая упругие свойства ременной передачи, и включающая в систему управления нейроконтроллер с эталонной моделью.

3. Разработана система управления приводом поперечной подачи станка, учитывающая изгиб цилиндрической заготовки в процессе точения, что позволяет повысить качество металлообработки.

4. Разработана математическая модель системы стабилизации усилия резания, отличающаяся от известных тем, что включает в себя три электропривода, учитывает растяжение ременной передачи в приводе главного движения станка, учитывает изгиб заготовки в приводе поперечной подачи, использует нейроконтроллеры в приводе главного движения и продольной подачи, а также тем, что расчет суммарной силы резания производится по всем трем составляющим этой силы, при превышении которой срабатывает регулятор усилия, уменьшающий подачу так, чтобы стабилизировать силу резания.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты могут использоваться для улучшения качества обработки цилиндрических заготовок благодаря учету изгиба заготовки под воздействием радиальной составляющей силы резания в приводе поперечной подачи, а также для компенсации упругих колебаний, возникающих в электроприводе главного движения и движения продольной подачи.

Методика проведения исследований. В работе используются: теория автоматического управления, методы математического программирования, методы нелинейной оптимизации, методы моделирования, теория нейронных сетей. При проведении этапов синтеза регуляторов и моделирования использовался математический пакет МаАаЬ Simulink.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ модернизации привода главного движения, основанный на сокращении количества ступеней коробки скоростей привода главного движения.

2. Методика синтеза системы управления приводом главного движения с учетом упругости ремня и нейроконтроллером с эталонной моделью.

3. Методика синтеза системы управления приводом поперечной подачи с учетом изгиба заготовки.

4. Методика синтеза системы стабилизации суммарного усилия резания, включающей в себя: привод главного движения с учетом растяжения ременной передачи и нейроконтроллером; привод поперечной подачи с учетом изгиба заготовки; привод продольной подачи с нейроконтроллером.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается корректным применением использованных в работе теоретических методов, выбором математического аппарата, соответствующего поставленным задачам, корректностью принимаемых допущений и подтверждается полученными в диссертации результатами моделирования.

Соответствие научной специальности. Диссертационное исследование соответствует пунктам 1, 3, 4 паспорта научной специальности 2.4.2. Электротехнические комплексы и системы.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях: «Конференция российских молодых исследователей в области электротехники и электроники (ЕЮопКш)» в 2022, 2023 и 2024 годах.

Публикации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в 10 статьях, в том числе 5 статей в ведущих рецензируемых научных журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Минобрнауки России, 3 статьи в изданиях, индексируемых в международных системах цитирования Scopus и Wos, 2 статьях, рецензируемых РИНЦ, 1 статья находится в редакции журнала Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 4 главы, заключение, список литературы из 91 наименования, приложение. Диссертация выполнена на 139 страницах машинописного текста, в том числе 57 рисунков и 21 таблицы.

Во введении раскрыта актуальность проводимого исследования, определены объект и предмет исследования, сформулированы цель работы, основные задачи, научная новизна и практическая значимость.

В первой главе проведен анализ современных систем управления электроприводами металлообрабатывающих станков. Наиболее распространенными в настоящее время являются системы векторного управления электроприводами с датчиками обратных связей и без них, системы прямого управления моментом и СУ с использованием нейрорегуляторов в своей структуре. Проведен анализ требований к электроприводам главного движения и движения подач. Рассмотрены проблемы в системах управления электроприводами металлообрабатывающих станков. Рассмотрены перспективы развития электроприводов металлообрабатывающих станков

Во второй главе разработан способ модернизации привода главного движения, основанный на сокращении количества используемых ступеней коробки скоростей привода главного движения. Способ модернизации представлен в виде алгоритма сокращения количества ступеней коробки скоростей привода главного движения, отличающийся от известных тем, что позволяет, не изменяя механическую часть станка, использовать меньшее количество передаточных отношений коробки скоростей, обеспечивая при этом требуемый, в соответствии с паспортом станка,

момент на шпинделе во всем диапазоне регулирования скоростей.

