Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью типа "люфт" в кинематической цепи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Саранцев, Станислав Сергеевич

• Саранцев, Станислав Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Саранцев, Станислав Сергеевич

Оглавление

Введение

1. Анализ точностных характеристик электропривода координатно-расточного станка

1.1 Общие сведения о назначении, конструкции и принципе действия координатно-расточного станка модели 2440СФ4

1.2. Анализ возмущений, приложенных к подвижным органам станка

1.3. Анализ технических решений, повышающих показатели точности координатно-расточных станков

1.4. Постановка задачи исследования

2. Анализ структур систем электроприводов, содержащих нелинейность типа «люфт»

2.1. Аппаратные и программные способы компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электроприводов

2.2. Разработка устройства автоматического измерения люфта

2.3. Применение метода гармонической линеаризации к определению динамических показателей качества электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи

2.4. Оценка области частот управляющих воздействий электропривода координатно-расточного станка с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи

Выводы по главе

3. Структурный синтез электропривода с эквивалентным линейным звеном, аппроксимирующим нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи

3.1. Аппроксимация нелинейности типа «люфт» эквивалентным линейным звеном в частотном спектре управляющих воздействий

3.2. Оценка точности аппроксимации нелинейности типа «люфт» эквивалентным линейным звеном

3.3. Синтез структурной схемы электропривода с линейным звеном, эквивалентным нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи

Выводы по главе

4. Синтез корректирующего звена, компенсирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи электропривода

4.1. Включение корректирующего звена в структуру электропривода

4.2. Математическое представление корректирующего сигнала при воспроизведении гармонического сигнала задания

4.3. Методика формирования сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» при воспроизведении гармонического сигнала, удовлетворяющего условию {азд >юс)

Выводы по главе

5. Экспериментальное исследование динамических показателей качества электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи

5.1. Конструкция экспериментального стенда

5.2. Электропривод экспериментального стенда

5.3. Измерительно-регистрирующий комплекс экспериментального стенда

5.4. Результаты исследований электропривода, содержащего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи, на экспериментальном стенде

5.5 Техническая реализация задачи структурно-параметрического синтеза электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи

5.6. Результаты исследований по повышению точности и производительности отработки круговой траектории на координатно-расточном станке модели 2440СФ4

Выводы по главе

Заключение

Библиографический список

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью типа "люфт" в кинематической цепи»

Введение

Машиностроение как системообразующая отрасль отечественной экономики, определяющая уровень производственного и кадрового потенциала страны, обороноспособности государства, а также устойчивого функционирования всех отраслей промышленности, является основой подъёма экономики России и придания ей инновационного характера.

Станкостроение России в настоящее время существенно отстает от ведущих мировых производителей металлорежущих станков (Китай, Япония, Германия, Италия, Южная Корея и др.) [6, 9]. Объем российского производства металлорежущих станков в 2011 г. составил (по данным Росстат) всего 164 млн. долл. Для сравнения, объем производства металлорежущих станков в Китае в 2011 г. составил (по данным Gardner Inc.) 27,7 млрд. долл., в Японии - 18,4 млрд. долл., в Германии - 13,5 млрд. долл., в Италии - 6,2 млрд. долл., в Южной Корее -5,6 млрд. долл [13].

Российский рынок металлорежущих станков в настоящее время формируется преимущественно в результате импорта (импортная зависимость более 94%) [7, 10, 12]. Конкурентоспособную продукцию станкостроители выпускают только в небольших объемах. Основной доход предприятий обеспечивают ремонт и модернизация старого оборудования (в среднем 80%), доля собственных новинок несоизмеримо мала[4]. Развитие отечественного станкостроения - задача, важность которой для обеспечения технологической безопасности и ускорения темпов экономического развития страны несомненна [8,11].

Руководством Российской Федерации поставлены четкие стратегические задачи перехода от сырьевой экономики к инновационной, её модернизации и технологическому развитию. На основе федеральной целевой программы "Национальная технологическая база" на 2007 - 2016 годы принята подпрограмма "Развитие отечественного станкостроения и инструментальной промышленности"

на 2011 - 2016 годы (распоряжение Правительства Российской Федерации от 21 октября 2010 г. № 1824-р).

Современные требования к качеству изготовления и обработки деталей для последующих технологических операций непрерывно возрастают, поле допусков к настоящему времени стремительно приближается к величине 1-3 мкм. Точность позиционирования исполнительных органов является одной из наиболее важных характеристик координатно-расточных станков (КРС). Значительный вклад в области повышения точности координатно-расточных станков за счёт введения систем автоматического управления (САУ) был внесён такими учёными как: Ж.С. Равва, В.А. Кудинов, В.Г. Митрофанов, Д.Н. Решетов, Ю.М. Соломенцев, С.Я. Галицков. В области исследования нелинейных систем автоматического управления: Ю.И. Топчеев, В.В. Солодовников, Е.И. Хлыпало.

Для достижения высоких точностей при воспроизведении исполнительным органом станка заданной траектории движения, необходимо компенсировать множество помех, одной из которых является люфт в соединении подвижных механических элементов системы. Наличие люфта в структуре следящей системы не только снижает статические и динамические качества, но также может стать причиной ее неустойчивости.

