Разработка электропривода для металлорежущих станков на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Смирнов, Александр Андреевич

• Смирнов, Александр Андреевич
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Смирнов, Александр Андреевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С

ЧПУ

Вводные замечания

1.1. Анализ тенденций развития станкостроения в области высокотехнологичного и высокоточного производства

1.2. Обзор современных электроприводов металлорежущих станков с ЧПУ

1.3. Анализ технических требований к электроприводам современных

станков с ЧПУ

1.4. Разработка принципов рационального построения электроприводов высокоточного металлорежущего оборудования

Выводы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ

МОМЕНТОМ

Вводные замечания

2.1. Анализ структурного построения систем управления моментом асинхронного двигателя

2.2. Синтез наблюдателей магнитного потока ротора и тока возбуждения двигателя

2.3. Параметрическая оптимизация контура управления моментом

2.3.1. Исследование влияния вариации постоянной времени ротора

на контур управления моментом

2.3.2. Разработка методики настройки наблюдателя магнитного

потока ротора

2.4. Синтез оптимального закона управления током намагничивания

2.4.1. Анализ влияния тока намагничивания на максимальный момент

и скорость электропривода

2.4.2. Разработка методики экспериментального определения закона управления магнитным потоком

2.4.3. Исследование влияния насыщения магнитного потока и

методы его компенсации

Выводы

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ

СТАНОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Вводные замечания

3.1. Анализ особенностей структурного построения контуров управления положением и скоростью станочного электропривода

3.2. Исследования способов снижения влияния дискретизации сигналов задания и обратной связи

3.2.1. Оценка эффективности программного увеличения разрешающей способности сигнала задания

3.2.2. Определение оптимальной разрешающей способности измерителя перемещения по критерию минимума пульсаций активного тока

3.2.3. Исследование влияния экстраполяции сигнала обратной связи

3.3. Исследование способов формирования и передачи управляющих воздействий

3.3.1. Анализ влияния ограничения производных сигнала задания на качество управления

3.3.2. Исследование характеристик электропривода при цифровом и аналоговом управлении

Выводы

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА

ЦИФРОВОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Вводные замечания

4.1. Разработка опытного образца асинхронного электропривода

4.1.1. Особенности аппаратной реализации цифрового электропривода

4.1.2. Разработка программных средств системы управления и диагностики электропривода

4.2. Создание лабораторного испытательного стенда

4.3. Разработка методики настройки электропривода

4.4. Исследования опытного образца электропривода

Выводы

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. Математические модели контура управления моментом АД

Приложение 2. Математическая модель цифровой системы управления

станочным электроприводом на базе АД

Приложение 3. Акт внедрения цифрового асинхронного электропривода

IntDrive-Auto в составе системы ЧПУ «IntNC» для горизонтально-

расточного станка ИС2А637ПФ4

Приложение 4. Акт об использовании опытного образца цифрового

асинхронного электропривода IntDrive-Auto в учебном процессе 212 Приложение 5. Свидетельство о государственной регистрации программы для

ЭВМ №2010617310

Приложение 6. Результаты внедрения электропривода IntDrive-Auto в составе системы ЧПУ «IntNC» для горизонтально-расточного станка ИС2А637ПФ4

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АД - асинхронный двигатель

АИН - автономный инвертор напряжения

БВР - блок выбора режима

ВСО - высокоскоростная обработка

ГОСТ - Государственный стандарт

ГОЧ - генератор опорной частоты

ДД - драйвер дифференциального интерфейса

ДПТ - двигатель постоянного тока

ИПФ - импульсная переходная функция

КПД - коэффициент полезного действия

ЛАЧХ - логарифмическая амплитудно-частотная характеристика МДС - магнитодвижущая сила

НФКП - наблюдатель фазы координатных преобразований НФПР - наблюдатель фазы магнитного потока ротора ОС - обратная связь

ОЗУ - оперативное запоминающее устройство

ОР - оптическая развязка

ПД - пропорционально - дифференциальный

ПИ - пропорционально - интегральный

ПИД - пропорционально - дифференциальный -интегральный

ПЛИС - программируемая логическая интегральная схема

ПЛК - программируемый логический контроллер

ПФ - переходная функция

РАТ - регулятор активного тока

РП - регулятор положения

РС - регулятор скорости

РТН - регулятор тока намагничивания

РТТ - релейный регулятор тока

СВУМ с АИН - система векторного управления с автономным инвертором напряжения СВУМ с АИТ - система векторного управления с автономным инвертором тока СКВТ - синусно-косинусный вращающийся трансформатор СОЖ - смазочно-охлаждающая жидкость ССС - схема согласования сигналов

СУСР с АИТ - система управления, работающая в скользящем режиме, с автономным

инвертором тока СЧПУ - система числового программного управления УЧПУ - устройство числового программного управления ФИП - фотоэлектрический измеритель перемещения ФКП - фаза координатных преобразований ФПР - фаза магнитного потока ротора ЧПУ - числовое программное управление ШВП - шарико-винтовая пара ШИМ - широтно-импульсная модуляция ЭДС - электродвижущая сила С1МС - компьютерное числовое управление ЫС - числовое управление

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка электропривода для металлорежущих станков на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления»

ВВЕДЕНИЕ

Одно из приоритетных направлений модернизации отечественной промышленности состоит в развитии станкостроения. Первоочередной задачей в данной области является разработка высокоточных и высокопроизводительных станков с ЧПУ, конкурентоспособных по отношению к зарубежным аналогам. Развитие мирового станкостроения привело к значительным изменениям как в конструкции станков, так и в технологиях металлообработки. Основными тенденциями развития являются: повышение гибкости и функциональности металлообрабатывающего оборудования, одновременное повышение производительности и качества производимых деталей, рост энергоэффективности станков, увеличение числа рабочих координат.

В полном объеме современные требования могут быть реализованы при помощи многоцелевых станков и обрабатывающих центров. Однако их построение невозможно без применения современных высокопроизводительных систем управления электрооборудованием металлорежущего станка (СУЭО МС). За рубежом данный класс станков оснащается современными цифровыми комплектными системами ЧПУ [65, 85, 95, 120]. Как правило, данные системы строятся по двухкомпьютерной схеме. Один из компьютеров выполняет функции взаимодействия с оператором, второй предназначен для управления станком в реальном времени. Основными отличительными признаками таких систем ЧПУ являются: большое число интерполируемых осей, высокая производительность и малый такт квантования по времени в контуре положения [53], управление электроприводами по высокоскоростному цифровому каналу [9], формирование траекторий с ограничением скорости, ускорения и рывка [91], использование упреждающих связей для компенсации ошибок слежения, предпросмотр программы обработки вперед до 1000 кадров, табличная и нелинейная компенсации погрешностей конструкции станка.

Отечественные СУЭО МС комплектуются УЧПУ и электроприводами разных производителей, что накладывает ограничения на возможности системы управления станком. Причиной является то, что УЧПУ и электропривод представляют собой самостоятельные устройства, взаимодействующие друг с другом только по аналоговому каналу управления скоростью. Кроме того, из-за отсутствия отечественных цифровых станочных электроприводов, в подавляющем большинстве случаев, в составе СУЭО МС используются импортные электроприводы, ориентированные на широкий круг задач. В результате, системы управления, построенные на их основе, не позволяют достичь показателей качества, сравнимых с комплектными системами ЧПУ. Поэтому они не могут служить составной частью сложных многокоординатных обрабатывающих центров,

требующих высокой статической и динамической точности при воспроизведении контурно-позиционных движений. Следует также учесть, что существует ограничение на поставку некоторых наиболее передовых зарубежных СУЭО МС и электроприводов для них в нашу страну. Все это крайне негативно сказывается на конкурентоспособности отечественного станкостроения.

Таким образом, разработка отечественного цифрового станочного электропривода, конкурентоспособного по отношению к зарубежным аналогам, является важной задачей для развития станкостроения. Такой электропривод позволит в дальнейшем сформировать отечественную комплектную цифровую СУЭО МС, необходимую для построения высокоточных и высокопроизводительных металлорежущих станков.

Целью работы является разработка электропривода для металлорежущих станков с ЧПУ на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления, обеспечивающего высокоточное управление движением.

Достижение поставленной цели определяет необходимость решения следующих задач, состоящих в:

1) анализе проблем управления электроприводами подачи и главного движения станков с ЧПУ и определении требований, предъявляемых к современным электроприводам для металлорежущих станков;

2) определении принципов рационального построения высокоточных электроприводов и разработке программно-аппаратных средств станочного электропривода;

3) разработке подходов к оптимальному управлению моментом асинхронного электропривода в широком скоростном диапазоне;

4) исследовании влияния эффектов квантования по уровню и по времени на динамические и статические погрешности поддержания заданной траектории движения;

5) разработке опытного образца цифрового электропривода для станков с ЧПУ на базе асинхронного двигателя;

6) экспериментальном исследовании динамических и нагрузочных характеристик разработанного электропривода для станков с ЧПУ.

Связь с целевыми программами. Работа выполнялась в соответствии:

- с федеральной целевой программой «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по направлению «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров» шифр «2010-1.1-409-007» по теме: «Комплексная разработка цифровой системы ЧПУ и асинхронного

электропривода для металлорежущих станков с применением перспективных технологий обработки» (государственный контракт № 02.740.11.0521).

- с постановлением правительства Российской федерации от 9 апреля 2010г. №218 «О мерах государственной поддержки развития и кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства» по напарвлению «Создание серии высокоскоростных энергоэффективных технологических комплексов с цифровой системой управления для прецизионной обработки деталей сложной конфигурации» шифр «2010-218-02-031»

Методы исследований. При решении поставленных задач в работе использованы методы теории автоматического управления, операционное исчисление, аппарат передаточных функций и структурных схем, спектральный анализ и преобразование Фурье, методы объектно-ориентированного программирования. Исследование синтезируемых систем выполнялось методами имитационного моделирования и натурных экспериментов на лабораторном и производственном оборудовании.

Научная новизна определяется разработкой и реализацией новых подходов к созданию электроприводов подачи и главного движения металлорежущих станков с ЧПУ и заключается в следующем:

1) предложены принципы рационального построения цифрового электропривода для станков с ЧПУ, характеризующиеся применением реконфигурируемой структуры, принципов комбинированного управления скоростью и положением, а также цифровых способов передачи и обработки сигналов управления и обратной связи;

2) разработаны структуры наблюдателей магнитного потока ротора асинхронного двигателя и тока намагничивания с применением 2-х мерной импульсной переходной функции, обеспечивающие меньшую погрешность при определении заданного вектора в динамических режимах разгона и торможения по сравнению с известными наблюдателями;

3) предложена методика настройки наблюдателя магнитного потока ротора при заранее неизвестных параметрах ротора и нелинейности кривой намагничивания;

4) разработан алгоритм управления током намагничивания асинхронного двигателя, позволяющий обеспечить оптимальное управление моментом в широком скоростном диапазоне;

5) предложены структурные решения, позволяющие уменьшить динамическую и статическую ошибки слежения системы с регулятором положения, а также снизить негативное влияние квантования сигналов по времени и по уровню.

Практическую ценность имеют следующие результаты работы:

1) подробные и упрощенные математические модели цифровой системы управления асинхронным электроприводом;

2) опытный образец электропривода для металлорежущих станков с ЧПУ на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления и программные средства для его диагностики и настройки;

3) методика настройки электропривода подачи и главного движения металлорежущих станков с ЧПУ;

4) лабораторный испытательный стенд и программные средства, позволяющие осуществлять исследование динамических и статических характеристик станочного электропривода, а также его настройку.

Практическое использование результатов работы. Опытный образец разработанного электропривода IntDrive-Auto установлен в составе системы ЧПУ «IntNC» на новом горизонтально-расточном станке ИС2А637ПФ4 производства ОАО «Ивановский завод тяжелого станкостроения».

Использование в учебном процессе. Опытный образец электропривода установлен на лабораторном испытательном стенде, предназначенном для исследовательских работ студентов и аспирантов кафедры «Электроника и микропроцессорные системы» при подготовке бакалавров, обучающихся по направлению 220200.62 «Автоматизация и управление», и инженеров по специальности 210106.65 «Промышленная электроника» по курсу «Основы силовой электроники», а также в ходе дипломного проектирования студентов кафедры «Электроника и микропроцессорные системы» Ивановского государственного энергетического университета.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях: «Состояние и перспективы развития энерготехнологии» XV-XVI Бенардоссовские чтения (Иваново 2009, 2011), «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тринадцатая Междунар. науч.-технич. конф. студентов и аспирантов». (Москва, 2007), на X Международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» (Новочеркасск 2010), Третьей всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроение России» (Москва, 2010), VI Международной (XVII Всероссийской) конференции по электроприводу «АЭП-2010» (Тула 2010), «The 52nd International Scientific Conference of Riga Technical University on Power and Electrical Engineering» (Рига, 2011).