В третьей главе проведено исследование способов повышения эффективности электроприводов главного движения и движения подач металлорежущих станков. Рассмотрены различные подходы к управлению двухмассовым приводом главного движения станка. Разработана система управления приводом главного движения в которой учтены упругие свойства ременной передачи и при синтезе системы управления использован нейроконтроллер с эталонной моделью.

В четвертой главе разработана система управления приводом поперечной подачи станка с учетом изгиба заготовки. Разработана математическая модель системы стабилизации усилия резания, отличающаяся от известных тем, что включает в себя три электропривода, учитывает растяжение ременной передачи в приводе главного движения станка, учитывает изгиб заготовки в приводе поперечной подачи, использует нейроконтроллеры в приводе главного движения и продольной подачи, а также тем, что расчет суммарной силы резания производится по всем трем составляющим этой силы, при превышении которой срабатывает регулятор усилия, уменьшающий подачу так, чтобы стабилизировать силу резания.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

СТАНКОВ

1.1. Анализ современных систем управления электроприводами металлообрабатывающих станков

Для обеспечения необходимого по технико-экономическим и технологическим требованиям движения исполнительного органа станка, например, резца, шлифовального круга или фрезы, широко используются системы управления электроприводов главного движения и движения подач металлообрабатывающих станков. Наиболее распространенными в настоящее время являются системы векторного управления электроприводами с датчиками обратных связей и без них, системы прямого управления моментом и СУ с использованием нейрорегуляторов в своей структуре.

Среди лидеров отечественных и зарубежных производителей станков следует выделить следующие предприятия [36, 37, 53, 54]: Ульяновский завод тяжелых и уникальных станков (УЗТС), Российский станкостроительный завод (СтанкоМашСтрой), Липецкое станкостроительное предприятие (ЛСП), Тверской станкостроительный завод (СтанкоМашКомплекс), Станкозавод Саста, Южный завод тяжелого станкостроения (ЮЗТС), Владимирский станкостроительный завод, ALZMETALL (Германия), ACE MACHINE TOOLS (Китай), Tornos (Швейцария) [25, 49, 63-65, 68, 76-78, 89].

Если в металлообрабатывающем станке необходимо обеспечить регулирование скорости вращения исполнительного механизма в широком диапазоне, то применяются векторные системы управления. Раннее в векторных системах управления применялись датчики Холла, позволяющие измерять магнитный поток в зазоре между статором и ротором электрической машины. Однако применение датчиков Холла делает систему недостаточно надежной и дорогой. Вычисление потокосцепления ротора, а также его углового положения в системах векторного управления с датчиком Холла происходит с помощью математических

преобразований на основании данных о токах статорных обмоток и потока в зазоре. Если в электроприводе станка требуется обеспечить диапазон регулирования скорости исполнительного механизма более 1000, то используются векторные системы управления асинхронным приводом с датчиком обратной связи, выполненным в виде энкодера. Современные методы так называемого векторного управления обеспечивают частотно-регулируемому электроприводу станка практически те же свойства по управляемости, которые имеет самый совершенный электропривод постоянного тока.

Математическое описание системы векторного управления асинхронным короткозамкнутым двигателем при ориентации системы координат по вектору потокосцепления ротора осуществляется следующей системой уравнений:

1/ К Ь

На = ^Т1 («1а - КАа + Ш0элоТ1КАР - Т^РУ 2 X

¿1[ =

О^р

1/К1

ОТ1Р 1

Ь2

(% - КЛ[3 + Ш0элоТ1Кйа - ^Ш0элУ2 )

т

ь

У2 = 7^(Ь,Ах - У2Х'Шр = К2 —'Ш0эл = ШРп + Ш

Т2 Р

т

У2

(1.1)

3 Ь

Мд = Т Рп-т У2^ 'Мд - Мс = ¿РШ' 2 Ь2

«1а = ^рта(Р)Кпт - кт11а]'«рпт = ^рпт(Р)[Узад - *птУ2]

и1[ = ^ртР (Р)[ирс - К11[ ]'ирс = ^рс (Р)[изад - ЗД'