В настоящей работе исследуется возможность повышения динамической точности координатно-расточного станка за счет компенсации влияния «люфта» в кинематической цепи передачи движения от электродвигателя к подвижному узлу станка. В диссертации рассматривается вопрос гармонической линеаризации нелинейного элемента типа «люфт» эквивалентным линейным звеном, дается оценка показателей качества управления, ставится и решается задача по разработке системы автоматического управления компенсации люфта в кинематической цепи.

Имея целостную математическую модель системы автоматического управления электроприводом координатно-расточного станка и возможность замены нелинейного звена типа «люфт» эквивалентным линейным звеном с определенной точностью, создается основа для разработки комплексной

электронной системы автоматического управления электропривода, компенсирующей люфт в кинематической цепи.

Цель настоящей работы заключается в разработке структуры, параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих компенсацию нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи. Это позволит повысить точность, производительность станка и заявленные показатели качества по обработке деталей.

Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:

1. Выявить влияние нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи на точность воспроизведения заданной траектории движения, а также провести анализ технических решений, применяемых для компенсации люфтов.

2. Синтезировать эквивалентное линейное звено, аппроксимирующее нелинейность типа «люфт», оценить точность аппроксимированной модели.

3. Разработать компьютерную модель электропривода при замене нелинейности типа «люфт» его аппроксимированной моделью.

4. Синтезировать структуру и параметры корректирующего звена в составе электропривода, компенсирующего нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать опытно-промышленную САУ электропривода многооперационного КРС.

Предметом исследования данной работы является синтез структуры и параметров электропривода и системы управления, обеспечивающих повышение точности воспроизведения сигнала задания за счет компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

Объектом исследования работы является электропривод, содержащий нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи.

Методы исследования: теоретические исследования базируются на методах теории электропривода, автоматического управления линейными и нелинейными системами, линейной алгебры. Вопросы анализа и синтеза систем

управления решались методами дифференциального и интегрального исчисления, компьютерного моделирования, численными методами.

Метод экспериментального исследования на стенде-станке использовался для получения исходных данных, проведения и уточнения результатов теоретического анализа.

Научная новизна работы:

1. Разработано дополнительное структурное звено электропривода, компенсирующее нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи;

2. Разработан алгоритм управления процессом вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, отличающийся от известных тем, что при формировании сигнала коррекции люфта исключается операция дифференцирования.

3. Разработан алгоритм управления процессом автоматического вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», отличающийся тем, что расчет производится с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».

Практическая ценность работы состоит в следующем:

На основе проведенных исследований разработана инженерная методика синтеза структуры и параметров электропривода координатно-расточного станка при компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи, обеспечивающая повышение точности воспроизведения заданной траектории движения за счет снижения влияния люфта.

Разработана методика автоматического измерения величины зоны нечувствительности люфта, позволяющая САУ электропривода в процессе эксплуатации станка отслеживать текущее значение величины люфта в кинематической цепи.

Результаты работы использовались при разработке алгоритмов управления электроприводами станка модели 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара»

(Акт использования в практике инженерного проекта в работе на предприятии ЗАО «Стан-Самара»).

Реализация результатов работы Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены:

- на станке 2440СФ4, выпускаемым ЗАО «Стан-Самара»;

- в технические проекты САУ компенсации нелинейности типа «люфт», содержащейся в кинематической цепи электропривода подачи КРС для класса точности С.

Апробация работы Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих всероссийских и международных научно-технических конференциях: «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, 2010), «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (г. Иваново, 2011), «Компьютерная интеграция и ИПИ-технолоии» (г. Оренбург, 2011).

Публикации:

По теме диссертации опубликовано 6 работ, в том числе 3 из них - в журналах, рекомендованных ВАК РФ (сборник серии «Технические науки», СамГТУ №1(29) - 2011. - С. 179-184.; сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(33) - 2012. - С. 148-156.; сборник серии «Технические науки», СамГТУ № 1(37) - 2013.-С. 219-222), 6 публикаций - в трудах и материалах всероссийских и международных научно-технических конференций.

На защиту выносятся основные научные положения:

1. Структурно-параметрический синтез электропривода с учетом дополнительного корректирующего звена, компенсирующего влияние нелинейности типа «люфт» на точность воспроизведения заданной траектории движения.

2. Методика синтеза сигнала коррекции нелинейности типа «люфт», при формировании которого исключается операция дифференцирования;

3. Методика вычисления параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», с использованием эквивалентного сигналу задания гармонического сигнала, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи, содержащей нелинейность типа «люфт».

Структура и объем работы:

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 58 наименований и приложения. Основной текст работы изложен на 160 страницах, диссертация содержит: 86 рисунков, 14 таблиц, 1 приложение, библиографический список на 6 страницах.

Во введении изложены актуальность проведённого исследования, определена его цель, перечень задач, решение которых необходимо для достижения поставленной цели, сформулированы научная новизна и практическая значимость диссертационной работы, а также представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе работы проведен анализ и описание возмущений, оказывающих влияние на точность положения инструмента относительно детали в рабочем пространстве координатно-расточного станка, одним из которых является люфт в кинематической цепи электропривода.