Опытный образец разработанного электропривода был представлен на международных выставках «Металлообработка - 2010» (Москва, 2010) и «Металлообработка — 2011» (Москва, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 5 статей в журналах, входящих в перечень научных изданий, рекомендуемых ВАК Министерства образования РФ, и одна статья в зарубежном научном журнале; подана заявка №2010141347 на изобретение: «Способ векторного управления моментом асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления»; получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2010617310 «Комплекс программ для реализации на ПЛИС структурных элементов цифрового электропривода».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, включающего 127 наименований, и 6 приложений. Работа изложена на 150 листах машинописного текста, содержит 111 рисунков и 8 таблиц.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С ЧПУ

Вводные замечания

Одним из основных способов изготовления деталей машин в настоящее время является механическая обработка резанием на металлорежущих станках. Спектр технологических операций, выполняемых на металлорежущих станках, разнообразен: точение, сверление, долбление, нарезание резьбы, строгание, гравировка, фрезерование и т.д. В результате, технология металлообработки стала одним из ключевых факторов при производстве машин и механизмов, во многом определяющая их качество и стоимость. Основными областями применения современных высокоточных и высокопроизводительных станков являются автомобиле- и машиностроение, медицинская и аэрокосмическая промышленности. Возросшие требования к точности изготовления деталей; экологичности, ресурсоемкости и производительности станков; высокой гибкости производства; простоты переналадки оборудования потребовали совершенствования как технологии производства, так и конструкции металлорежущих станков. Значительные изменения произошли в системе управления станком и, в частности, в электроприводе. Следует отметить, что ряд передовых зарубежных разработок в области станкостроения, в том числе некоторые современные многокоординатные системы ЧПУ, в нашу страну не поставляются.

В этих условиях одним из сдерживающих факторов развития станкостроения в настоящее время становится отсутствие отечественных высококачественных цифровых электроприводов подачи и главного движения.

Применение устаревших аналоговых приводов, а также современных цифровых приводов с аналоговым управлением не позволяет достичь высоких показателей качества, поэтому они не могут служить составной частью сложных многокоординатных обрабатывающих центров, требующих высокой статической и динамической точности при воспроизведении контурно-позиционных движений.

Современный цифровой электропривод позволит сформировать отечественную комплектную цифровую систему управления электрооборудованием станка, конкурентоспособную по отношению к аналогичным зарубежным системам.

1.1. Анализ тенденций развития станкостроения в области высокотехнологичного и высокоточного производства

Основными средствами производства в настоящее время являются металлорежущие станки и обрабатывающие центры с числовым программным управлением (ЧПУ). Крупнейшими производителями металлообрабатывающих станков с ЧПУ являются компании Yamazaki Mazak (Япония), Gildermeister AG (Германия), Okuma (Япония), Mori Seiki (Япония), Trumpf (Германия), HAAS (США). Отдельно следует упомянуть компании Siemens (Германия) и Fanuc (Япония), которые производят полный комплект электрооборудования для систем управления станков: двигатели, комплектные привода и системы ЧПУ.

Анализ результатов крупнейших выставок в Европе и Азии [18, 21] показывает, что постепенно происходит увеличение доли как тяжелых станков, так и станков для микро- и нанообработки. Первые используются для изготовления крупных и тяжелых деталей, транспортировка которых затруднительна. Вторые применяются для прецизионной обработки миниатюрных изделий, в том числе в ювелирной и электронной промышленности, а также при производстве оптических приборов. Однако основную долю, по-прежнему, составляют станки для автомобильной и аэрокосмической промышленности, для обработки штампов и пресс-форм [23, 71].

Наибольшее развитие в настоящее время получили несколько видов станков. К их числу относятся сверлильно-фрезерно-расточные станки или обрабатывающие центры; токарные или токарно-фрезерные центры, строящиеся в основном на базе токарных станков, и многоцелевые станки, на которых помимо фрезерования, сверления и растачивания выполняется обточка, шлифование и некоторые другие виды работ.

Станки данных типов получили широкое распространение благодаря возможности совмещения различных способов обработки и выполнения всех или почти всех технологических операций при обработке детали за один установ [123]. Исключение промежуточных переналадок, связанных с транспортированием и установкой детали, смены рабочего инструмента и т.д. значительно увеличивает точность обработки. Кроме того, совмещение токарных и фрезерных операций и полная обработка детали на одном станке позволяют сократить время подготовки производства, повысить производительность," уменьшить трудозатраты, сократить требуемый парк станков и производственные площади [27, 83]. Отличительной особенностью многоцелевых станков является применение системы автоматической смены инструмента. Инструменты хранятся в специальных магазинах, число которых на современных станках доходит до 4, а емкость каждого из них может достигать 100 и более инструментов. Многие станки,

кроме того, оснащаются функцией программной диагностики состояния инструмента. Она дает возможность контролировать износ инструмента и осуществлять своевременную замену без остановки технологического процесса.

Для удовлетворения возросших требований к точности и качеству обработки деталей многие элементы конструкции многофункциональных станков претерпели ряд изменений. Одним из направлений развития стало увеличение числа координат (степеней свободы), участвующих в процессе обработки детали. Наиболее передовыми в настоящее время являются станки для пяти-координатной обработки [27, 78, 82, 83], позволяющие обрабатывать детали сложной формы, например, лопатки турбин и роторов. Число рабочих координат увеличивается, как правило, благодаря использованию систем управления положением шпинделя [14, 83], положением шпиндельной бабки [84], применением нескольких шпинделей [27, 83], наклонно-повортных (глобусных столов) [82] и поворотных столов с возможностью контурно-позиционного управления [78].

Обеспечение высокой точности при обработке сложных профилей с одновременным согласованным движением по нескольким координатам потребовало уменьшения редукции в кинематических передачах, увеличения их жесткости и устранения зазоров. Для этого в настоящее время применяются беззазорные (планетарные) редукторы[84], прямой привод от двигателя к рабочему органу с использованием мотор-шпинделей и высокомоментных двигателей специального исполнения с полым ротором [51, 78], а также системы электромеханической выборки зазора [14]. Следует отметить, что уменьшение редукции в кинематической передаче приводит к увеличению мощности двигателя. Кроме того, это требует применения двигателей, обладающих более высокой перегрузочной способностью и большим моментом инерции, так как в отсутствии редуктора момент нагрузки прикладывается непосредственно к двигателю. В свою очередь, применение специальных двигателей и редукторов существенно увеличивает стоимость станка.

Другим способом уменьшения погрешностей в кинематической передаче является их компенсация командным устройством или электроприводом [125]. Во всех современных системах управления станками применяется программная компенсация зазора в зависимости от направления движения, компенсация неравномерности шага ШВП, неперпендикулярности осей и т.д. Кроме того, многие станки оснащены программными функциями контроля вибраций шпинделя и анализа баланса детали на столе [104]. В основном в настоящее время преобладает компенсация погрешностей кинематических передач в СЧПУ. Однако часть производителей предлагают осуществлять компенсацию таких нелинейностей, как зазор и механическое трение, непосредственно в

приводе [124]. Такой подход является более предпочтительным, так как позволяет более рационально распределить вычислительные ресурсы ЧПУ и электропривода. При этом командное устройство освобождается от выполнения операций, связанных с воспроизведением траектории и требующих максимально высокого быстродействия.

Увеличение числа рабочих координат, повышение производительности оборудования и точности обработки потребовали применения систем управления станками, реализованными на новых принципах. В настоящее время, наиболее передовыми комплектными системами ЧПУ являются SINUMERIK 840D (Siemens) [120], 30i (Fanuc) [95], Fagor 8070 (Fagor) [85], iTNC 530 (Heidenhain) [65]. Как правило, данные системы строятся по двухкомпьютерной схеме. При этом один из компьютеров работает под управлением операционной системы Windows СЕ и предназначается для взаимодействия с оператором. Второй компьютер осуществляет числовое программное управление станком в реальном времени: формирует траекторию, управляет электроприводом, выполняет функции логического управления электроавтоматикой станка. Второй компьютер, в большинстве случаев, является специализированным и строится на базе контроллера движения [124, 97, 122]. Взаимодействие между компьютерами осуществляется по высокоскоростной параллельной шине, например, PCI, PCI Express и т.д. Основными отличительными признаками передовых систем ЧПУ являются:

1) большое число интерполируемых осей - 16-64 шт,

2) возможность управления несколькими шпинделями,

3) высокая производительность и малый такт квантования в контуре положения 100-400 мкс [53],

4) управление электроприводами по высокоскоростному цифровому каналу [9],

5) формирование траекторий с ограничением скорости, ускорения и рывка [91],

6) использование упреждающих связей для компенсации ошибок слежения,

7) предпросмотр программы обработки вперед до 1000 кадров,

8) табличная и нелинейная компенсации погрешностей конструкции станка.

Кроме того, системы оснащены удобным графическим интерфейсом, программными средствами по настройке и диагностике работы станка, а также большим количеством функций, связанных с предупреждением аварийных ситуаций, например, столкновением детали и инструмента, плохого зажима инструмента или детали и т.д.

Все чаще для автоматизации процесса работы на станках применяются роботы -манипуляторы, которые оснащаются системами машинного зрения и быстродействующими датчиками. Однако, как правило, данные роботы отвечают за

выполнение вспомогательных операций: за загрузку и выгрузку заготовки на паллету или проведение измерений. Так, одна из последних роботизированных ячеек, выпускаемых компанией Fanuc, включает пять многоцелевых станков, обслуживаемых роботами[86]. Для управления ячейкой требуется всего один оператор, что позволяет существенно сократить затраты на заработную плату.

Интенсификация процесса производства требует совершенствования не только металлорежущего оборудования, но и внедрения новых технологий металлообработки. Одной из наиболее прогрессивных и быстроразвивающихся стала технология высокоскоростной обработки (ВСО). Основными отличиями ВСО от традиционных способов обработки резанием являются малые поперечные сечения среза и небольшие усилия резания, сочетающиеся с высокой скоростью обработки. Это благоприятно сказывается на точности обработки, улучшает качество поверхности, позволяет обрабатывать тонкостенные детали. ВСО характеризуется высокими скоростями вращения шпинделя (более 20000 об/мин) и большой рабочей подачей (более 3 м/мин).

Одним из важных положительных эффектов от использования ВСО является перераспределение тепла в зоне резания. При использовании ВСО с правильно подобранными параметрами основанная масса тепла (до 75%) отводится вместе со стружкой, до 20% - через инструмент и 5% - через обрабатываемую деталь. Такое распределение тепловых потоков позволяет значительно снизить износ инструмента и продлить срок его службы. Также это уменьшает тепловые деформации обрабатываемой детали, и как следствие, снижает погрешности обработки. Слабый нагрев детали дает возможность обрабатывать детали из закаленных сталей без угрозы их отпуска, что позволяет сократить технологический цикл. Кроме того, с применением ВСО можно обрабатывать композитные материалы, титан и алюминий, доля которых постоянно увеличивается.

Однако эффективное использование технологии ВСО требует тщательного подбора параметров рабочего режима и применения специальных конструктивных решений. К их числу относятся:

1) выбор скорости подачи и резания для снижения вибраций станка и эффективного отвода тепла в стружку;

2) использование специальных режущих инструментов, обладающих повышенной температуро- и износостойкостью;

3) проектирование станка таким образом, чтобы стружка как можно быстрее удалялась из зоны резания и гарантированно попадала в специальный приемный бак;

4) снижение объемов использования смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) [22] для обеспечения более равномерного нагрева инструмента и продления срока его службы;

5) использование систем ЧПУ, способных обеспечивать обработку на высоких скоростях, обладающих возможностью предпросмотра кадров вперед.

В целом, скорость обработки определяется материалом: детали (алюминий, титан, композитный материал), режущего инструмента (быстрорежущая сталь, металлокерамика, поликристаллические алмазы, нитрид бора), а также видом технологической операции (фрезерование, точение, сверление). Максимальные скорости рабочих подач наиболее передовых фрезерных станков находятся в диапазоне 8-15 м/мин. [80,81,84], для токарных 2.5-4 м/мин. [80,83], для обрабатывающих центров 10-20 м/мин. [81,84]. Скорости резания достигают 10-40 тыс. об/мин. [27, 80-84].

Снижение объемов применяемой СОЖ требует компенсации ее смывающей и смазывающей функции. Компенсация смывающей функции СОЖ в отношении мелкой металлической пыли осуществляется, как правило, посредством вакуумных насосов, сопло которых укрепляется в непосредственной близости от точки резания. Крупная стружка удаляется естественным образом, благодаря рациональной конструкции станка, например, установкой паллет под наклоном. Полная компенсация смазывающего действия СОЖ часто невозможна, например, при работе с алюминием и его сплавами. В этом случае применяют специальные дозаторы СОЖ, формирующие маслянистый туман, который подается под давлением на режущие кромки и в стружечные канавки сверла. Такая смазка эффективно уменьшает тепловыделение при резании и налипание материала на инструмент, что ведет к увеличению его работоспособности. Кроме этого, отказ от использования СОЖ или ее дозированное применение позволяют существенно снизить производственные затраты на саму СОЖ и ее очистку, что повышает экологичность производства.