рс "-тчрь "рс _ "рс

где ¿1а,¿хр — составляющие тока статора, К,К2- активные сопротивления фазных обмоток статора и ротора, 71,72- постоянные времени статора и ротора, Т = Ц/ К ,72 = 7^/ ^2, Ь' Ь2- индуктивности обмоток статора и ротора, о -коэффициент рассеяния электродвигателя; о = 1 - Ь^^ / (ЬЬ2), Ьт - индуктивность намагничивающего контура, «1а, «ф- составляющие напряжения статора, ©Оэл -угловая скорость вращающейся системы координат а - р, р - оператор Лапласса, У2 - потокосцепление ротора, ор - частота роторной ЭДС, Ш - угловая скорость

р

<

вращения ротора, рп - число пар полюсов статора, Мд - момент, развиваемый

двигателем, Мс - момент сопротивления двигателя, / - момент инерции двигателя,

* *

ща, и1р, ирпт, ирс - выходные напряжения регуляторов токов, потокосцепления и скорости, Жрта ,^ртр, ^рпт ,№рс - передаточные функции регуляторов тока,

потокосцепления и скорости, кт, кпт, кс - коэффициенты передачи датчиков

обратных связей контуров тока, потокосцепления и скорости соответственно,

Узад, изад - заданные значения потокосцепления и скорости.

Функциональная схема регулирования скорости при векторном управлении асинхронным двигателем с датчиком скорости приведена на рисунке 1.1 [3, 24, 62, 67, 70].

Питание двигателя осуществляется от преобразователя частоты с управляемым выпрямителем (УВ) и автономным инвертором напряжения (АИН).

Рисунок 1.1 - Функциональная схема регулирования скорости при векторном управлении асинхронным двигателем с датчиком скорости

На рисунке 1.1 приведены следующие условные обозначения: ПКП -

преобразователь координат прямой; ПКО - преобразователь координат обратный; ШИМ - широтно-импульсный модулятор; АИН - автономный инвертор напряжения; УВ - управляемый выпрямитель; ДС - датчик скорости; М -асинхронный двигатель; МПУ - механическое передающее устройство; РО -рабочий орган исполнительного механизма; о»! - угловая скорость вращения ротора двигателя; РС - регулятор скорости; РПт- регулятор потокосцепления; РТа, РТр -регуляторы тока модели во вращающейся системе; и , и* , и* - задающие

напряжения, поступающие в ШИМ; С - сглаживающий выходное напряжение УВ конденсатор; /1А, /1С - токи двух фаз статора на выходе АИН; , М2, 0 -

потокосцепление, момент электродвигателя и угол поворота ротора; о - сигнал угловой скорости на выходе ДС.

Напряжения на выходе АИН создают токи в статорных обмотках двигателя. Сигналы от датчиков тока 11А, 11С поступают на вход ПКО. Выходом ПКО являются токи вращающейся системы координат, которые сравниваются с токами задания на входах регуляторов тока.

В вычислителе потокосцепления происходят преобразования входных сигналов ¡1а, ¡^, о в потокосцепление у2, момент двигателя М2 и угол 0. Потокосцепление на выходе вычислителя сравнивается с сигналом задания потокосцепления узад. Результат рассогласования является входом регулятора потокосцепления (РПт). Выходом регулятора потокосцепления является задание тока, которое сравнивается с обратной связью по току от ПКО.

Скорость двигателя измеряется с помощью датчика скорости (ДС). Сигнал ДС сравнивается с сигналом задания скорости. Результат рассогласования является сигналом задания РС. Выход регулятора скорости является заданием по току, которое сравнивается с током на выходе ПКО.

Рабочий орган (исполнительный механизм) присоединён к валу двигателя через упрощённое МПУ в виде муфты или малоступенчатого редуктора.

В приведенной на рисунке 1. 1 системе управления в качестве электродвигателя

используется асинхронный трехфазный с короткозамкнутым ротором. Питание электродвигателя осуществляется с помощью полупроводникового преобразователя частоты, поддерживающего режим векторного управления с датчиком обратной связи по скорости. В качестве датчиков скорости в металлорежущих станках применяются оптические инкрементальные или абсолютные энкодеры с разрешением до 10000 имп/об и напряжением питания от 5 до 32 В.