Проведен анализ технических решений, применяемых на практике для компенсации люфтов в механических соединениях, произведено их условное деление на классы, а также рассмотрены их достоинства и недостатки. По данной классификации, представленный в работе метод относится к компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи за счет коррекции алгоритмов управления электроприводом. Диссертационная работа расширяет и углубляет теоретические знания в данной области.

Во второй главе проводится анализ достижимых показателей качества электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи, на примере электропривода подачи координатно-расточного станка модели 2440СФ4.

Для электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи, наиболее тяжелым режимом является воспроизведение гармонического сигнала задания, поскольку за один период сигнала задания происходит два расцепления кинематической цепи, сопровождающиеся необходимостью вновь вводить механизм в зацепление для продолжения выполнения технологического процесса. На основе характеристик станка (габаритных размеров обрабатываемых деталей, скоростей рабочей подачи), найден диапазон изменения параметров сигнала задания САУ электропривода.

Экспериментальное определение порогового значения амплитуды сигнала задания, воспроизводимого электроприводом, показало, что весь спектр сигналов задания захватывается системой для возникновения в ней вынужденных колебаний. Это позволило рассмотреть возможность структурного представления нелинейного звена типа «люфт» его эквивалентной линейной моделью.

В третьей главе описывается методика синтеза линейного звена, аппроксимирующего нелинейность типа «люфт», содержащуюся в кинематической цепи электропривода.

Исследования, проведенные во второй главе диссертационной работы, показали, что при гармоническом входном сигнале характер выходных сигналов у инерционного и нелинейного звена типа «люфт» совпадает. Существенным является то, что коэффициент гармонической линеаризации ь(а) всегда является отрицательным, т.е. выходной сигнал звена имеет составляющую, отстающую от входного сигнала на 90°. Это дает основание искать передаточную функцию гармонически линеаризованного гистерезисного звена в виде эквивалентного апериодического звена.

Проведена оценка точности замены нелинейного элемента типа «люфт» аппроксимирующим выражением методом моделирования.

При замене нелинейности типа люфт эквивалентным линейным звеном, методика расчета параметров которого представлена в работе, вводится ошибка, вызванная допущениями метода гармонической линеаризации (линейная часть системы обладает свойством фильтра, поэтому при расчете параметров

эквивалентного линейного звена учитывается только первая гармоника входного сигнала нелинейного элемента). В работе введены условия, при удовлетворении которых для расчета параметров линейного звена, эквивалентного нелинейности типа «люфт», необходимо вводить уточняющую поправку, учитывающую третью гармоническую составляющую входного сигнала нелинейного элемента.

В четвертой главе представлена методика синтеза структуры и параметров корректирующего звена, компенсирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи.

Основываясь на теории инвариантности, в системе управления электропривода реализовывался принцип комбинированного управления за счет создания второго канала подачи сигнала задания.

Исходя из известных зависимостей для нахождения параметров инвариантной связи по управляющему воздействию, было найдено выражение для нахождения параметров корректирующего звена, которое показало, что она представляет собой дифференцирующее звено третьего порядка. Введение в систему дифференцирующего звена третьего порядка невозможно, поскольку это снизит помехозащищенность системы. Для исключения операции дифференцирования, аналитически была найдена зависимость для нахождения формы и параметров сигнала коррекции нелинейности типа «люфт».

Представлена методика вычисления параметров и момента включения сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода для всего спектра гармонических сигналов задания электропривода, расширяющая границы использования теоретических основ метода гармонической линеаризации.

В пятой главе производятся экспериментальные исследования электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи.

Для проверки теоретических положений и представленной в диссертационной работе методики повышения точности воспроизведения заданной траектории движения за счет коррекции нелинейности типа «люфт», был разработан экспериментальный стенд, представляющий собой упрощенную

схему электропривода координатно-расточного станка, управляемого устройством числового программного управления.

На основе произведенных в работе теоретических и экспериментальных исследований был разработан алгоритм управления процессом коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, блок-схема которого представлена в работе.

Работа выполнена на кафедре «Электропривод и промышленная автоматика» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет» в период обучения в аспирантуре с 2009 по 2012 г.

1. Анализ точностных характеристик электропривода координатно-расточного станка

Нормы точности металлорежущих станков по действующим стандартам (ГОСТ) характеризуются наибольшими допускаемыми отклонениями от формы и расположения поверхностей обрабатываемых заготовок [5].

Точность останова (позиционирования) на заданной координате принята одним из основных показателей точности во всех типах станков. Так станки с устройствами числового программного управления (УЧПУ) делят на классы точности согласно параметрам, приведенным в Таблице 1.1. Величина погрешности на детали, поверхность которой задана чертежом или аналитически, определяется как кратчайшее расстояние от точки обработанной поверхности до заданной [41].