Таким образом, основными тенденциями развития станкостроения в области высокотехнологичного и высокоточного производства в настоящее время являются:

1) увеличение технологических возможностей станка по обработке детали за один установ путем совмещения токарных и фрезерных операций;

2) увеличения числа рабочих координат благодаря использованию систем управления положением шпинделя, увеличение степеней свободы связанных со шпинделем и поворотным столом;

3) активное внедрение револьверных головок и автоматических устройств смены инструмента;

4) применение роботов-манипуляторов для автоматизации процесса загрузки и выгрузки деталей;

5) увеличение скоростей холостых ходов и рабочих подач, увеличение скорости резания;

6) увеличение жесткости кинематических передач и увеличение их точности посредством сокращения длины кинематических передач и переход к прямому приводу от двигателя к рабочему органу, использование беззазорных редукторов и мотор-шпинделей;

7) использования высокопроизводительных цифровых систем числового управления, позволяющих осуществлять пятикоординатную обработку, компенсацию динамических ошибок слежения, предотвращение возникновения аварийных ситуаций;

8) внедрение технологии ВСО, существенно увеличивающей производительность и точность, а также уменьшающей износ режущего инструмента;

9) дозированное использование СОЖ.

Отмеченные тенденции оказывают непосредственное влияние на электропривод, входящий в состав станка с ЧПУ. Поэтому целесообразным является анализ подходов, применяемых при построении современных приводов для высокоточных и высокотехнологичных станков с ЧПУ.

1.2. Обзор современных электроприводов металлорежущих станков с ЧПУ

Регулируемый электропривод является взаимосвязанной системой, состоящей из системы управления, измерителя перемещения или скорости, силового преобразователя электрической энергии и электромеханического преобразователя энергии - двигателя. Для обеспечения высокого качества управления и динамических характеристик каждый элемент системы должен соответствовать остальным по своим параметрам и возможностям [20]. Исходя из этого, сравнение существующих приводов и тенденций их развития целесообразно проводить по следующим критериям: технологическое назначение, тип двигателя, тип преобразователя, характер задающего воздействия, тип обратной связи и т.д. Классификация станочных приводов по основным признакам приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема классификации электроприводов станков с ЧПУ

Исторически по своему технологическому назначению приводы подразделялись на привода главного движения, привода подачи и привода, выполнявшие вспомогательные движения. Однако в связи с возросшими требованиями к производительности станков и расширением спектра выполняемых операций наметилась тенденция к максимальному увеличению технологических возможностей отдельного электропривода.

В частности, в работе [14] приводится пример сокращения технологического цикла и улучшения качества готовой продукции при изготовлении пресс-форм горловых колец на обычном токарном станке, благодаря построению контурно-позиционной системы управления положением шпинделя. При этом, в зависимости от требований технологии, система управления шпинделем работала в режимах управления скоростью и положением. Таким образом, привод шпинделя выполнял функции и привода подачи, и привода главного движения.

В целом ряде случаев расширение технологических возможностей достигается путем усовершенствования систем управления поворотными столами обрабатывающих центров. В наиболее передовых станках, благодаря использованию технологии прямого

привода осей вращения [78] вместо стандартных червячных передач, удается существенно улучшить динамику, а также исключить зазоры в кинематической передаче. В свою очередь, это позволяет не только значительно повысить точность позиционирования в режимах установочных перемещений, но и использовать поворотный стол в процессе обработки в режиме контурного перемещения.

Необходимость сокращения времени вспомогательных операций привела к существенному увеличению скорости быстрых перемещений в приводах подачи. Максимальная скорость движения по координате может быть увеличена благодаря уменьшению редукции в кинематической передаче, однако у данного решения есть свои недостатки. В частности, уменьшение редукции приводит к увеличению динамического момента на двигателе, что негативно влияет на динамическую ошибку слежения и требует применения двигателей большей мощности. Поэтому более перспективным способом увеличения скорости является применение в приводах подачи двухзонного регулирования скорости [10,11], используемого, как правило, в приводах главного движения (рис.1.2.).

Рис. 1.2. Зависимости момента и мощности электропривода от скорости В зоне I скорость регулируется при постоянстве максимального момента двигателя. В зоне II управление скоростью осуществляется при сохранении постоянства мощности двигателя путем снижения магнитного потока двигателя и, как следствие, момента. В некоторых приводах в верхней части диапазона выделяется зона III, в которой мощность незначительно снижается (не более 30%).

Расширение технологических возможностей приводов предъявляет повышенные требования к двигателю, используемому в его составе. Двигатель является одним из наиболее дорогостоящих элементов электропривода и во многом определяет такие его потребительские свойства, как: качество, надежность, экономичность и т.д.

В течение длительного времени в станочном электроприводе применялись исключительно двигатели постоянного тока (ДПТ). Основными достоинствами ДПТ

являются: высокая линейность и постоянство характеристик, а также возможность независимого управления моментом и магнитным потоком двигателя [70]. Это позволяет использовать их и в приводах подачи, и в приводах главного движения. Однако наличие щеточно-коллекторного узла, требующего частых профилактических чисток, снижает надежность двигателей и их ремонтопригодность. Кроме того, необходимость согласования двигателей с питающей сетью и улучшение гармонического состава тока требует применения согласующих трансформаторов и сглаживающих реакторов. Это крайне негативно сказывается на стоимости приводов, их ресурсоемкости и массогабаритных показателях.

В результате, в современном станкостроении произошел практически полный отказ от применения приводов постоянного тока в пользу приводов переменного тока. Основное применение ДПТ в настоящее время находят в приложениях, требующих высокой точности и связанных с работой в ограниченном пространстве и значительных температурных колебаниях. Высокая компактность, а также развиваемый момент на единицу массы в современных ДПТ достигаются благодаря применению редкоземельных металлов, а также постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой, что позволяет достичь высокой температурной стабильности и перегрузочной способности [79, 89]. Для уменьшения сопротивления между пластиной коллектора и щеткой разработаны специальные прижимные устройства, а также применяются драгоценные металлы, например, золото [89]. Подобные ДПТ предлагаются рядом зарубежных фирм, в их числе: Baldor, Siemens, Kollmorgen, Toshiba.

В подавляющем большинстве случаев в качестве высокоточного привода переменного тока средней мощности производители предлагают привода на базе синхронного двигателя. Конструкция синхронных двигателей обеспечивает существенные энергетические преимущества по сравнению с другими типами двигателей. Рабочий ток, создающий момент в синхронном двигателе, полностью протекает в статорных обмотках. Поэтому выделение теплоты, вызванное его протеканием, может быть эффективно рассеяно в окружающем пространстве, как следствие, двигатель слабо нагревается и колебания его параметров незначительны. В то же время, момент асинхронного двигателя создается как током статора, так и током ротора. Энергия, выделяющаяся в роторе, приводит к разогреву двигателя, особенно на малых оборотах. Это вызывает значительные колебания параметров двигателя и затрудняет построение качественной системы управления [64]. Применение постоянных магнитов для создания магнитного потока двигателя позволяет избежать потерь, связанных с током намагничивания, что ведет к дополнительному увеличению КПД. В общем случае потери в синхронном двигателе в 2-

2.5 раза меньше, чем в асинхронном двигателе. Хотя механическая характеристика синхронного двигателя является нелинейной, это не является значительным препятствием для построения высокоточных и надежных систем управления электроприводом. Данные системы реализуются с применением специальных датчиков, управляющих коммутацией фаз статора, а приводы, обладающие такой системой, называются вентильными.

Основным отрицательным фактором при использовании синхронного двигателя является его стоимость. Как правило, стоимость синхронного двигателя в 5-6 раз превышает стоимость аналогичного по мощности асинхронного двигателя. Кроме того, величина магнитного потока в синхронных двигателях, как правило, не регулируется, в отличие от двигателей постоянного тока с независимым возбуждением или асинхронных двигателей. Поэтому синхронные двигатели, как правило, не применяются в приводах главного движения [10]. Однако следует отметить, что в настоящее время разработана группа синхронных двигателей с возможностью управления магнитным потоком. Данные двигатели, в принципе, могут использоваться в составе приводов главного движения. Однако их широкому применению препятствует ряд факторов, а именно, специализированный и мелкосерийный характер производства, высокая стоимость, присущая всем синхронным двигателям, необходимость разработки специализированных силовых преобразователей. Вентильные приводы обладают еще одним важным недостатком. Они способны работать только с синхронными вентильными двигателями и не могут работать с обычными синхронными и асинхронными двигателями. Причем зачастую они не работают с вентильными двигателями сторонних производителей. В частности, такой особенностью обладают некоторые приводы фирмы Siemens. Это приводит к еще большему удорожанию системы, так как продается комплект, состоящий из двигателя и системы управления с силовым блоком, и пользователь лишен возможности оптимизировать систему по соотношению цена - качество.

Несмотря на то, что подавляющее большинство современных приводов подач строится на базе синхронных вентильных двигателей, высокая стоимость таких систем является причиной того, что уже давно ведутся активные попытки по созданию привода подачи на базе асинхронного двигателя [64, 72, 74]. Основные преимущества таких систем состоят в применении недорогих и широко распространенных на рынке асинхронных двигателей. Они технологичны в производстве и очень надежны в эксплуатации, способны выдерживать многократные перегрузки по току, не требуют частых профилактических осмотров и легко изготавливаются в корпусе со степенью защиты IP44 и выше. Данные двигатели просты в обслуживании и ремонте, в случае выхода его из строя ремонт зачастую может быть выполнен в кратчайшие сроки на том же предприятии.

Несмотря на указанные достоинства, их доля в станочном электроприводе очень мала. Анализ показывает, что во многом это объясняется такими факторами как: существенная нелинейность механической характеристики двигателя, температурная нестабильность его параметров, в особенности, сопротивления ротора, прямое измерение которого невозможно.

Активному внедрению двигателей переменного тока в станочном электроприводе способствовало развитие электроники как силовой, так и вычислительной. Длительное время доминирование двигателей постоянного тока во многом объяснялось именно невозможностью физически реализовать алгоритм управления, требуемый для двигателя переменного тока. Развитие микроэлектроники привело к возникновению нового поколения микропроцессоров, обладающих необходимыми вычислительными ресурсами. В частности, Texas Instruments выпустил линейку специализированных микроконтроллеров TMS320C2000, предназначенных для управления различными типами двигателей[33]. Микроконтроллер содержит развитую систему интерфейсов, обладает встроенными аппаратными и программными алгоритмами обработки сигналов обратной связи с датчиков и встроенным ШИМ-контроллером, а также высокопроизводительным ядром 100-150 MIPS. Для реализации алгоритма управления предназначен программный пакет, в который заложена поддержка ультрабыстрых прерываний и выполнение операций чтения - модификации - записи за один цикл. Данные микроконтроллеры могут программироваться дистанционно по сети, что обеспечивает гибкость в настройке системы управления, а также возможности мониторинга работы электропривода.

Контур управления моментом в большинстве микросхем является векторным и реализуется аппаратно [36, 110]. Типовая структура контура управления моментом приведена на рис. 1.3. В основе системы управления лежат математические преобразования переменных двигателя (тока и напряжения) из статической системы координат, связанной со статором, во вращающуюся, как правило, синфазную с магнитным потоком ротора. Такое решение дает возможность раздельно управлять магнитным потоком и моментом двигателя, используя всего один физический канал -обмотки статора двигателя. Это в свою очередь позволяет реализовывать в приводах переменного тока, в том числе с асинхронными двигателями, систему управления, аналогичную по структуре и возможностям системе управления электроприводами постоянного тока.

Рис. 1.3. Структура контура управления моментом двигателя переменного тока: АИН -автономный инвертор напряжения; АД - асинхронный двигатель; ШИМ- широтно-импулъсный модулятор; ABC/aß - преобразование Кларка; aß/DQ - преобразование Парка; DQ/aß - обратное преобразование Парка; РТН - регулятор тока намагничивания; PAT - регулятор активного тока; 1а и lb- фазные токи статора; Ua, Ub, Uc - фазные напряжения статора; UDC- напряжение звена постоянного тока; НФКП - наблюдатель фазы координатных преобразований; ФКП-фаза координатных преобразований; ФИЛ - фотоэлектрический измеритель перемещения; Imag и Iact - значения намагничивающей и активной составляющих тока статора; Imagz и Iactz -заданные значения намагничивающей и активной составляющих тока статора;

Однако применение специализированных микроконтроллеров имеет и свои

недостатки. Основная часть алгоритма управления реализована под широкий класс

приводов и направлена, в основном, на прикладные задачи энергосбережения, на защиту

двигателей от пусковых перегрузок и т.д. Поэтому зачастую набор алгоритмов,

производительность и разрядная сетка таких систем недостаточна для построения

высокоточного электропривода, в том числе и электропривода подачи для станков с ЧПУ.

Альтернативой применению специализированных микроконтроллеров являются

высокопроизводительные микроконтроллеры и сигнальные процессоры. Они

предлагаются такими фирмами, как: Philips на базе ядер ARM7 и ARM9 с

производительностью 60-300 MIPS и встроенным CAN контроллером [107]; Analog

Devices на базе цифрового сигнального ядра Blackfm производительностью до 600 MIPS и

возможностью параллельного выполнения команд [90]; фирмой Motorola, NEC и т.д.

Таким образом, можно заключить, что переход к цифровым системам управления и

применение современных цифровых микроконтроллеров позволяет реализовывать

системы управления приводами переменного тока, не уступающие по своим

характеристикам приводам постоянного тока.