Системы векторного управления с датчиком обратной связи по скорости используются, например, в приводах: вертикально фрезерного станка 6532Ф4 (диапазон регулирования 5000) Ульяновского завода тяжелых и уникальных станков, токарно-карусельных обрабатывающих центров КТМ-9/12 и КТМ-12/16 (диапазоны регулирования 2500 и 2000) СтанкоМашСтроя, в сверлильно-фрезерном приводе (диапазон регулирования 1250) комплекса переменной компоновки Южного завода тяжелого станкостроения, фрезерного станка с ЧПУ с двойными колоннами GS1220 (диапазон 1000) Китайского производителя ACE MACHINE TOOLS и в других станках [65, 68, 76, 78].

В современной практике проектирования и эксплуатации систем управления электродвигателями наблюдается устойчивая тенденция отказа от использования датчиков механических величин, в частности датчиков Холла. Такой переход объясняется рядом существенных преимуществ, таких как повышенная надежность, пониженная стоимость, лучшие массогабаритные показатели систем управления без датчиков. Вместо датчиков для восстановления состояния системы используются различные оценивающие модели. Эти модели позволяют косвенно определять положение ротора двигателя путем анализа электрических сигналов, получаемых от электрической машины. Для вычисления положения ротора используются классические методы оценивания, такие как: адаптивные системы с задающей моделью; расширенный фильтр Калмана; наблюдатель состояния Люенберга и другие.

Функциональная схема векторной системы управления электроприводом без

датчика скорости представлена на рисунке 1.2 [24, 30, 32, 70].

На рисунке 1.2 представлены следующие обозначения: /1А, г1В, ¿1С - токи в обмотках статора асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором;

1ла, и

и1А, и1В, и1С

- напряжения в обмотках статора двигателя.; 11а, , и1а,

и1р

напряжения и токи во вращающейся системе координат.

Рисунок 1.2 - Функциональная схема системы векторного управления электроприводом без датчика скорости

В системе управления без датчика скорости информация о текущем положении, угловой скорости, потокосцеплении и моменте электродвигателя формируется в блоках вычисления соответствующих параметров. Качество регулирования скорости в системах без датчика скорости во многом зависит от соответствия математической модели и ее параметров реальной электрической машине. Однако даже при точном моделировании возможно появление ошибок, вызванных погрешностями измерения и нелинейностями в характеристиках машины. В целом, бездатчиковое управление электроприводом представляет собой перспективную

технологию, которая позволяет повысить надежность, компактность и снизить затраты в системах управления двигателем.

Системы векторного управления без датчика скорости используются, например, в приводах главного движения вертикально фрезерного станка 6532Ф4 (диапазон регулирования 40) Ульяновского завода тяжелых и уникальных станков, токарных станков с ЧПУ НК80, ТК36, СК40 (диапазоны регулирования 10, 22, 50) СтанкоМашСтроя, круглошлифовального станка 3Л174Ф2 (диапазон регулирования 9) и горизонтально-фрезерного станка 6Л83 (диапазон регулирования 50) Липецкого станкостроительного предприятия, полуавтоматов токарных СТПР-160 и СТПР-200 (диапазон регулирования 75) Владимирского станкостроительного завода, токарных станках TK300 и TK360 (диапазоны регулирования 50 и 42) Китайского производителя ACE MACHINE TOOLS и в других станках [25, 49, 65, 68, 77, 78].

В настоящее время перспективными являются электроприводы главного движения станков, в составе которых есть вентильный или вентильно-индукторный электродвигатель. В таких электроприводах частота тока или напряжения на выходе инвертора задается частотой вращения ротора с помощью датчика положения ротора. Вентильные электродвигатели характеризуются конструктивной простотой и экономичностью. Функциональная схема регулируемого электропривода с вентильным двигателем переменного тока представлена на рисунке 1.3 [24, 30, 67, 70].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кундюков Олег Анатольевич, 2024 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авраамова Т.М., Бушуев В.В, Гиловой Л.Я. Металлорежущие станки. Т.1. -М.:Машиностроение, 2011. - 608 с.