Таблица 1.1- Сводные нормы точности станков

Класс точности

Величина В А С В А С В А С

перемещения, Накопленное Накопленное Среднее квадратичное

мм отклонение по осям Z отклонение по осям X

и W, мкм и Y, мкм

До 125 5 2,5 1,2 3 1,6 0,6 0,5 0,3 0,1

Св. 125 до 200 6 3 1,6 4 2 0,8 0,6 0,3 0,2

» 200 » 320 8 4 2,0 5 2,5 1,0 0,6 0,3 0,2

» 320 » 500 10 5 2,5 6 3 1,2 1 0,5 0,2

» 500 » 800 12 6 3 8 4 1,6 1,6 0,8 0,4

» 800 » 1250 16 8 4 10 5 2,0 1,6 0,8 0,4

Основная идея подхода к задаче повышения точности заключается в том, что станок в процессе функционирования испытывает ряд случайных возмущений, а также систематических воздействий, приводящих к отклонениям ее параметров от оптимальных значений, следовательно, к потере точности и производительности станка. Решение же данной задачи сводится к выявлению возмущений и параметров станка, влияющих на точность, производительность и надежность технологической машины, измерению отклонений указанных

параметров от оптимальных, переработке полученной информации и выработке компенсационных воздействий, устраняющих возникшие отклонения [40].

Точность системы станок-инструмент можно разделить на следующие группы:

1. Начальные точности станков: точность схемы формообразования; геометрические и кинематические неточности станков;

2. Погрешности инструментов: начальные; размерный износ; затупление, а отсюда рост силовых и температурных деформаций узлов станка;

3. Точности станков, связанные с режимом работы в данный момент или за тепловой цикл станка: упругие деформации, влияющие на точность в связи с копированием формы заготовки, переменной жесткостью системы, переменными силами трения и др.; колебания; температурные деформации;

4. Погрешности станков, связанные со временем и условиями длительной эксплуатации станков; износ станков; коробление от остаточных напряжений;

5. Точность электроприводов: ошибка позиционирования; скоростная ошибка;

6. Погрешности, связанные с оператором: погрешности настройки; погрешности установки на размер [42].

При использовании автоматических подач погрешность обработки не зависит от действий рабочего, а определяется свойствами станка, инструмента и обрабатываемых заготовок и характеризует тем самым погрешность работы станка. Погрешность работы станка, не зависящая от нагрузки, возникает вследствие неточности кинематической схемы станка и его отдельных узлов [5].

1.1 Общие сведения о назначении, конструкции и принципе действия координатно-расточного станка модели 2440СФ4

Координатно-расточной станок модели 2440СФ4 [53], фотография которого показана на рисунке 1.1, представляет собой прецизионный одностоечный трёхкоординатный сверлильно-фрезерно-расточный станок.

Рисунок 1.1. Координатно-расточной станок модели 2440СФ4

На станке можно осуществлять следующие технологические операции: обработку отверстий с точным расположением осей методом растачивания (получистовое и точное чистовое), развертывание, контурное и прямоугольное фрезерование (получистовое и чистовое), сверление, зенкерование, нарезку резьбы метчиками, выполнение разметки и высокоточных измерений.

Разрешающая способность по координатам X, У, 2 - 0,001 мм [33-35]. Основное отклонение позиционирования Ра составляет: 0,0025 мм для координаты X; 0,0025 мм для координаты У и 0,004 мм для координаты что соответствует основному понятию определения точности КМТВА-УТ)1/ЕЮС)3441. Основные технические характеристики станка отражены в таблице 1.2 [53].

Основные элементы станка показаны на чертежах общего вида (рисунок 1.2). Базовым элементом станка является станина 1, установленная на фундаменте посредством трёх опор (2 и 3).

Стол 4 (рисунок 1.2) является подвижным органом линейной интерполирующей координаты X, а также непосредственным элементом для установки и базирования обрабатываемой детали. Электропривод подачи стола обеспечивает продольное перемещение обрабатываемой детали и состоит из серводвигателя 5 и шарико-винтовой передачи (ТТТВТТ). Ходовой винт ТТТВТТ закреплён в двух опорах, расположенных на салазках 8, а гайка ТНВП -непосредственно на столе 4. Перемещение стола 4 осуществляется по направляющим салазок 7 (рисунок 1.2). Отсчёт перемещений стола 4 (рисунок 1.2) относительно салазок 8 производится оптическим преобразователем. Линейка преобразователя закреплена на столе 4, а считывающая головка 6 - на салазках 8.

Салазки 8 образуют линейную интерполирующую координату У, а также играют роль несущего элемента для стола 4. Электропривод подачи салазок обеспечивает поперечное перемещение обрабатываемой детали и, в целом, аналогичен электроприводу подачи стола. На станине 1 закреплены опоры ходового винта ТПВП и серводвигатель 9. Гайка ШВП установлена на салазках 8.

Перемещение последнего происходит по направляющим станины 11, полностью аналогичным по конструкции с направляющими салазок 7 (рисунок 1.2).