Развитие силовой электроники привело к изменению типовой структуры силового

преобразователя. В приводах постоянного тока использовались, как правило, трехфазные

тиристорные реверсивные выпрямители [70]. Реверсивные выпрямители были недороги и

могли осуществлять рекуперацию энергии в сеть. Однако они обладали рядом серьезных

недостатков, послуживших причиной отказа от них. Одним из наиболее существенных недостатков тиристорных силовых преобразователей является ограничение, накладываемое на быстродействие системы. Такт управления реверсивным трехфазным мостовым тиристорным преобразователем составляет 3.3 мс [25]. Период квантования в контуре положения в значительной степени влияет на качество обрабатываемой поверхности и точности её воспроизведения. Современные системы ЧПУ обеспечивают такт квантования в контуре положения порядка 400мкс [53]. Таким образом, быстродействие тиристорного преобразователя оказывается недостаточным для работы в составе современных систем управления станками.

В результате, в настоящее время большая часть станочных электроприводов представляет собой автономный инвертор напряжения со звеном постоянного тока [75,89,108,112, 114, 116]. Основным силовым элементом АИН служат, как правило, мощные IGBT-транзисторы. Одним из основных направлений развития АИН является применение интеллектуальных ЮВТ-модулей [36, 126]. Данные устройства содержат в своем составе драйверы управления верхними и нижними ключами моста, систему защит от перекрытия сигналов управления, короткого замыкания в нагрузке и короткого замыкания на землю и т.д. Применение силовых модулей с высокой степенью интеграции позволяет сократить число внешних элементов схемы и обеспечить качественную защиту силовых ключей от внешних воздействий.

Несмотря на значительно более высокое качество управления, АИН не лишены недостатков. Основным является значительное усложнение конструкции силового преобразователя и увеличение его стоимости. Как правило, из-за более низкой стоимости применяется схема с неуправляемым выпрямителем, которая не позволяет рекуперировать энергию обратно в сеть. Применение управляемых элементов в составе выпрямителя приводит к значительному удорожанию системы. Также следует считаться с тем, что IGBT-транзисторы более чувствительны к перегрузкам и требуют тщательного расчета защитных коммутационных цепей. Кроме того, они более дороги и менее надежны, чем быстродействующие силовые запираемые тиристоры [32, 36].

Ужесточение требований к точности электроприводов, их помехозащищенности, а также гибкости в настройке привело к тому, что в состав передовых станочных электроприводов [118,119,124] включаются цифровые интерфейсы управления и автоматизации [9, 94, 115]. Интерфейсы управления ориентированны на высокоскоростную передачу данных в реальном масштабе времени. Интерфейсы автоматизации предназначены для передачи телеметрической информации, значений настраиваемых параметров и команд логического управления. Наиболее

распространенные интерфейсы управления EtherCAT [94], SERCOS III [100], Drive-CliQ [119]. Из интерфейсов автоматизации, как правило, применяются CANopen, PROFIBUS, USS, стандарты Modbus RTU и Modbus ASCII.

Требование эффективного воспроизведения контурно-позиционного движения привело к появлению нового поколения цифровых электроприводов. Подобные приводы производятся фирмами Emco, Siemens, Kollmorgen и рядом других. Отличительной особенностью таких приводов являются: реконфигурируемая структура с возможностью динамического изменения набора регуляторов, ориентация на управление положением электропривода как с промежуточным контуром скорости, так и без него, наличием встроенных цифровых фильтров для подавления резонансных частот, применением алгоритмов компенсации трения и люфтов. Внешний контур управления в таких приводах может быть, как контуром скорости, так и контуром положения. Набор регуляторов положения и скорости содержит П, ПИ, ПИД - регуляторы, в состав которых дополнительно введены упреждающие компенсирующие связи по скорости и ускорению сигнала задания, необходимые для компенсации динамических ошибок слежения за сигналом управления. Типовая структура регулятора скорости специализированного электропривода приведена на рис. 1.4,а [110].

Регулятор скорости обладает компенсирующими связями по ускорению и трению, а также интегральной составляющей ошибки в выходном сигнале, что позволяет обеспечить малую ошибку по скорости как по каналу задания, так и по каналу возмущения. Данный регулятор может использоваться как самостоятельный регулятор скорости или в составе внутреннего контура скорости при управлении положением. Известно, что увеличение числа контуров управления неизбежно ведет к снижению быстродействия всей системы. В лучшем случае каждый новый контур снижает быстродействие примерно в два раза. Поэтому все чаще разработчики систем управления предлагают использовать регуляторы положения, способные обеспечить прямое управления моментом без промежуточного контура скорости (рис. 1.4,6) [79, 124]. Данный регулятор содержит в своем составе ПИД - регулятор положения, демпфирующую связь по скорости привода для подавления колебаний, а также упреждающие связи по скорости и ускорению сигнала задания и канал компенсации момента трения. Применение подобной структуры позволяет обеспечить малую динамическую и статическую ошибки, а также расширить полосу пропускания привода по каналу задания.

Рассмотренный класс специализированных станочных приводов позволяет обеспечить более высокое качество работы электропривода в составе координатной оси, по сравнению с широким классом станочных приводов, в том числе и цифровых,

имеющих в своем составе только контур управления скоростью без компенсационных связей.

б)

Рис. 1.4. Структуры регуляторов внешнего контура электропривода а) регулятор скорости б) регулятор положения: ОГР - ограничение выходного сигнала; КМ- контур момента; КП, КД, КИ - коэффициенты пропорционального, дифференциального и интегрального усиления., КУС, КУУ, КУТ- коэффициенты упреждения по скорости, ускорению, трению; ПФ - полосовой фильтр;

ОСС - обратная связь по скорости; ОСП - обратная связь по положению; ЗС - задание на скорость; ЗП - задание на положение; Am - ошибка по скорости; Лср - ошибка по положению;

SIGN- операция получения знака числа

Основными средствами измерения как положения, так и скорости в станочных электроприводах в настоящее время являются линейные или угловые фотоэлектрические измерители перемещения (ФИП). Линейные измерители перемещения, как правило, применяются только в станках повышенной точности, в то время как угловые измерители перемещения являются неотъемлемой частью любого станочного электропривода. Линейные измерители подразделяются на абсолютные и инкрементальные. Разрешающая способность большинства измерителей линейных перемещений независимо от типа составляет от ±1 до ±5 мкм, однако за счет применения интерполяции сигнала разрешающая способность может быть увеличена до 0.1 мкм, а в отдельных случаях до Ihm [99]. Выходным сигналом от измерителей перемещения, как правило, является двухфазный меандр с фазовым сдвигом 90° или двухфазный синусоидальный сигнал с таким же фазовым сдвигом. Абсолютные измерители перемещения работают с последовательным высокоскоростным интерфейсом, наиболее распространены EnDat 2.2, Fanuc 02 и Mit 02-4 [99]. Следует отметить, что все линии передачи данных выполняются по дифференциальной схеме для увеличения помехозащищенности.

Измерители углового перемещения также бывают абсолютные и инкрементальные. Конструктивно они подразделяются на измерители с полым и со сплошным валом. Абсолютные измерители углового перемещения получили преимущественное распространение в робототехнике, в то время как в станкостроении преобладают инкрементальные измерители перемещения. Измерители с полым ротором при монтаже занимают значительно меньше места по сравнению с измерителями, имеющими сплошной вал, имеют более жесткую посадку на вал двигателя и не требуют дополнительных переходных муфт. Однако, как правило, имеют ограниченную номенклатуру по диаметру вала двигателя и уступают в скоростном диапазоне измерителям со сплошным валом, которые способны работать на значительно более высоких оборотах 1 - 6 тыс. об./мин. против 12-30 тыс. об./мин. [100]. Число физических меток на обороте инкрементальных измерителей, применяемых в станочных приводах, изменяется в значительных пределах, но как правило, находится в диапазоне 2500 - 100000 мет./об. [100]. Отдельно следует отметить инкрементальные измерители с синусоидальным выходным сигналом, а также многополюсные синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы. Цифровая обработка сигналов от таких датчиков позволяет получать разрешающую способность до нескольких миллионов меток на обороте. Однако данные системы обладают значительной погрешностью в режимах ускорения и замедления и пока не находят широкого распространения в станкостроении.

Таким образом, в современном станочном электроприводе можно выделить следующие тенденции развития:

- применение двигателей переменного тока, в основном синхронных и вентильных;

- постепенный отказ от силовых преобразователей, способных работать только с одним типом двигателя, в пользу универсальных, использующих алгоритмы ШИМ-усиления напряжения и способных работать с любым двигателем переменного тока, либо, в самом общем случае, как с двигателем переменного, так и постоянного тока;

- использование микросхем высокой степени интеграции как в силовой, так и управляющей частях схемы;

- уменьшение редукции в кинематических передачах и, как следствие, возрастание требований к жесткости динамической и статической характеристик электропривода;

- использование цифровых и импульсных измерителей положения или перемещения, в том числе и для управления скоростью;

- переход к полностью цифровым системам управления, с целью обеспечения более высокой помехозащищенности и реализации более сложных алгоритмов управления, включающих компенсацию динамических и статических ошибок;

- управление магнитным потоком не только в приводах главного движения, но и в приводах подачи для обеспечения более высокой скорости быстрых перемещений.

1.3. Анализ технических требований к электроприводам современных станков с ЧПУ

Неизменными качественными требованиями к электроприводам станков являются [19, 20, 25, 54, 70, 105, 110, 123]: минимальные габаритные размеры электродвигателя при большом вращающем моменте или мощности; высокая максимальная скорость; значительная перегрузочная способность; широкий диапазон регулирования скорости; высокая точность и равномерность движения на всех скоростях вплоть до самых малых; большое быстродействие при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения; высокая линейность, стабильность и повторяемость характеристик; большое быстродействие при изменении нагрузки или при реверсе под нагрузкой на малой скорости; высокая надежность и ремонтопригодность.

При определении количественных показателей качества работы электроприводов в настоящее время можно выделить два подхода. В мировой практике преобладает комплектная поставка систем управления для станков, включающая как саму систему ЧПУ, так и специально разработанный станочный электропривод того же производителя. К основным поставщикам комплектных систем управления для металлорежущего оборудования следует отнести: Siemens, Heidenhain (Германия), Fanuc (Япония), Fagor (Испания) и т.п. Качество работы таких систем проверяется по результатам серии испытаний на станке и базируется на современных стандартах в области станкостроения, в частности, на международном стандарте ISO-230 и национальных стандартах ведущих станкостроительных стран: Японии - JIS В 6336-1986, Германии - VDI/DGQ 3441, США

- ASME В5.54-92, Великобритании BSI BS 4656 Part 16 [105]. В рамках указанных стандартов четко и однозначно прописаны все аспекты проведения испытаний станков: основные характеристики, требующие измерения, способы измерений и используемое оборудование, набор экспериментов и условия их проведения, методики обработки результатов. Поскольку электропривод рассматривается как составная часть системы управления, то отдельных требований к нему не предъявляется. К преимуществам данного подхода следует отнести унифицированную систему испытаний и прозрачные показатели качества, понятные конечному пользователю.

В отечественной практике исторически сложилась ситуация, когда электроприводы для станков и системы ЧПУ поставлялись разными производителями и представляли собой, по существу, самостоятельные продукты. Большинство качественных приводов закупалось в рамках международного сотрудничества со странами СЭВ (Болгария,

Чехословакия, Венгрия). В результате неизбежным было появление стандарта, регламентирующего характеристики электроприводов для металлорежущего оборудования - ГОСТ 27803-91 [11]. Причем стандарт формировался в условиях преобладания приводов на базе двигателей постоянного тока с аналоговым управлением скоростью и был в основном ориентирован на оценку именно такого класса приводов.

Поскольку тенденция раздельного изготовления приводов и систем ЧПУ сохраняется, на рынке появилось значительное количество импортных силовых преобразователей, которые предлагаются к использованию в станкостроении. При этом оценить степень их соответствия требованиям станков с ЧПУ представляется затруднительным. Причина состоит в том, что технические характеристики, указываемые производителем в паспорте электропривода, недостаточно ориентированы на требования отечественного стандарта.

Кроме того, в связи с развитием идеи построения локально-распределенных систем ЧПУ на рынке появились электроприводы, обладающие возможностями позиционного управления. Их использование осложняется тем, что отечественные системы ЧПУ, как правило, имеют встроенный контур управления положением и, в основном, ориентированы на формирование задания на скорость. Дополнительные трудности в определении возможностей данной группы приводов создают технические характеристики отечественного стандарта, преимущественно ориентированные на приводы, управляемые по скорости.

В связи с этим возникает проблема оценки соответствия характеристик электроприводов возросшим требованиям станкостроительной промышленности. В этих условиях крупные станкостроительные заводы проводят испытания различных приводов по своим методикам, по результатам которых принимают решение о возможности их применения в выпускаемом оборудовании. Для относительно небольших предприятий, связанных с модернизацией и ремонтом станков, путь сравнительных испытаний приводов вряд ли можно считать оптимальным. Данный подход связан с большими затратами времени и финансов, а также требует большого количества измерительного и другого специализированного оборудования, непосредственно не вовлеченного в процесс производства.