2. Алиев И.И. Асинхронные двигатели в трехфазном и однофазном режимах. - М: ИП Радиософт, 2004. - 128 с.

3. Анучин А.С. Системы управления электроприводов: учебник для вузов. - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. - 373 с.

4. Балакшин Б. С. Самоподнастраивающиеся станки. Управление упругими перемещениями системы СПИД. - М.: Машиностроение, 1970. - 416 с.

5. Балакшин Б. С. Адаптивное управление станками. - М.: Машиностроение, 1973 - 688 с.

6. Барышников В.Д., Куликов С.Н. Автоматизированные электроприводы машин бумагоделательного производства. -Л.: Энергоиздат., 1982. - 144 с.

7. Безъязычный В. Ф., Аверьянов И. Н., Кордюков А. В. Расчет режимов резания. Учебное пособие. Рыбинск: РГАТА, 2009. - 185 с.

8. Белов М.П., Новиков А.Д., Рассудов Л.Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. Учебник для вузов — М: Издательский центр «Академия», 2004. - 576 с.

9. Белов М.П., Носиров И.С., Фыонг Ч.Х. Исследование системы управления электроприводом подачи токарного станка с применением метода обобщенного нейроуправления с прогнозированием СПБГЭТУ "ЛЭТИ". 2018.№4.С.73-80.

10. Белов М.П., Носиров И.С., Белов А.М. Синтез нейросетевого регулятора двухмассовой электромеханической системы привода подачи токарного станка СПБГЭТУ "ЛЭТИ" .2018.№8.С.70-76.

11. Белов М. П., Кундюков О. А., Королёв В. И., Наумов А. А. Исследование возможности использования электродвигателя главного движения станка при уменьшенном количестве ступеней коробки скоростей и преобразователя частоты. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2023. Т. 16, № 5 С. 68-80.

12. Белов М. П., Кундюков О. А. Синтез системы управления асинхронным двигателем главного движения токарного станка с применением нейроконтроллера с прогнозированием. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2022. Т. 15, № 3. С. 50-56.

13. Белов М. П., Кундюков О. А., Королев В. И. Синтез системы управления приводом продольной подачи токарного станка с упругими связями c применением нестандартного задатчика интенсивности. Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2022. Т. 15, № 7. С. 47-56.

14. Белов М. П., Фыонг Ч. Х., Носиров И. С. Управление электроприводом крупного радиотелескопа с линейно-квадратичным гауссовским регулятором // Изв. СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2017. № 9. С. 52-58.

15. Белов М. П., Лань Н. В. Разработка дискретного оптимального квадратичного управления электроприводом наведения оптико-механических комплексов // Изв. СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2020. № 5. С. 78-84.

16. Белов М.П. Устройство управления электроприводом объекта, находящегося под воздействием внешних возмущений, на основе нейронных сетей // Белов М.П., Чан Х. Ф., Нгуен Д.Х // Патент РФ №193607. 2019.

17. Бобиков А. И., Бозванов А. О. Нейросетевое управление угловым положением двигателя постоянного тока. ISSN 1995-4565. Вестник РГРТУ. 2016. № 57. с 139144.

18. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими связями. Спб.: Энергоатомиздат. 1992. - 288 с.

19. Бураков М. В. Генетический алгоритм: теория и практика: учеб. пособие / М. В. Бураков. - спб.: ГУАП, 2008. - 64 с.

20. Бураков, М. В. Нейронные сети и нейроконтроллеры: учеб. посо-бие/ М. В. Бураков. - СПб.: ГУАП, 2013. - 284 с.

21. Бушуев В.В., Еремин А.В., Какойло А.А. и др.; под ред. В.В. Бушуева. Т. 2. — М.: Машиностроение, 2011. — 586 с.

22. Васин С.А. Прогнозирование виброустойчивости инструмента при точении и фрезеровании. Серия «Библиотека инструментальщика». - М.: Машиностроение, 2006. - 384 с.

23. Васин С. А. Устройство для токарной обработки нежестких деталей // С. А. Васин и др. // Патент РФ №2226140. 2002.