Таблица 1.2 - технические характеристики станка модели 2440СФ4

№п/ п Наименование параметра Значение

1 Размеры рабочей поверхности стола, мм ширина 400 Ы4

длина 800 Ь14

2 Наибольший ход стола, мм поперечный 400

продольный 630

3 Наибольший ход шпиндельной бабки, мм 500

4 Вылет шпинделя (расстояние от стойки до оси вертикального шпинделя), мм 450

5 Частота вращения шпинделя (регулирование бесступенчатое), об/мин 6,3...8000 ±10%

6 Рабочие подачи стола, салазок и шпиндельной бабки, мм/мин 1... 12000 ±10%

7 Скорость быстрых перемещений стола, салазок и шпиндельной бабки, мм/мин 12000

8 Наибольший диаметр обработки, мм сверление по стали 30

растачивание 130

9 Наибольшая масса обрабатываемой де1али, ю Л Г\ Г\ чии

10 Наибольшее осевое усилие на шпинделе, Н 4000

11 Наибольшее усилие подачи по координатам, Н Х,У 2500

Ъ 4000

12 Наибольшая нагрузка на стол с учётом сил резания, Н 8000

13 Наибольший крутящий момент на шпинделе, Нм 90

14 Мощность электропривода главного движения, кВт 11

15 Класс точности станка по ГОСТ8-82 С

Ъ Ж 1±

Рисунок 1.2. Общий вид станка 2440СФ4

Отсчёт перемещений салазок 8 (рисунок 1.2) производится относительно станины 1. Линейка оптического преобразователя закрепляется на салазках 8, считывающая головка 10 на станине 1.

Стойка 12 представляет собой коробчатую отливку с вертикальными V-образной и плоской направляющими скольжения 17 (рисунок 1.2) для перемещения шпиндельной бабки 13. Шпиндельная бабка 13 реализует линейную интерполирующую координату 1 и обеспечивает перемещение рабочего инструмента в вертикальном направлении. В указанную координату входят следующие узлы: собственно электропривод подачи шпиндельной бабки, шпиндельное устройство 14 с механизмом зажима инструмента и электропривод главного движения.

В верхней части стойки 12 установлен серводвигатель 15 электропривода подачи шпиндельной бабки, соединенный безлюфтовой муфтой с ходовым винтом ТТТВП. Опоры ходового винта ШВП закреплены на стойке 12, а гайка Т11ВП установлена на шпиндельной бабке 13.

Противовес 19, перемещающийся внутри стойки 12, осуществляет разгрузку по массе шпиндельной бабки 13. Измерение перемещения шпиндельной бабки 13, относительно стойки 12, осуществляется с помощью оптического преобразователя. Линейка оптического преобразователя закреплена на стойке 12, считывающая головка 16 устанавливается непосредственно на шпиндельной бабке 13.

Наиболее полное представление о механической структуре электроприводов подач стола, салазок, шпиндельной бабки, а также электропривода главного движения несёт кинематическая схема станка, показанная на рисунок 1.3. Наименования основных кинематических звеньев указаны в таблице 1.3 [53]:

Таблица 1.3 - Наименования основных кинематических звеньев приводов подачи станка модели 2440СФ4

№п/п Поз. (рисунок 1.4) Деталь Куда входит Примечание

1 1 Серводвигатель

2 2 Безлюфтовая муфта

3 3 Гайка ШВП Электропривод

л Ч л ч Ходовой винт подачи стола /вг=Ю

5 5 Опора ходового винта

6 6 Опора ходового винта

7 1 Серводвигатель

8 8 Безлюфтовая муфта

9 9 Гайка ШВП Электропривод

10 10 Ходовой винт подачи салазок /вг=Ю

11 11 Опора ходового винта

12 12 Опора ходового винта

13 13 Серводвигатель

14 14 Безлюфтовая муфта

15 15 Гайка ШВП Электропривод

16 16 Ходовой винт подачи /вг=Ю

17 17 Опора ходового винта шпиндельной

18 18 Опора ходового винта бабки

19 19 Серводвигатель

20 20 Ременная передача Электропривод 1:1

21 21 Сильфонная муфта главного

22 22 Вал шпиндельного узла движения

23 23 Шпиндельный узел

Рисунок 1.3. Кинематическая схема станка 2440СФ4

Электропривод главного движения 20 обеспечивает вращение с заданной скоростью и направлением, а также ориентацию рабочего инструмента, зажатого в шпиндельном устройстве 14.

Для организации диалогового общения между УЧПУ станка и оператором (ввод, редактирование и запуск технологических программ в автоматическом режиме; ручное управление; сервисные операции) имеется пульт управления 21 (рисунок 1.2) и ручной минипульт управления (РПУ) 22.

Система автоматического управления станком выполнена на базе УЧПУ Маяк-600, комплекта сервоусилителей MELSERVO MR-E (Mitsubishi), синхронных серводвигателей с постоянными магнитами (электроприводы подач) и асинхронного серводвигателя привода главного движения производимых фирмой Mitsubishi. Все применённые серводвигатели имеют встроенные

энкодеры для реализации контура стабилизации скорости. В качестве датчиков обратной связи по положению линейных интерполирующих координат используются измерительные путевые оптические преобразователи линейных перемещений с дискретностью 0,5 мкм типа ЛИР-7, СКБ ИС, г. Санкт-Петербург [33].