Исходя из вышесказанного, целесообразно ввести в существующий стандарт такой набор качественных и количественных показателей, который, с одной стороны, позволил бы выделить соответствующие специализированные приводы из общей массы имеющихся на рынке, а с другой - количественно оценить их возможности по отношению друг к другу. В то же время новые характеристики должны быть более приближены к конечным

показателям качества работы электропривода в составе координатной оси: ошибки позиционирования, динамической ошибки слежения, повторяемости, максимальной ошибки по моменту нагрузки - и давать хотя бы приближенную их оценку.

Анализ зарубежных источников [14, 54, 98, 102, 105], а также отечественных стандартов и тенденций в испытании приводов ведущими станкостроительными заводами указывает на то, что для оценки характеристик электропривода может быть использован набор тестовых воздействий, используемых при испытании станков с ЧПУ, однако спроецированный на отдельный привод. Как отмечалось выше, в настоящее время существуют приводы с контурами управления как положением, так и скоростью, поэтому перечень испытаний должен быть максимально унифицированным и способным продемонстрировать качество работы обоих типов приводов.

Следует отметить, что особенностью станочного электропривода является требование обеспечения качественного контурно-позиционного движения. Поэтому к числу тестовых сигналов можно отнести ступенчатое и гармоническое воздействие по заданию, последовательное позиционирование привода в прямом и обратном направлениях, разгон и реверс на номинальную скорость, приложение и снятие нагрузки на вал двигателя [6, 67].

Рассмотрим каждое тестовое воздействие и его связь с прямыми показателями качества в отдельности.

Одним из основных способов определения статической ошибки слежения или ошибки позиционирования, а также быстродействия привода является отработка ступенчатого воздействия. Пример такого сигнала приведен на рис. 1.5.

Применительно к скоростным приводам данное тестовое воздействие также допустимо. Основным назначением ступенчатого тестового воздействия является проверка качества работы электропривода в линейной зоне.

Отработка подобного тестового воздействия в линейной зоне должна иметь апериодический характер с максимальным быстродействием. Для передовых зарубежных позиционных приводов при повороте на угол, равный 1/80-1/60 оборота вала, данный показатель составляет 20-50 мс. Для скоростных приводов разгон на скорость порядка 1/10 ее номинального значения происходит за 10-30 мс.

Следующим тестовым воздействием, позволяющим оценить такой важный показатель станочного привода, как повторяемость, то есть способность показывать идентичные результаты в серии однотипных испытаний, является серия ступенчатых перемещений или последовательное позиционирование в ряд точек. Как правило,

достаточным является набор движений от 5 до 10 позиций, сначала в одном направлении, затем в другом. Пример подобного тестового воздействия показан на рис. 1.6.

IHNMBHHK

■ i

ё

й-X

N

. поое

Рис. 1.5. Отработка ступенчатого сигнала задания по положению

Рис. 1.6. Отработка ряда ступенчатых перемещений: кривая 1 - задание; кривая 2 -обратная связь

Данный тест позволяет наглядно продемонстрировать наличие асимметрии (если таковая имеется) в системе управления, а также качество настройки интегральной части. Привод с недостаточным значением коэффициента интегрального усиления на серии перемещений будет демонстрировать снижение повторяемости. Для скоростных систем данный тест также применим, с той лишь разницей, что привод последовательно выходит на заданные значения скорости. Исходя из количественных оценок, рекомендуемых для ступенчатого теста, целесообразно амплитуды воздействий оставить такими же, а период обновления сигнала управления установить на уровне 100 - 150 мс для позиционных систем и 80 - 120 мс для скоростных. При этом для позиционных систем хорошим результатом для указанных условий следует считать отклонение ±2 дискреты измерителя перемещения, а для скоростных систем отсутствие статической ошибки.

Другим показателем, который в настоящее время стремятся указывать ведущие производители приводов, является динамическая ошибка слежения. Под динамической ошибкой слежения понимается ошибка регулирования положения, которая возникает независимо от характера движения во всем скоростном диапазоне. Данная характеристика является определяющей при обработке сложно-контурных изделий (пресс-формы, резьба и т.п.). Универсальным средством демонстрации динамической ошибки на станке является отработка кругового движения. Данный тест входит в набор стандартных при приемочных испытаниях станков согласно IS0-230 и отечественного стандарта, находящегося в разработке ГОСТ Р ИСО-230. Пример отработки круговой интерполяции приведен на рис. 1.7.

»

.....!'г',Г"Т"| ! 1 „ , , 1 :

¡1. I! I Ь: ¡11 ..Ш |К {¡« !

V ' ?>'| '

;

Рис. 1.7. Отработка круговой интерполяции Рис. 1.8. Отработка гармонического сигнала

Многие производители [101, 103] приводят несколько окружностей для демонстрации динамической ошибки при разных скоростях подачи и при различных вариантах установки измерителя перемещения. Качественная система управления должна обеспечивать приблизительно одинаковую динамическую ошибку на всех рабочих скоростях. Применительно к отдельному приводу данное тестовое воздействие можно свести к виду гармонического сигнала, например, синусоиды или косинусоиды, так как при отработке окружности на плоскости каждый из приводов в рамках своей оси выполняет именно гармоническое движение. Пример отработки данного задающего воздействия приведен на рис. 1.8 [38], где в одной системе координат построено движение двух приводов, отрабатывающих движение рабочего органа по окружности.

Как и в случае с круговым движением, имеет смысл отрабатывать гармонический сигнал разной частоты. Данная характеристика в некоторой степени аналогична полосе пропускания. Однако принципиальным отличием является то, что в системах с компенсирующими связями ограничение по допустимому току или напряжению наступает раньше, нежели спад частотной характеристики на 3 дБ, и в идеальном варианте электропривод не должен иметь зависимости ошибки слежения от частоты во всей линейной зоне. Как и в случаях, рассмотренных выше, данный тестовый сигнал может быть применен и к системам с регулятором скорости, но относительно скоростного, а не позиционного задающего воздействия. Это объясняется тем, что данное тестовое воздействие позволяет оценить способность электропривода компенсировать ошибки, связанные с производными задающего сигнала, то есть еще больше приблизить передаточную функцию системы к передаточной функции безынерционного звена.

Следующим тестовым воздействием, позволяющим оценить динамическую ошибку привода в режимах быстрого изменения скорости, является разгон электропривода на

номинальную скорость с последующим реверсом и торможением. Пример разгона на номинальную скорость приведен на рис. 1.9, где на один рисунок сведены сигналы движения по траектории, скорость привода и динамическая ошибка слежения.

.МКМ

40

30

т

10

-10

^—

/ / ^ •• Л V • ¡ .. ¿5 V. Ч.

адш -

30000

2000

1500

20000 -

10000

0

1000

500

f,c

Рис. 1.9. Переходные процессы по положению, скорости и ошибке слежения

Данный параметр позволяет оценить динамическую ошибку электропривода при быстрых ускорениях и замедлениях, что трудно сделать при гармонических движениях малой амплитуды. Следует отметить, что данное воздействие должно отрабатываться в линейной зоне, так как в противном случае возможности привода по слежению за сигналом задания окажутся ограниченными. Подобный тестовый сигнал также применим и к скоростным системам, так как он позволяет определить динамические возможности привода по обеспечению ошибки регулирования во всем диапазоне скоростей и ускорений.

Описанные выше характеристики демонстрируют возможности электропривода при отработке управляющих воздействий по каналу задания. Однако для станочного электропривода не менее важно иметь оценку способности электропривода компенсировать внешние возмущающие воздействия. В существующем стандарте [11] подобная характеристика определена только для привода главного движения и состоит в обеспечении определенного времени возврата на заданную скорость. В то же время, конечному потребителю не менее важно знать, какую ошибку по положению успеет накопить привод и как быстро эта ошибка будет возвращена в диапазон допуска. Особенно это важно знать в приводах, управляемых по положению, так как такие системы должны обеспечивать близкую к нулевой ошибку слежения во всех режимах работы в

линейной зоне. Поэтому для позиционных приводов целесообразно проводить ряд испытаний с разным уровнем момента нагрузки и указывать для каждого момента не только время восстановления, но и величины максимального рассогласования. Для приводов, управляемых по скорости, определение качества работы по моменту нагрузки применительно к конечной точности координатной оси сложнее, так как без внешней системы управления данный привод не способен компенсировать позиционную ошибку. Для таких систем также целесообразно указывать численное значение максимального рассогласования по скорости и времени переходного процесса при приложении и снятии с вала двигателя различных моментов нагрузки вплоть до номинального значения. В этом случае удается косвенно оценить накопленную позиционную ошибку, что позволяет продемонстрировать возможности электропривода по отношению к конечным показателям качества.

Таким образом, для определения возможностей современных станочных электроприводов и сравнения их характеристик целесообразно ввести в существующий стандарт ряд дополнительных показателей, позволяющих получить адекватную оценку работы привода на станочном оборудовании. К их числу относится реакция на:

• ступенчатое воздействие;

• серию ступенчатых перемещений при позиционировании в несколько точек или серию ступенчатых перемещений вперед - назад;

• серию гармонических или параболических движений с разным периодом с отработкой в линейной зоне с заранее оговоренной амплитудой задающего сигнала;

• задание по закону - разгон до номинальной скорости с номинальным динамическим моментом, реверс и торможение;

• приложение и снятие момента нагрузки на вал двигателя по закону близкому к ступенчатому.

1.4. Разработка принципов рационального построения электроприводов высокоточного металлорежущего оборудования

Проведенный анализ современных тенденций в области металлообработки на станках с ЧПУ, достоинств и недостатков существующих систем станочного электропривода, а также требований к ним позволил сформулировать принципы рационального построения современного станочного электропривода.

Основой электропривода должен быть асинхронный двигатель общепромышленного или специального исполнения. Несмотря на то, что большая часть современных прецизионных приводов, в частности, приводов подач, строится на базе

синхронных двигателей, это заключение опирается на успешные разработки в данной области, такие как Размер-2М [74]. Также в пользу асинхронных двигателей говорит их существенно меньшая стоимость и прогресс в развитии микропроцессорной и силовой электроники, позволяющий реализовывать все более сложные законы управления.

Основой системы управления моментом должен быть алгоритм векторных координатных преобразований [5,25,96]. Такой подход свободен от недостатков, свойственных приводам с системой управления, работающей в скользящем режиме: высокой частоты коммутации в силовом преобразователе и значительных пульсаций тока и момента двигателя. Алгоритм векторных координатных преобразований позволяет без существенных программных и аппаратных доработок управлять различными типами двигателей от одного и того же силового преобразователя, в частности, синхронными и асинхронными [96].

Однако данный подход связан с рядом нерешенных задач. В частности, одним из наиболее существенных сдерживающих факторов в развитии асинхронного привода в качестве высокоточного следящего привода является несовершенство практически реализованных алгоритмов идентификации параметров двигателя и магнитного потока ротора. Другим недостатком асинхронных приводов является нестабильность параметров двигателя, в частности, сопротивления ротора [3, 64], и нелинейность кривой намагничивания.

Значительные усилия разработчиков приводов в настоящее время направлены на разработку алгоритмов и систем управления, свободных от указанных недостатков [34, 44, 46, 47,61,63].

Для идентификации фазы координатных преобразований в станочном электроприводе целесообразным является применение наблюдателей, использующих информацию о скорости или положении ротора [25, 45, 47]. Это объясняется тем, что в станочных приводах измерители положения или скорости устанавливаются всегда, так как основной задачей таких приводов является непосредственное управление указанными величинами. Как показывает анализ технической литературы [45, 47], наблюдатели с измерителем положения или скорости, значительно проще в реализации, чем бездатчиковые [15,28, 44,46,48,62]. Они имеют меньшее количество настраиваемых параметров и отличаются большей параметрической грубостью. Хотя свойственные асинхронным двигателям недостатки, связанные с нестабильностью параметров, остаются верными и для таких наблюдателей.

Наблюдатели с измерителем можно разделить на две группы. В первой группе идентификация фазы потокосцепления ротора осуществляется путем интегрирования

суммы частоты вращения ротора и частоты скольжения ротора [46]. Во второй группе идентификация фазы потокосцепления ротора вычисляется как сумма текущего положения ротора и текущего угла скольжения [47]. С математической точки зрения данные алгоритмы равнозначны. Различие состоит в конкретной реализации алгоритма идентификации угла или скорости скольжения [1, 72]. Более перспективными и универсальными являются наблюдатели из второй группы. Они имеют ряд преимуществ: во-первых, измерители положения и перемещения являются в подавляющем большинстве цифровыми и потому обладают повышенной помехозащищенностью, во-вторых, измерители положения являются неотъемлемой частью всех современных систем ЧПУ, в-третьих, отсутствует необходимость в цифровом дифференцировании для оценки скорости.