24. Виноградов А.В. Векторное управление электроприводами переменного тока. -Иваново: ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет», 2006. - 297 с.

25. Владимирский станкостроительный завод. Электронный ресурс. Режим доступа: http://vzfs.ru/ (дата обращения: 31.10.23).

26. Воронин П.А. Системы управления электроприводов: методические указания по курсу «Системы управления электроприводов»/ П.А. Воронин; Оренбургский гос. ун-т. - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2010. - 91 с.

27. Герман-Галкин С.Г. Matlab and Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.: КОРО-НА-Век, 2008. - 368 с.

28. ГОСТ 27803-91. Электроприводы регулируемые металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. Технические требования. Введ. 1992-0101-М.: Издательство стандартов, 1991.-17 с.

29. Гузь В. В. Установка для правки валов с одновременной отделочно-упрочняющей обработкой // В. В. Гузь, Г. В. Мураткин // Патент РФ №98964. 2010.

30. Гуляев И.В Системы векторного управления электроприводом на основе асинхронизированного вентильного двигателя: монография / И.В.Гуляев, Г.М. Тутаев. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2010.-200 с.

31. Дальский А.М., Суслов А.Г., Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. Справочник технолога-машиностроителя. Т.2. - М,: Машиностроение - 1, 2003 г. 944 с.

32. Дементьев Ю. Н., Чернышев А. Ю., Чернышев И. А. Электрический привод: учебное пособие. - Томск: Изд-во ТПУ, 2010. - 232 с.

33. Денисенко А.Ф, Гаспарова Л.Б. Оценка резонансных режимов привода главного движения токарного станка с бесступенчатым регулированием. Транспортное

машиностроение. 2022. № 09(9). С. 11-21. ISSN 2782-5957. doi: 10.30987/2782-59572022-9-11-21.

34. Драчев О. И. Устройство для токарной обработки // О. И. Драчев, Д. А. Расторгуев // Патент РФ №2532569. 2013. Бюл. №14.

35. Жданов А.А. Обеспечение точности расчёта стрелы прогиба нежёстких деталей типа «вал» при токарной обработке на станках с ЧПУ на основе получения оперативной информации о свойствах контактных пар. Дисс. к.т.н. 2019 г.

36. Журнал ИТО. Инструменты, технология, оборудование. 2021 №1. С 24-27.

37. Журнал ИТО. Инструменты, технология, оборудование. 2022 №2. С 8-10.

38. Иванов В. М. Электроприводы с системами числового программного управления: учебное пособие / Ульяновск: УлГТУ, 2006. - 152 с. ISBN 5-89146829-8.

39. Ильинский Н.Ф. Основы электропривода: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - 224 с.

40. Козлова Л.Е. Разработка нейросетевого наблюдателя угловой скорости ротора в электроприводе по схеме ТРН - АД / дис. канд.ттехн.наук. - Томск. - 2015 г. - 144 с.

41. Королёв В. И. Системы управления электроприводом: учебно-методическое пособие. СПб.: ВШТЭ СПбГУПТД, 2022. — 79 с.

42. Круглов В.В., Борисов В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика. - М.: Горячая линия - Телеком, 2001. - 382 с.

43. Кузовков Н.Т. Модальное управление и наблюдающие устройства. М.: Машиностроение, 1976. 184 с.

44. Кузнецов Б. И., Василец Т. Е., Варфоломеев А. А. Синтез нейроконтроллера с предсказанием для двухмассовой электромеханической системы // Електротехшка i Електромехашка. 2008. № 3. С. 27-32.

45. Кузнецов Б. И., Василец Т. Е., Варфоломеев А. А. Система управления нелинейным динамическим обьектом с нейрорегулятором NN Predictive Controller// Електротехшка i Електромехашка. 2009. № 2. С. 39-42.

46. Кундюков О. А., Мансуров Д. О. Анализ стойкости инструмента в зависимости от режимов резки // Материалы XVI Международной научно-практической конференции на английском языке «Диалог культур». СПб: ВШТЭ СПбГУПТД, 2023. —Ч. II. с 24-28.