1.2. Анализ возмущений, приложенных к подвижным органам станка

Станки с УЧПУ работают в интенсивных режимах при широком диапазоне изменения подач. Величины перемещений детали относительно инструмента задаются в программе детерминировано, и измерение детали обычно производится лишь по окончании обработки. В этих условиях для повышения точности и чистоты обработки первостепенное значение приобретает повышение статической и динамической жесткости, уменьшение износа и температурных деформаций механизмов станка. Станок с УЧПУ образует единый комплекс, показатели которого в равной степени зависят от качества средств управления и конструкции станка.

Можно выделить несколько групп факторов, оказывающих влияние на точность системы станок - приспособление - инструмент - деталь (СПИД). Рассмотрим их подробнее:

Первой группой факторов являются начальные точности станка. Они вызваны геометрической неидеальностью изготовления узлов станка. Можно установить следующие признаки: 1) точность формы, т.е. степень соответствия отдельных участков (поверхностей) детали тем геометрическим телам, с которыми они отождествляются; 2) точность размеров деталей; 3) точность взаимного расположения участков поверхностей; 4) степень шероховатости поверхности [42].

Ко второй группе можно отнести погрешности, вносимые инструментом. Инструмент имеет начальные геометрические неточности, которые необходимо учитывать в процессе обработки детали. Поскольку лезвийная обработка

предполагает механический контакт инструмента с деталью, происходит размерный износ и затупление инструмента, которые также необходимо учитывать в процессе обработки.

В следующую группу можно объединить возмущения, связанные с процессом обработки деталей. Под влиянием силы резания узлы станка деформируются, изменяют свою геометрическую форму и свое относительное положение [42].

Четвертой группой являются погрешности станков, связанные со временем и условиями их длительной эксплуатации. Со временем под действием сил тяжести, под весом обрабатываемых деталей, под действием сил резания, ударами и другими внешними воздействиями происходит медленный процесс деформации конструкции (станины, стола, направляющих и т.д. (рисунок 1.4)), коробление от остаточных напряжений. Также со временем происходит износ узлов станка (износ подшипников и направляющих могут стать причиной возникновения вибраций или заклинивания механизмов).

Рисунок 1.4. Деформация несущих элементов станка

Пятой группой можно выделить ошибки, вносимые электроприводами (статические и динамические). Поскольку электропривод приводит в движение кинематические цепи станка, от его точности и быстродействия напрямую зависит и точность станка. Неточность линейных и угловых датчиков положения,

а также неправильная настройка контуров следящей системы может вызвать ошибку позиционирования подвижных органов. Наличие скоростной ошибки электроприводов во время осуществления сложного совместного движения (различные виды интерполяций) во время обработки детали, является причиной неточного воспроизведения заданной траектории движения, вызывающие брак (зарезы или недорезы детали).

Люфт - зазор в механическом соединении элементов станка. Причинами его возникновения является геометрическая неточность при изготовлении узлов станка (шестерни), неидеальность сборки, износ подвижных элементов или же техническая необходимость в них (в червячных редукторах люфт вносится для избежания заклинивания механизма в результате температурного расширения червяка). Однако, наличие люфта в кинематической цепи следящего электропривода приводит к снижению его статических и динамических показателей качества, а также при достижении определенной величины, люфт становится причиной неустойчивости системы (возникновение автоколебаний). В работе решается вопрос повышения точности воспроизведения заданной траектории движения системой автоматического управления привода подачи координатно-расточного станка за счет компенсации люфта в его кинематической цепи.

1.3. Анализ технических решений, повышающих показатели точности координатно-расточных станков

Прослеживая эволюцию конструкций станков, можно увидеть ряд технических решений по преодолению проблем, снижающих точностные характеристики станка и его производительность. Одним из ярчайших примеров развития конструкций станка является переход от изготовления массивных литых чугунных корпусов к стальным сварным конструкциям и заполнение их полостей различными наполнителями. [43]

Конечные звенья кинематической цепи привода подач непосредственно влияют на точность обрабатываемой детали, поэтому конструкции этих узлов уделено особое внимание. Они должны иметь высокую жесткость и износостойкость, сочетаемую с малой силой трения. Комплекс этих требований привел к поиску новых конструкций направляющих и ходовых винтов. Применение в ответственных узлах гидростатических направляющих и направляющих качения позволило практически исключить скачкообразность движения при малых подачах. Применение шариковых винтовых передач обеспечивает повышение КПД в этом звене до 90% против 25-40% при направляющих скольжения. Одновременно существенно уменьшаются зазоры [40,42].

Для получения высокой точности обработки необходимо обеспечить равномерный температурный режим в узлах станка. Одним из средств снижения погрешности от тепловых деформаций является установление стационарного теплового режима предварительным разогревом станка и гидросистемы [22]. В высокоточных станках частичная компенсация температурных деформаций может быть выполнена введением корректирующего сигнала в систему привода подачи.