Однако применение цифровых дискретных измерителей положения имеет и свои недостатки [48,49]. К числу основных относится снижение качества сигнала обратной связи при работе на сверхнизких скоростях, что связано с дискретным характером сигнала обратной связи. Данный эффект проявляется в ситуациях, когда при вращении двигателя частота следования импульсов в канале обратной связи оказывается ниже частоты расчета регуляторов в системе управления. Одним из подходов может быть применение измерителей большей разрешающей способности или совместное использование грубого и точного измерителей [25]. Однако это приводит к удорожанию системы управления. Другим подходом к решению проблемы является применение различных алгоритмов экстраполяции сигнала обратной связи [48,49]. Следует отметить, что, несмотря на существенно более низкую стоимость такого решения, оно имеет свои недостатки [1, 50, 55] и требует исследования.

Исходя из указанных особенностей, целесообразно строить систему управления с регулятором положения. Как отмечается в ряде работ [4, 20, 14, 91], подобный подход позволяет обеспечить высокое качество управления электроприводом независимо от изменения момента инерции двигателя и нагрузки на валу. Из двух возможных способов управления положением - прямого и с промежуточным контуром скорости -предпочтение следует отдать первому. Быстродействие такой системы априори минимум в два раза выше, чем системы с промежуточным контуром скорости [72]. Однако, как было отмечено выше, современный электропривод станков с ЧПУ характеризуется жесткими требованиями не только к ошибке позиционирования, но и к динамической ошибке слежения при контурном перемещении. Одним из способов обеспечения малой динамической ошибки является введение компаундирующих связей по производным сигнала задания [111].

Выбранный подход к построению системы управления, а именно, векторное управление асинхронным двигателем с идентификацией потокосцепления ротора по сигналу обратной связи от цифрового измерителя положения, а также прямое управление положением двигателя требуют проведения большого количества математических преобразований, цифрового интегрирования, дифференцирования, фильтрации, вычисления тригонометрических функций и т.д. Таким образом, реализация системы управления должна быть полностью цифровой. Причем, из анализа источников [77, 108, 116, 117], следует, что современный привод должен иметь возможность прямого цифрового управления силовым инвертором. То есть система управления должна иметь возможность напрямую управлять каждым ключом силового инвертора посредством ШИМ-сигнала. Такое решение имеет ряд достоинств, среди них большая помехозащищенность и гибкость конструкции. В частности, использование прямого цифрового управления вместе с дифференциальным способом передачи ШИМ-сигнала позволяет конструктивно отделить блок управления от силового преобразователя. Существенным достоинством такой конструкции является высокая ремонтопригодность системы и снижение сроков ввода её в эксплуатацию. В случае выхода из строя силовой части достаточно просто заменить её на аналогичную, без необходимости заново настраивать систему управления. Однако применение полностью цифровой системы управления положением требует тщательного исследования таких вопросов, как: определение необходимой разрешающей способности по каналу задания, выбор разрешающей способности измерителя положения, требования к характеристикам задающего воздействия и рациональный способ передачи сигнала задания [55, 77].

Анализ технической литературы и патентов [46,73] указывает на то, что современная система управления асинхронным двигателем должна иметь в своем составе узел управления магнитным потоком двигателя. Данное условие объясняется необходимостью выполнения приводом своих задач на скорости, выше номинальной, без снижения качества управления. В первую очередь это касается приводов главного движения, которые по технологическим требованиям должны обеспечивать максимально высокую скорость резания при работе с постоянной мощностью. Однако, как отмечалось выше, работа на скоростях, выше номинальной, представляет интерес и для привода подачи, в частности, для режима быстрых перемещений. Несмотря на то, что задача управления потоком достаточно широко освещена в публикациях [46, 73], оптимальный закон изменения магнитного потока во всем скоростном диапазоне, как и сами критерии оптимальности, требуют дополнительного исследования. Существующие практически реализованные решения, как правило, делятся на три вида: ступенчатое снижение

магнитного потока ротора в области скоростей, выше номинальной, линейное снижение магнитного потока ротора и нелинейное табличное или функциональное снижение магнитного потока. Следует отметить, что возможность увеличения магнитного потока машины в области скоростей, меньше номинальной, с целью получения большего момента при том же токе двигателя, как правило, не рассматривается. Проведение исследований в данном направлении целесообразно для применения в приводах подачи станков с ЧПУ, так как они, как правило, работают на скоростях, не достигающих номинального значения.

Анализ литературы [108, 116, 117] указывает на необходимость включения в комплект поставки современного станочного электропривода сервисного программного обеспечения для его настройки и диагностики. Причиной является то, что современные приводы [106, 118, 119 124] имеют сложную структуру и большое число параметров. Поэтому качественная настройка привода и его обслуживание является трудной задачей даже для высококвалифицированного персонала.

Таким образом, можно заключить, что современный станочный электропривод рационально строить на базе асинхронного двигателя, питаемого от автономного инвертора напряжения с прямым цифровым управлением. Система управления моментом должна быть векторной. В составе системы следует применять наблюдатель магнитного потока ротора, использующий информацию об угловом положении ротора. Обработка и передача всех сигналов, в том числе и сигнала задания, должна вестись в цифровой форме. В состав системы должны входить комбинированные регуляторы положения и скорости. Необходимо обеспечить возможность управления магнитным потоком двигателя в зависимости от величины задания на скорость. В комплект поставки электропривода следует включить сервисное программное обеспечение для его настройки и диагностики.

Выводы

1. Проведенный анализ развития в области высокотехнологичного и высокоточного станкостроения выявил следующие тенденции, непосредственно влияющие на требования к электроприводу: ужесточение требований к точности и производительности станков, совмещение токарных и фрезерных операций на одном станке и обработка детали за один установ, увеличение числа рабочих координат, увеличение скоростей быстрых перемещений и рабочих подач, уменьшение редукции в кинематических передачах и переход к прямому приводу от двигателя к рабочему органу, использование высокопроизводительных цифровых систем числового

управления с возможностью пятикоординатной обработки, внедрение технологии высокоскоростной обработки.

2. Для современного станочного электропривода характерны: применение двигателей переменного тока, в основном синхронных; постепенный отказ от силовых преобразователей, способных работать только с одним типом двигателя, в пользу универсальных, использующих алгоритмы ШИМ для усиления напряжения; применение силовых модулей и управляющих микросхем высокой степени интеграции; переход к цифровому способу передачи сигнала задания; реализация алгоритмов управления положением, включающих компенсацию динамических и статических ошибок; управление магнитным потоком не только в приводах главного движения, но и в приводах подачи; преимущественное использование фотоэлектрических измерителей перемещения, в том числе, и для управления скоростью;

3. Для более полной оценки возможностей современных станочных электроприводов и сравнения их характеристик целесообразно ввести ряд тестовых воздействий, качество воспроизведения которых позволит получить адекватную оценку работы привода в составе СУЭО МС. К их числу следует отнести: ступенчатое воздействие; серию ступенчатых перемещений в прямом и обратном направлениях; серию гармонических или параболических движений с отработкой в линейной зоне; разгон до номинальной скорости с номинальным динамическим моментом, реверс и торможение, ступенчатое приложение момента.

4. Современный станочный электропривод рационально строить на базе асинхронного двигателя, питаемого от автономного инвертора напряжения с прямым цифровым управлением. Система управления моментом должна быть векторной. В составе системы следует применять наблюдатель магнитного потока ротора, использующий информацию об угловом положении ротора. Обработку и передачу всех сигналов, в том числе и сигнала задания, необходимо производить в цифровой форме. В составе системы следует использовать комбинированные регуляторы положения и скорости. Необходимо обеспечить возможность управления магнитным потоком двигателя в зависимости от величины задания на скорость.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Смирнов, Александр Андреевич

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Основными тенденциями развития в области станкостроения являются: увеличение точности и производительности станков, совмещение токарных и фрезерных операций на одном станке, увеличение числа рабочих координат, повышение скоростей быстрых перемещений и рабочих подач, уменьшение редукции в кинематических передачах и переход к прямому приводу от двигателя к рабочему органу, использование высокопроизводительных цифровых систем числового управления с возможностью пятикоординатной обработки, внедрение технологии высокоскоростной обработки.

2. Для оценки конечных показателей качества работы современных станочных электроприводов в составе СУЭО МС и сравнения их характеристик целесообразно ввести ряд тестовых воздействий. К их числу следует отнести: ступенчатое воздействие; серию ступенчатых перемещений в прямом и обратном направлениях; серию гармонических или параболических движений с отработкой в линейной зоне; разгон до номинальной скорости с номинальным динамическим моментом, реверс и торможение, ступенчатое приложение момента.

3. Современный станочный электропривод рационально строить на базе асинхронного двигателя. Обработку и передачу всех сигналов, в том числе и сигнала задания, необходимо производить в цифровой форме. В составе системы следует использовать комбинированные регуляторы положения и скорости. Необходимо обеспечить возможность изменения структуры системы управления и настройки параметров, входящих в неё регуляторов. Управления магнитным потоком двигателя в зависимости от величины задания на скорость следует не только в приводах главного движения, но и в приводах подачи.

4. Для уменьшения погрешности определения вектора магнитного потока ротора в динамических режимах разгона и торможения необходимо использовать динамический наблюдатель потока ротора асинхронного двигателя, построенный с применением 2-х мерной импульсной переходной функции.

5. Для организации контура компенсации постоянной времени ротора в канале управления магнитным потоком ротора целесообразно использовать динамический наблюдатель магнитного потока ротора или тока возбуждения двигателя.

6. Предложенная методика настройки наблюдателя магнитного потока ротора, использующая в качестве критерия оптимальности постоянство ускорения электропривода в процессе разгона на холостом ходу при постоянном задании на активный ток, позволяет осуществить оперативную настройку наблюдателя при неизвестных параметрах ротора.

7. Полученные аналитические зависимости, определяемые соотношениями (2.24), позволяют реализовать оптимальный закон управления током намагничивания по критерию максимума момента при заданном значении тока статора и ограничении напряжения статора.

8. Для получения большего запаса по моменту при скоростях меньше номинального значения необходима коррекция настройки наблюдателя фазы потока ротора. Использование коррекции настройки позволяет исключить потери момента вследствие изменения постоянной времени ротора. Работа с током намагничивания, превышающим номинальное значение, при условии коррекции настройки наблюдателя потока ротора, позволяет получить момент на 20-25 % больше, чем при номинальном токе намагничивания.

9. Сигнал задания для станочного электропривода должен обладать высокой разрешающей способностью, превышающей разрешающую способность измерителя перемещения в канале обратной связи. Исследования показали, что оптимальная величина дробной части сигнала управления составляет 4-5 двоичных разрядов. Для снижения влияния шума квантования на пульсации активного тока двигателя необходимо, чтобы отношение величины дискрет в различных каналах регулятора положения не превышало 10. Увеличение разрешающей способности сигнала обратной связи посредством программной экстраполяция сигнала измерителя позволяет снизить влияние эффектов квантования, приближает форму ошибки слежения к гармоническому сигналу, но не позволяет снизить динамическую ошибку слежения.

10. Для качественной работы современного цифрового станочного электропривода необходимо ограничивать производные задающего сигнала: скорость, ускорение, рывок. В этом случае удается добиться максимального эффекта от применения упреждающих связей для снижения динамической ошибки слежения.

11. Использование аналогового канала управления не позволяет в полной мере реализовать возможности цифрового электропривода с усовершенствованным регулятором положения. Для решения данной задачи необходимо использовать высокоскоростной канал управления с возможностью синхронизации между УЧПУ и электроприводом.

12. Опытный образец станочного электропривода на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления, разработанный с учетом предложенных принципов и полученных результатов, позволяет достичь показателей качества на уровне зарубежных специализированных станочных электроприводов. Исследования опытного образца электропривода мощностью 4 кВт, проведенные на специальном лабораторном испытательном стенде, показали, что полоса пропускания системы с регулятором положения составила 50 Гц, с регулятором скорости - 200 Гц, максимальная динамическая ошибка слежения при условии ограничения производных сигнала задания равна ±1.571*10"3 рад.

13. Предложенная методика поэтапной настройки системы управления электроприводом, включающая настройку векторного контура управления моментом и комбинированного регулятора положения, позволяет сократить время, необходимое для достижения заданных показателей качества работы электропривода в составе системы управления электрооборудованием металлорежущего станка.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Смирнов, Александр Андреевич, 2011 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Алгоритм планирования траектории движения следящего многокоординатного электропривода. / Букреев В.Г., Гусев Н.В. // Электромеханика. - 2003г. - №3. -С.16-20.

2. Алексеев В.В., Козярук А.Е., Рудаков В.В., Язев В.Н. Выбор системы координат при реализации алгоритма векторного управления асинхронным электроприводом. / «Электротехника» - 2010г. - №12. - С.2-9.

3. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. Отд-ние, 1987. - 136с.: ил.

4. Башарин A.B., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. - Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392с., ил.

5. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974. 168 с.

6. Бурков А.П. Современные требования к электроприводам станков с ЧПУ / Бурков А.П., Красильникъянц Е.В., Смирнов .A.A., Салахутдинов Н.В. // Вестник ИГЭУ -2010. - № 4-С. 59-65, автора-0.3 п.л.

7. Бутковский А.Г. Структурная теория распределенных систем,- «Наука»,М.: 1977.

8. Виноградов А.Б., Изосимов Д.Б., Флоренцев С.Н., Глебов H.A. Оптимизация КПД системы векторного управления асинхронным тяговым электроприводом с идентификатором параметров. / «Электротехника» - 2010г. - №12. - С.10-19.