47. Кундюков О. А., Калагастов Д. А. Анализ приводов подач металлообрабатывающих станков и их перспективы развития // Материалы XVI Международной научно-практической конференции на английском языке «Диалог культур». СПб: ВШТЭ СПбГУПТД, 2023. —Ч. II. с 56-60.

48. Лазарев В.М., Свиридов А.П. Нейросети и нейрокомпьютеры. Монография.-М.: 2011.- 131 с.

49. Липецкое станкостроительное предприятие. Электронный ресурс. Режим доступа: https://lssp.ru/catalog/stanki/shlifovalnve/ploskoshlifovalnve/ (дата обращения: 31.10.23).

50. Лукичев Д. В., Демидова Г. Л. Нечеткая система управления позиционным следящим электроприводом опорно-поворотных устройств с нежесткими осями // Вестник Ивановского государственного энергетического университета. 2013. № 6. С. 60-64.

51. Махотило К. В. Разработка методик эволюционного синтеза нейросетевых компонентов систем управления / дис. канд. техн. наук. - Харьков. - 1998 г. - 179 с.

52. Медведев В.С., Потемкин В.Г. Нейронные сети. МАТЬАВ 6/ Под общ. ред. к.т.н. В.Г. Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. - 496 с.

53. Металлообработка и станкостроение. Мир станкостроения и технологий. Февраль 2020. №2. С 28-29.

54. Металлообработка и станкостроение. Мир станкостроения и технологий. Февраль 2020. №3.С 24-25.

55. Молодцов В.В., Гиловой Л.Я. Приводы главного движения и шпиндельные узлы современных станков. Наука сегодня: вызовы и перспективы: материалы

всероссийской научно-практической конференции, г. Вологда, 15 ноября 2017 г. С.20-24.

56. Морев А. А., Лиходеев С. И. Регулирование скорости вентильного электропривода с применением искусственных нейронных сетей. Постулат. 2017. № 10. С. 12.

57. Носиров И.С. Построение системы управления электроприводными системами металлорежущих станков с нейронными сетями: Дис. Канд. Техн. наук: 05.09.03, 2019 г.

58. Онищенко Г.Б. Электрический привод: учебник студ.высш.учеб.заведений /Г.Б. Онищенко. 2-е изд., стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2008. -288 с.

59. Оськин Д. А., Дыда А. А. Нейросетевое прогнозирующее управление приводом робота на базе двухмассовой модели с упругостью // Фундаментальные исследования. 2015. № 11 (Ч. 5). С. 909-913.

60. Раменская Е.В. Анализ виброактивности металлорежущих станков. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетнева. 2006;6 (13):86-89.

61. Система ЧПУ на базе архитектуры Х86. Руководство по эксплуатации.

62. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. - М.: Академия. - 2006. -272 с.

63. СтанкоМашКомплекс. Тверской станкостроительный завод. Электронный ресурс. Режим доступа: Ь^://stankomach.com/ (дата обращения: 31.10.23).

64. Станкозавод Саста. Электронный ресурс. Режим доступа: Ы^: //www.sasta.ru/ (дата обращения: 31.10.23).

65. СтанкоМашСтрой. Российский станкостроительный завод. Электронный ресурс. Режим доступа: https://stmpenza.ru/catalog/tokarnye-stanki-s-chpu/ (дата обращения: 31.10.23).

66. Стародубов В.С. Модульный принцип построения металлорежущих станков с числовым программным управлением. Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. № 1. С.68-74.

67. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений. Под ред. В.М. Терехова. - 2-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2006. - 304 с.

68. Ульяновский завод тяжелых и уникальных станков. Электронный ресурс. Режим доступа: https://uzts.ru/ (дата обращения: 31.10.23).

69. Устройство числового программного управления NC-400. Руководство по эксплуатации. Санкт-Петербург. 2019 г.

70. Фираго Б. И., Павлячик Л. Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. - Мн: Техноперспектива, 2006. - 363с.

71. Хайкин, С. Нейронные сети: полный курс / С. Хайкин. - Москва: Из-дательский дом "Вильямс," - 2006. - 1104 с.