Особое место занимает совершенствование систем электропривода не только как направление развития электротехники и электроники, но и развитие станкостроения. Электропривод все в большей степени контролирует и ограничивает нагрузки в элементах конструкции станка, что позволяет предотвратить его аварию, контролировать поломку инструмента, уровень силового воздействия в зажимных устройствах и т.д. Совершенствование систем автоматизированного электропривода связано с непрерывным увеличением объема перерабатываемой информации [32].

Повышение быстродействия и точности электропривода приводит к тому, что все большее число сложных движений деталей и инструмента осуществляется только с его помощью.

На основе вышеизложенных фактов была составлена схема формирования погрешности в станке (рисунок 1.5). На схеме продемонстрировано влияние возмущающих воздействий на основные элементы станка (внесение погрешности в сигнал задания по осям координат), указано влияние люфта на процесс формирования ошибки станка, а также технические решения по снижению их влияния.

Методы компенсации люфтов, содержащихся в кинематической цепи координатно-расточных станков. Проблема возникновения люфтов, а также их влияние на точность позиционирования подвижных органов станка известна давно. Однако до сих пор не существует общепринятого надежного способа исключения люфта в механических соединениях. К настоящему времени изобретено множество способов для снижения влияния люфта на точность позиционирования подвижных органов станка (от механических способов до изменения алгоритмов управления позиционными системами, содержащими люфт), однако полностью устранить его влияние невозможно.

Рассмотрим причины возникновения люфтов в механических соединениях, оценим их влияние на точность позиционных систем, а также продемонстрируем наиболее распространенные на практике способы борьбы с ними. Как было отмечено ранее, люфт является дефектом при производстве (геометрическая неточность при изготовлении узлов станка) или монтаже механического соединения, также он возникает при потере деталями, находящимися в механическом соединении, своих геометрических размеров в результате износа. Однако в некоторых случаях (например, в червячных редукторах) люфт технически необходим для осуществления термокомпенсации.

При смене направления движения подвижного органа станка, ввиду наличия воздушного зазора в механическом зацеплении, происходит расцепление зубьев шестерен, система становится разомкнутой и перестает воспроизводить сигнал задания до того момента, пока зубья вновь не войдут в зацепление, то есть пока люфт не будет выбран. При этом неточность воспроизведения входного

В некоторых случаях, при достаточной величине люфта, его наличие может стать причиной возникновения автоколебаний позиционной системы (САУ становится неустойчивой). Методика компенсации люфтов может осуществляться как механическими (выборка люфта за счет создания натяга в механическом соединении), так и программно-аппаратными функциями (осуществление выборки люфта за счет формирования управляющего сигнала САУ и, тем самым, осуществление форсированного реверса двигателя для скорейшего введения в зацепление зубьев механической передачи), а также их комбинацией.

Механическая компенсация люфтов. Суть механического способа компенсации люфтов заключается в создании натяга в механическом соединении узлов станка. Наиболее часто встречаемый механический способ компенсации люфта заключается в его выборке пружиной. В приводах подачи часто используют двойные подпружиненные шестерни, в которых люфт выбирается натягом, создаваемым пружиной между этими шестернями. Данный способ распространен при необходимости компенсации люфта в цилиндрических и конических редукторах. Примером исполнения данного способа служит редуктор (рисунок 1.6. а) промышленного робота ТУР-10К (СССР). Шестерни 1 и 2 входят в механическое соединение с шестерней 3. Для устранения люфта шестерни 1 и 2 разжимаются пружиной 4 (рисунок 1.6. б), то есть пружиной создается вращательный момент, проворачивающий шестерню 2 относительно 1 -ой, за счет которого и выбирается люфт. Для выборки люфта в передаче винт-гайка частое применение получил способ, связанный с разжатием двух гаек пружиной (рисунок 1.7).

Наиболее удачным и часто применяемым на практике способом механической компенсации люфта является его выборка с помощью шариков (шлицевой вал, шарико-винтовая пара). Шарико-винтовая передача (рисунок 1.8) состоит из прецизионного накатного или шлифованного винта, гайки с механизмом циркуляции элементов качения и шариков. Шариками заполняется специальный сепаратор, за счет чего в соединении винт-гайка создается преднатяг, выбирающий люфт.

Основным принципом механической компенсации люфта является изготовление геометрически точных элементов узлов станка, что ограничено точностью изготавливающего механизма. В условиях постоянного увеличения требований к точности изготовления появилась необходимость в создании принципиально новых способов компенсации путем использования вычислительных мощностей цифровых систем автоматического управления.

а) б)

Рисунок 1.6. Выборка люфта за счет разжатия пружиной шестерен 1 и 2:

а) редуктор промышленного робота ТУР-1ОК (СССР) б) устройство шестерни для выборки люфта в механическом соединении

Рисунок 1.7. Выборка люфта за счет подпружинивания механизма винт-гайка

Рисунок 1.8. Устройство шарико-винтовой пары

Повышение точности системы за счет использования прямого привода.