9. Ганнель Л.В., Тенденции развития систем управления многоосевыми прецизионными электроприводами. / РИТМ -2009г.- №10. -С.46-48.

10. Гибкие производственные системы, промышленные роботы, робототехнические комплексы. Практ. Пособие. В 14-ти кн. / Кн. 14 О.П. Михайлов, Р.Т. Орлова, A.B. Пальцев. Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов; Под ред. Б.И. Черпакова. - М.:Высш.шк., - 1989. - 111 с.

11. ГОСТ 27803-91 Электроприводы регулируемые для металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. Технические требования. - Введ. 01.01.92 - М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартам: Издательство стандартов, 1991.-21 с.

12. Григорьев С.Н. Мартинов Г.М. Перспективы развития распределенных гетерогенных систем ЧПУ децентрализованными производствами. / Автоматизация в промышленности - 2010г. - №5. - С.4-8.

13. Заявка на патент №2010141347 на изобретение: «Способ векторного управления моментом асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления».

14. Иванков В.А. Системы контурно-позиционного управления редукторными электроприводами многоцелевых металлорежущих станков. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 05.09.03 -«Электротехнические комплексы и системы».

15. Идентификация частоты вращения и составляющих вектора потокосцепления ротора асинхронного двигателя по измерениям токов и напряжений в обмотках статора. / Изосимов Д.Б., Рывкин С.Е. // «Электричество» - 2005г. - №4. - С.32-40.

16. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. - М.:Мир, 1984. - 541с., ил.

17. Исследования электропривода подачи для станков с ЧПУ / Бурков А.П., Красильникъянц Е.В., Смирнов .A.A., Салахутдинов Н.В. // Вестник ИГЭУ - 2011.

- № 2, С - 71 - 77, автора - 0.3 п.л.

18. Итоги международной станкостроительной выставки «ЕМО-Милан-2009», 2009г

19. Каган В.Г. Электроприводы с предельным быстродействием для систем воспроизведения движений. -М.Энергия, 1975.

20. Лебедев А.М. Следящие электроприводы станков с ЧПУ/А.М. Лебедев, Р.Т. Орлова, A.B. Пальцев. -М.: Энергоатомиздат, 1988.-223 е.: ил.

21. Международная выставка в Токио / Стружка - 2006. - № 4, С. 8 - 10

22. Металлообработка без применения смазочно-охлаждающей жидкости. / Ю. Шмидт, Т Конольд, М. Дик. // Werkstatt und Betrieb, - 2001г. - №9. - С.38,40, 42, 47-49.

23. Металлорежущие станки. Коллектив авторов под ред. Проф. В.К. Тепинкичиева.

- М:Машиностроение, 1973г.

24. Микропроцессорные автоматические системы управления. Основы теории и элементы. Учебное пособие / В.В. Солодовников, В.Г. Коньков, В.А. Суханов, О.В. Шевяков; под ред. В.В. Солодовникова. - М.: Высшая шк., 1991. 255 е., ил.

25. Микропроцессорное управление электроприводами станков с ЧПУ/ Э.Л. Тихомиров, В.В. Васильев, Б.Г. Коровин, В.А. Яковлев.-М.: Машиностроение, 1990.-320 с.

26. Мищенко В.А. Теория, способы и системы векторного и оптимального векторного управления электроприводами переменного тока Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. / Москва 2010.

27. Многофункциональные обрабатывающие центры Nakamura-Tome в производстве деталей автомобилей. Solver инженерный консалтинг. / Москва 2010.

28. Моделирование динамических процессов частного управления асинхронным двигателем с учетом потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта. / Виноградов А.Б. // «Электромеханика» - 2005г. - №3. - С.38-43.

29. Моделирование и отладка микроконтроллерной системы управления с использованием программного комплекса Simulink. / Бурков А.П., Смирнов A.A. // Вестник ИГЭУ -2007. - № 4 - С. 49-53, автора - 0.5 п.л.

30. Моделирование наблюдателя координат состояния ротора асинхронного двигателя с учетом распределенности параметров. / Тарарыкин C.B., Бурков А.П., Смирнов A.A. // VI-я Международная молодежная научная конференция «Тинчуринские чтения» - Казань: КГЭУ, 2011. - С. 75-76, автора - 0.3 п.л.

31. Моделирование работы асинхронного двигателя с намагничиванием отличным от номинального. / Бурков А.П., Смирнов A.A. // Материалы междунар. науч.-технич. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ, 2009 - С. 255, автора - 0.5 п.л.

32. Мощные полевые транзисторы в современном электроприводе. / Кроз А. // «Компоненты и технологии» - 2001г. - №6. - С.82-84.

33. Новое поколение изделий компании Texas Instruments для управляемого электропривода. / «Электроника: Наука, технология, бизнес» - 2005г. - №6. - С.28-32.

34. Оптимизация взаимного положения вектора тока статора и магнитного потока асинхронного двигателя при векторном управлении. / Мещеряков В.Н., Левин П.Н. // «Электромеханика» - 2006г. - №1. - С.25-27.

35. Опыт разработки электропривода с прямым цифровым управлением. / Смирнов А.А, Салахутдинов Н.В. // Материалы X международной научно-практической конференции «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения» -Новочеркасск: ЮРГТУ, 2010 - С. 53-58, автора - 0.5 п.л.

36. Особенности применения драйверов MOSFET и IGBT. / Колпаков А. // «Компоненты и технологии» - 2000г. - №6. - С.34-38.

37. Особенности структуры и настройки контура положения в векторном асинхронном электроприводе. / Бурков А.П., Смирнов A.A. // Материалы междунар. науч.-технич. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XV Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ, 2009 - С. 251-252, автора - 0.5 п.л.

38. Отчет по испытаниям привода с асинхронными двигателями на станке МА655А11. Станочная лаборатория опытного конструкторского бюро ОАО «САВМА» // Савелово, 2001.

39. Пат. US 4532466, Н02Р 5/40. CONTROL APPARATUS FOR INDUCTION MOTOR / Inventor Sadayuki Igarashi et. al; Assignee Hitachi Ltd. - Appl. 565864; Filed Dec. 27, 1983; Date of Patent Jul. 30, 1985.

40. Пат. US 4672287, МПК H02P 5/40. INDUCTION MOTOR DIGITAL CONTROL SYSTEM / Inventor Yoshiki Fujioka, Shinichi Kouno; Assignee Fanuc Ltd. - Appl. 860197; Filed Aug. 30, 1985; Date of Patent Jun. 9, 1987.

41. Пат. US 4677360, МПК H02P 5/40. FIELD WEAKENING INDUCTION DRIVE / Inventor Luis J. Garces; Assignee General Electric Company. - Appl. No 839203; Filed Mar. 13,1986; Date of Patent Jun. 30, 1987.

42. Пат. US 5172041, МПК H02P 5/40. METHOD AND DEVICE FOR ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR CONTROL BY MAGNETIC FLUX REGULATION DRIVE / Inventors Jean Bavard, Liming Wei; Assignee GEC Alsthom SA. - Appl. No 739032; Filed Aug. 1, 1991; Date of Patent Dec. 15, 1992.

43. Пат. US 6239574, МПК H02P 5/28. MINIMUM ENERGY REGULATION SYSTEM FOR AN ASYNCHRONOUS BY FIELD ORIENTED CONTROL. / Inventors Carlos Canudas de Wit et al.; Assignee Schneider Electric Industries SA. - Appl. No 09/442753; Filed Nov. 18,1999; Date of Patent May. 29, 2001.

44. Пат. US 0237027 Al, МПК H02P 27/06. INDUCTION MOTOR CONTROL DEVICE. / Inventors Masanobu Inazumi; Assignee Kabushiki Kaisha Yasakawa Denki. - Appl. No 12/473977; Filed May 28, 2009; Date of Patent Sept. 24, 2009.

45. Пат. US 0039825 Al, МПК H02P 21/14, G01P 3/44, G01B 7/30. ABSOLUTE POSITION SENSOR FOR FIELD-ORIENTED CONTROL OF AN INDUCTION MOTOR / Inventors Constantin C. Stancu, Silva Hiti, Robert T. Dawsey, Eric Hatch, Matthew D. Laba, Peter J. Savagian; Assignee GM Global Technology Operations Inc. -Appl. No 12/137340; Filed Jun. 11, 2008; Date of Patent Feb. 12, 2009.

46. Пат. US 0256518 Al, МПК H02P 27/08. VECTOR CONTROL DEVICE OF INDUCTION MOTOR, VECTOR CONTROL METHOD OF INDUCTION MOTOR, AND DRIVE CONTROL DEVICE OF INDUCTION MOTOR / Inventors Hidetoshi Kitanaka, Hideto Negoro,; Assignee Mitsubishi Electric Corp. - Appl. No 12/306833; Filed Aug. 3, 2006; Date of Patent Oct. 15, 2009.

47. Пат. US 0015989 Al, МПК H02P 1/24. METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING AN INDUCTION MACHINE / Inventors James E. Walters, Funi S.

Gunawan, Gerald Thomas Fattic; Assignee Margaret A. Dobrowitsky Technology Inc. -Appl. No 09/909356; Filed Jul. 19, 2001; Date of Patent Jan. 23, 2003.

48. Пат. US 5325460, МПК H02P 5/17. SYSTEM AND METHOD FOR CONTROLLING THE SPEED OF AN ELECTRIC MOTOR IN AN EXTREMELY LOW SPEED RANGE USING A ROTERY PULSE ENCODER / Inventors Tetsuo Yamada, Tatsuoki Matsumoto, Masayuki Mori; Assignee Kabushiki Kaisha Meidensha. - Appl. No 885763; Filed May 20, 1992; Date of Patent Jun. 28, 1994.

49. Пат. US 4713596, МПК H02P 5/34. INDUCTION MOTOR DRIVE SYSTEM / Inventor Bimal K.Bose; Assignee General Electric Company. - Appl. No 753463; Filed Jul. 10, 1985; Date of Patent Dec. 15,1987.

50. Пат. RU 2071164, МПК H02P 5/16, G 05 В 11/16. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРЕЦИЗИОННЫМ СЛЕДЯЩИМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА / Талов В.В., Росляков С.М., Немцов А.С., Лавренко С.Б., Котова Т.И.; заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский институт электромеханики. -№5064546/09.; заявл. 22.06.1992; опубл. 27.12.1996.

51. Поворотные столы серии RSM-T СП Рухсервомотор / Техническая документация. - респ. Белорусь, 2006. - 46 с.

52. Построение наблюдателя потока ротора асинхронного двигателя на основе двухмерной свертки. / Бурков А.П., Красильникъянц Е.В., Смирнов А.А. // Вестник ИГЭУ - 2011. - № 4, С. 44 - 50, автора - 0.25 п.л.

53. Прогнозирование подачи при высокоскоростной механообработке. / Перевод: А.А. Авраамов. // Cutting Tool Engeneering 2002, v.54, Nr.3. C.40,42-44.

54. Протокол сравнительных испытаний преобразователя привода подачи "PowerDRV" и преобразователя ЭПБ-2 (ЧЭАЗ) с электродвигателем ДВУ2М2155LT1УХЛ4. Иваново 2002.

55. Прямые прецизионные электропривода опыт разработки и применения. / Богачев Ю.П., Остапчук В.Г. // «Приводная техника» - 2006 - №3. - С.46-53.

56. Разработка испытательного нагрузочного стенда для электроприводов / Бурков А.П., Салахутдинов Н.В., Смирнов А.А. // Материалы междунар. науч.-технич. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения). - Иваново: ИГЭУ, 2011 - С.211, автора - 0.3 п.л.

57. Сакае Ямамура. Спиралы-ю-векторная теория электрических машин переменного тока. // «Электротехника» - 1996 - № 10.

58. Сакае Ямамура. Спирально-векторная теория электрических цепей и машин переменного тока. Части 1 и 2. — СПб.: МЦЭНиТ, 1993.

59. C.B. Евстафиева, B.B. Молодцов Моделирование следящего привода подачи современных станков с ЧПУ / «Механотроника, автоматизация и управление» » -2010 -№ 9 - С.37-44.

60. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010617310 «Комплекс программ для реализации на ПЛИС структурных элементов цифрового электропривода / Салахутдинов Н.В., Бурков А.П., Комин В.Г., Ельниковский В.В., Смирнов A.A. правообладатель ГОУ ВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина» - № 2010617310 дата поступления 22 июня 2010; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 2 ноября 2010, автора - 0.2 п.л.

61. Синергетическое управление нелинейным электроприводом. Векторное управление асинхронным электроприводом. / Колесников A.A., Веселов Г.Е. // «Электромеханика» - 2006 - №2. - С. 25-36.

62. Синтез и исследование алгоритма идентификации частоты вращения асинхронного электропривода. . / Панкратов В.В., Маслов М.О. // «Электричество» - 2008 - №4. - С.27-34.

63. Система векторного бездатчикового управления асинхронным двигателем с переключаемой структурой. / Шеломкова Л.В., Алямкин Д.И. // «Электричество» -2008 - №5. - С.30-35.

64. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов. / Составители Козярук А.Е., Рудаков В.В. // Санкт-Петербург 2004.