72. Цвенгер И. Г., Низамов И. Р. Применение нейросетевых регуляторов в системах управления электроприводами. Вестник технологического университета. 2017. Т.20, №8. c 111-114.

73. Черкасова Н. Ю. Устройство для токарной обработки длинномерных деталей // Ю. Н. Черкасова и др. // Патент РФ №137217. 2013.

74. Чернышев Д. В. Система управления объектом с переменной структурой на основе нейронных сетей // Чернышев Д. В // Патент РФ №108666. 2011.

75. Чан Х. Ф. Устройство управления электроприводом нелинейных объектов на основе нейронных сетей // Чан Х. Ф., Белов М. П. // Патент РФ №186950. 2018.

76. Южный завод тяжелого станкостроения. Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.uzts-sedin.com/ (дата обращения: 31.10.23).

77. ALZMETALL. Немецкий производитель станков. Электронный ресурс. Режим доступа: https: //alzmetall. de/ (дата обращения: 31.10.23).

78. ACE MACHINE TOOLS. Китайский производитель станков. Электронный ресурс. Режим доступа: http: //www.acemachinetool s .com/ (дата обращения: 31.10.23).

79. Drachev, O., Bobrowskii, A., & Zotov, A. (2018). Improving the accuracy of machining of non-rigid shaft. Paper presented at the MATEC Web of Conferences, 224 doi:10.1051/matecconf/201822401085.

80. Drachev O.I., Bobrovskii A.V. (2018). The Automatic Stabilization Systems of the Non-Rigid Shafts in Turning Work. Paper presented at the AER-Advances in Engineering Research, 158.

81. Han, X., Ouyang, H., Wang, M., Hassan, N., & Mao, Y. (2012). Self-excited vibration of workpieces in a turning process. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 226(8), 1958-1970. doi: 10.1177/0954406211435880.

82. K. Khalili, M. Danesh. Investigation of overhang effect on cutting tool vibration for tool condition monitoring. Virbroengineering. ISSN PRINT 2335-2124, ISSN Online 2424-4635, Kaunas, Lithuania. 2013.

83. Kirpihnikova I. M; Makhsumov I. B; Nosirov I.S. Electric Servo Drive Control System of Milling Machine with Neural Network. // 2018 International Ural Conference on Green Energy (UralCon) .pp. 223-226.

84. Kundyukov O.A., Belov M.P., Korolev V.I., Blagodarnyi N.S., Ershov K.K. Analysis and Prospects of De-velopment of Electric Drives of Metalworking Machines. Proceedings of the 2022 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus). Institute of Electrical and Electron-ics Engineers (IEEE). 2022. p. 726-730. doi: 10.1109/ElConRus54750.2022.9755587.

85. Lazovskiy N. V., Kundyukov O.A., Ershov K.K. Problems in Control Systems of Electric Drives of Metalworking Machines // Proceedings of the 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering, ElCon 2024. p 424-427.

86. Millan K. Yeung, (2003) "Intelligent process- planning system or optimal CNC programming - a step towards complete automation of CNC programming", Integrated Manufacturing Systems, Vol. 14 Iss: 7, pp.593 - 598.

87. Ogata, K. Modern Control Engineering. 5th Edition. Upper Saddle River: Pearson, 2010. 912 p.

88. Sadilek M., Dubsky J., Sadilkova Z., Poruba Z. Cutting forces during turning with variabledepth of cut. Perspectives in Science Volume 7, March 2016, Pages 357-363.

89. Tornos. Швейцарский производитель станков. Электронный ресурс. Режим доступа: https://www.tornos.com/en (дата обращения: 31.10.23).

90. Vasilevykh, S. L., & Shelihov, E. S. (2017). Research of vibration resistance of nonrigid shafts turning with various technological set-ups. Paper presented at the MATEC Web of Conferences, 129 doi:10.1051/matecconf/201712901023.

91. Vasilevykh, S., Buravlev, V., & Shelihov, E. (2017). Method of mathematical model development to study vibration resistance of non-rigid shaft linear turning. Paper presented at the Procedia Engineering, 206 373-379. doi:10.1016/j.proeng. 2017.10.488.

ПРИЛОЖЕНИЕ