65. Современные технологии компании Heidenhain: система ЧПУ iTNC 530. А.П.Кутьев, Е.В. Фомин // Автоматизация в промышленности - 2010. - №5. - С.31-35.

66. Сравнительное моделирование систем векторного управления асинхронным двигателем / Бурков А.П., Смирнов A.A. // Вестник ИГЭУ - 2007. - № 3 - С. 36-38, автора - 0.5 п.л.

67. Смирнов A.A. Анализ технических требований к электроприводам станков с ЧПУ и промышленных роботов. / Тарарыкин C.B., Смирнов A.A. // Третья всероссийская конференция молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроение России» - Москва: МГТУ, 2010. - С. 13, автора - 0.5 п.л.

68. Тарарыкин C.B. Анализ особенностей построения цифрового контурного позиционного электропривода подачи / Тарарыкин C.B., Смирнов A.A. // Известия

тульского государственного университета, №3 часть 3. -Тула: Изд. ТулГУ, 2010 -С. 179, автора-0.5 п.л.

69. УСТРОЙСТВО ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ NC-220. Руководство по эксплуатации. Санкт-Петербург, 2009.

70. Чернов Е.А., Кузьмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ: Справочное пособие. - Горький: Волговятское кн. изд, 1989. - 320 с.

71. Черпаков Б.И. Металлорежущие станки. Учебник для нач. проф. образования/ Б.И. Черпаков, Т.А. Альперович. М: Издательский центр «Академия», 2003.

72. Чиликин М.Г. и др. Теория автоматизированного электропривода. Уч. пособие для вузов / Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер A.C. - М.: Энергия, 1979.

73. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. / Екатеринбург. УРО РАН, 2000.

74. Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный «Размер-2М-5-21». / Инструкция по эксплуатации. СССР, Москва.

75. Электроприводы, электродвигатели и сервосистемы. Обзор продукции. Каталог Emerson Industrial Automation, 2007

76. «The Model of Nonstationary Rotor Magnetic Field Observer in the Induction Motor». / Alexander Burkov, Evgenii Krasilnikyants, Alexander Smirnov // Scientific Journal of Riga Technical University. Power and Electrical Engineering - 2011 - 4/29, С - 137 -142, автора-0.25 пл..

77. В. Козаченко Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам. [Электронный документ] -Режим доступа: http://www.chipnews.ru/html.cgi/arhiv/99_01 /stat_2.htm

78. Инновационные технологии Mori Seiki [Электронный документ] - Режим доступа: http://moriseiki.ru/index.php?page= innovation

79. Каталог сервосистем Kollmorgen, 2009 [Электронный документ] - Режим доступа:

http://www.kollmorgen.com/zu-za/products/gearheads/_literature/kas_catalog_ru-

ru_revb/

80. Каталог продукции ОАО станкостроительный завод «Красный пролетарий» 2010г. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.stankoinstrument.ru/d/56735/

d/katalog_ avtomobilnyy.pdf

81. Каталог продукции СМЗ «Савеловский машиностроительный завод» 2010г. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.wmmt.net/rus/catalog/factory/ nick_264/2007/01/30/stanok_vertikal_no_f_l 225 .html

82. Каталог продукции Matsuura 2010г. [Электронный документ] - Режим доступа: http://soldream-spb.com/vertikalnye_obrabatyva

83. Каталог продукции Nakamura-Tome 2010г. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.solver.ru/products/isprod/nakamura/files/Super-NTJ.pdf

84. Каталог продукции Maschinenbau Gmbh 2010г. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.solver.ru/products/isprod/matec/index.asp

85. Каталог ЧПУ FAGOR-8070 CNC [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.fagorautomation.ru/doc/cnc8070.pdf

86. «Новые самураи: современные тенденции развития японского станкостроения». Автор В.А. Потапов (по матер, журнала Manufacturing Engeneering). [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.stankoinform.ru/article/Samurai.htm

87. Редукторы Alpha. Каталог продукции [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.servotechnica.ru/catalog/type/brand/serie/index.pl?id=165

88. ANSI ХЗ .215-1998 American National Standard for Information Systems — Programming Languages — Forth [Электронный документ] - Режим доступа: http://forthworks.com/standards/DPANS/DPANS.pdf

89. BALDOR AC Servo Motors andServo Rated Gearheads for the automation industry, 2009 [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.baldor.com/pdf/ literature/BRl 202Е_ 0609_WEB.pdf

90. Blackfin® Embedded Processor ADSP-BF537 Datasheet, 2006 [Электронный

документ] - Режим доступа: http://www.phytec.com/pdf/datasheets/ADSP_BF534_

BF536_BF537 _B.pdf

91. Controller Requirements for High-Precision Motion Applications. Curtis S. Wilson Vice President of Engineering and Research Delta Tau Data Systems, Inc., Chatsworth, CA. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.deltatau.com/Common/ support/whitepapers/High-Precision%20Controls.pdf

92. Coordinated Multi-Axis Motion Control via CAN bus.Jan Bosteels, Advanced Motion Controls [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.can-cia.de/fileadmin

/cia/files/icc/8/ bosteels.pdf

93. Digital Signal Processing Solution for AC Induction Motor Application Note / BPRA043 // Texas Instruments [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.ti.com/lit/anbpra043/ bpra043 .pdf

94. EtherCAT. Network Solutions for Control Automation Technology. Cat. No. P065-E1-01 [Электронный документ] - Режим доступа: http://industrial.omron.com.br/uploads/ arquivos/ etherCAT.pdf

95. Fanuc Series 30i/31i/32i-MODEL А [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.fanuc.co.jp /еп/product/catalog/pdf/ FS30i-A_v01_s.pdf

96. Field Orientated Control of 3-Phase AC-Motors. Texas Instruments Europe. February 1998. [Электронный документ] - Режим доступа: www.ti.com/lit/an/bpra073/ bpra073.pdf

97. Galil Controllers. General Description. Family General Description [Электронный документ] / Galil Motion Control, Inc, 2004. - 52 pages. - Режим доступа: http:// www.galilmc.com

98. Heidenhain. Technical Information. Accurancy of Feed Axes. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.auto-met.com/Globalspec/Accuracy%20of%20Feed% 20Axes.pdf

99. Heidenhain Датчики линейных перемещений для станков с ЧПУ. Март 2008 [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.heidenhain.de/fileadmin/pdb/ media/img/ 571_470-24.pdf

100. Heidenhain Обзорный каталог. Ноябрь 2009. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.heidenhain.ru/ru_RU/php/dokumentacija-informacija/ dokumentacija/ katalogi/popup/media/media/file/view/file-0425/file.pdf

101. Heidenhain. Technical Information. Fast, Accurate Contour Milling with High Surface Definition [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.heidenhain.ru /de_EN/php/documentation-information/documentation/brochures/popup/media/media/ file/view/file-0229/file.pdf

102. Heidenhain. Measuring System for Machine Tool Inspection and Acceptance Testing. 2002 [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.gima-machines.com/support-files/ kgm_eng.pdf

103. High Speed, High Precision and High Efficiency Nano Control Servo, ai series. Fanuc 2001. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.fanuc.co.jp/ еп/product/catalog/pdf/ SERVO%20MOTOR%20ai_V 12_E.pdf

104. I-Machines [Электронный документ] - Режим доступа: http://mazak.ru/ru/products/ i-machines/

105. Lecture2. Accurancy of Machine Tools. [Электронный документ] - Режим доступа: http://blog. ncut.edu.tw/userfile/3120/02_AccuracyofMachineTools.pdf

106. Lenze. Инструкция по эксплуатации Global Drive. Сервоинверторы серия 9300. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.lenze-ru.com/content/ files/BH93xxServo_ru.pdf

107. LPC2119/2129/2194/2292/2294 USER MANUAL 2004 May 03 [Электронный документ] - Режим доступа: www.zlgmcu.com/download/downs.asp?ID=977

108. Mitsubishi. Инструкция по эксплуатации приводов серии FR-700A. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.consys.ru/sites/default/ffles/documents/fr-d700_manual_rus.pdf

109. Modelling, Analysis and Control of Linear Feed Axis In Precision Machine Tools. A thesis submitted in fulfillment of the requirements for the award of the degree Doctor of Philosophy from University of Wollongong by Jeffrey William Moscrop, Be (Hons) 2008. [Электронный документ] - Режим доступа: http://ro.uow.edu.au/cgi/ viewcontent.cgi?fllename=0 &article= 1026&context=theses&type=additional

110. Motion Control Theory Needed in the Implementation of Practical Robotic Systems. James Mentz. Thesis submitted to the Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of science in Electrical Engineering. Aipril 4, 2000 Blackburg, Virginia [Электронный документ] - Режим доступа: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi= 10.1.1.97.7919&rep= rep 1 &type= pdf

111. Microprocessor Implement of PID Controllers and Lead Lag Compensators. IEEE Industrial Electronics. Febrary 1984 [Электронный документ] - Режим доступа: http:// ieeexplore.ieee.org/iel5/41/4158479/04158497.pdf

112. Omron. Omnuc W-series. User's Manual. AC Servomotors/Servo Drivers [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.omron247.com/ marcom/pdfcatal.nsf/PDFLookupByUniqueID/D907413BD400A75E8625692F004BA7 D5/$File/M28I531E1050806.pdf?OpenElement

113. Performance Evaluation of Induction Motors Under Optimal-Energy Control / Jose Ramirez, Carlos Canudas de Wit // Submitted to the IEEE Trans, on control systems technology [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.lag.ensieg.inpg.fr/ canudas/publications/induction_motors/Experim_IEEE_CCA.pdf

114. PWM Servo Amplifier KXA Series Installation and Setup Manual [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.danahermotion.com/website/common/ download/document/ 48_8_16M.pdf

115. SERCOS News. The Automation bus magazine. Issue 01/2011 [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.sercos.com/literature/pdf/ sercos_news_021 l_en.pdf

116. Siemens. Главные приводы SIMOVERT. Инструкция по эксплуатации [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.intechcom.ru/uploads/files/Simovert_ Man.pdf

117. Siemens. Приводы SIMOREG. Инструкция по эксплуатации [Электронный документ] - Режим доступа: http://s-engineering.com.Ua/images/stories/l/PRIVODI/simoreg_l.pdf ?phpMyAdmin=UE5rj ЕЗ 5161bxzaxyXQbCZXSISa&phpMyAdmin=EV2LLBXbFcC6aL jqbMeOoKe34We

118. SINAMICS S120 Руководство по модулям управления и дополнительным системным компонентам. Руководство. Выпуск 12/2004 [Электронный документ] -Режим доступа: http://iadt.siemens.ru/assets/files/infocenter/Documetations/Drives/ SINAMICS_S 110_S 120/GH 1_1204_ru.pdf

119. SINAMICS S120 Руководство по вводу в эксплуатацию. Документация изготовителя/Сервисной службы Выпуск 06/2005 [Электронный документ] -Режим доступа: http://old.automation-drives.ru/mc/downloads/doc/203 .pdf

120. SINUMERIK 840D/810D/FM-NC. Руководство пользователя. Издание 10.00 [Электронный документ] - Режим доступа: http://old.automation-drives.ru/mc/ downloads/doc/13 8.pdf

121. Speed Measurement Algorithms for Low-Resolution Incremental Encoder Equipped Drives: a Comparative Analysis / Roberto PETRELLA Marco TURSINI, Luca PERETTI, Mauro ZIGLIOTTO [Электронный документ] - Режим доступа: http:// www.diegm.uniud.it/petrella/Azionamenti%20Elettrici%20II/Tesine/Petrella%20et%20al .%20%20Speed%20Measurement%20Algorithms%20for%20LowResolution%20Increm ental%20Encoder% 20Equipped%20Drives_a%20Comparative%20Analysis.pdf

122. SPiiPlus High Performance Motion Controllers Series. Technical Data [Электронный документ] / ACS Motion Control, Inc, 2002.- 62 pages. - Режим доступа: http://www.acs-tech80.com

123. Tool Path Modification Approaches to Enhance Machining Geometric Accuracy in 3-Axis and 5-Axis Machining. A Dissertation by Mohammad Sharif Uddin Submitted to Graduate Scholl of Engineering of Kyoto University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Engineering. 2007 [Электронный документ] -Режим доступа: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=l 0.1.1.109.5577& rep=repl&type =pdf

124. Turbo P-MAC. User Manual. [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.deltatau.com/ manuals/pdfs/Turbo%20PMAC%20User%20Manual.pdf

125. Turbo P-MAC. Software Manual [Электронный документ] - Режим доступа: http:// www.deltatau.com/Product%20Bulletins/Updates/Progr am%20Demos/PMACUtilityProg rams/PMACFlashEPROM/Turbo%20V 1 -940%20Addendum.pdf

126. "Using intelligent power modules" Mitsubishi Electric September, 1998 [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.mitsubishielectric.com/ semiconductors/files/ manuals/powermos6_0 .pdf

127. VCI - Virtual CAN Interface. VCI-V2 Installation Manual. Software Version 2.16 IXXAT [Электронный документ] - Режим доступа: http://www.ece.unh.edu/biolab /hof/public/ IXXAT%20Docs/vciv2jprogrammer-manual-e_25.pdf