Кардинальным решением в вопросе борьбы с наличием люфта в кинематических цепях является принципиальный отказ от использования передаточных механизмов, в которых могут возникнуть люфты. В таком случае точность системы будет зависеть только от точности датчика положения и быстродействия электропривода. Предпосылкой к данному техническому решению стала разработка новых высокомоментных тихоходных электродвигателей, появление линейных электродвигателей и развитие микропроцессорной электроники, ставшей основой для быстродействующих электроприводов. Ярким примером могут служить станочные поворотные столы, в которых для получения высоких точностей (1 сек) произошел принципиальный отказ от червячных редукторов (в червячных редукторах технически необходимо создавать люфт для термокомпенсации, чтобы избежать заклинивания редуктора) в пользу мехатронных модулей (планшайба стола устанавливается напрямую на вал электродвигателя).

Основные достоинства и недостатки методов компенсации люфта.

Представленные способы успешно используются на практике в промышленности, однако они имеют ограничения в применении, а также свои достоинства и

недостатки. Так, например, механический способ, как уже было отмечено ранее, наиболее эффективен с точки зрения получаемой точности системы. Однако данные способы сложны в реализации (сложность конструкции и высокие требования к точности изготовления). Системы выборки люфта подпружиниванием обладают низкой жесткостью, что ограничивает их эффективность. Также механические способы принципиально нельзя использовать в системах, где люфт технически необходим (например, червячные редукторы).

Широкому распространению применения мехатронных модулей, а также линейных электроприводов мешает их значительно более высокая стоимость по сравнению с традиционным решением, заключающимся в использовании электродвигателя с меньшим моментом совместно с редуктором. Также практика использования мехатронных модулей показала, что их необходимо дополнительно оснащать системой охлаждения, что также увеличивает стоимость системы в целом и усложняет её обслуживание.

В данной работе ставится задача по исследованию возможности повышения точности следящей системы за счет компенсации нелинейности типа «люфт», содержащейся в кинематической цепи. Для достижения высоких статических и динамических точностных характеристик системы, необходимо разработать систему автоматического управления компенсацией нелинейности типа «люфт».

1.4. Постановка задачи исследования

Важнейшей характеристикой координатно-расточного станка является точность позиционирования инструмента относительно обрабатываемой детали в рабочем пространстве станка. В работе решается вопрос повышения точности воспроизведения заданной траектории движения системой автоматического управления привода подачи координатно-расточного станка за счет компенсации люфта в его кинематической цепи.

Для достижения цели, поставленной в работе, необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать помехи, снижающие точность позиционирования подвижных органов координатно-расточного станка, выявить влияние люфта в кинематической цепи на точность воспроизведения заданной траектории движения, а также провести анализ технических решений, повышающих точность таких систем;

2. Синтезировать эквивалентное линейное звено, аппроксимирующее нелинейность типа «люфт», оценить точность аппроксимированной модели;

3. Разработать компьютерную модель электропривода координатно-расточного станка при замене нелинейности типа «люфт» его аппроксимированной моделью;

4. Синтезировать структуру и параметры корректирующего звена, компенсирующего люфт, а также методику его включения в структуру САУ привода подачи координатно-расточного станка, содержащего люфт в кинематической цепи;

5. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработать опытно-промышленную САУ электроприводами многооперационного КРС.

Анализ технических решений, применение которых позволяет компенсировать люфт в кинематической цепи, показал, что условно их можно разделить на три группы (механические, коррекция алгоритмов управления, использование прямого привода). Перспективным решением исследуемой проблемы является изменение алгоритмов управления электропривода, содержащего люфт в кинематической цепи. В связи с этим, дальнейшие исследования будут проводиться в данном направлении, расширяя и углубляя знания в исследуемой области.

В качестве примера практической реализации задачи, поставленной в диссертационной работе, рассмотрен координатно-расточной станок модели 2440СФ4, выпускаемый ЗАО «СТАН-Самара».

2. Анализ структур систем электроприводов, содержащих нелинейность типа «люфт»

В режиме выполнения технологического процесса обработки детали (фрезерование, сверление, шлифование и т.д.) перемещение инструмента относительно детали осуществляется электроприводами подач подвижных органов станка. В общем случае каждый из электроприводов отвечает за перемещение по одной из осей координат, поэтому для осуществления сложных траекторий движения (интерполяций) используется синхронное перемещение подвижного органа несколькими приводами подачи по заданному закону управления [28].

Электроприводы подачи координатно-расточных станков, в большинстве случаев, построены по принципу систем подчиненного регулирования (СПР) и включают в себя контур стабилизации тока, контур стабилизации скорости вращения исполнительного электродвигателя, контур регулирования положения управляемого подвижного органа (рисунок 4.1).

sb>(p).

^/р. -

Wpn(pJ

I./

vVp[l[J/

I./ /-1

WpjijJ!

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Саранцев, Станислав Сергеевич

Выводы по главе

1. Представлена блок-схема алгоритма управления процессом автоматического измерения величины зоны нечувствительности нелинейности типа «люфт». Проведенная апробация представленного алгоритма измерения на электроприводе экспериментального стенда доказала возможность его реализации для практического применения. Введение в функции измерения величины люфта в кинематической цепи электропривода позволяет не только определять его текущее значение, но также отслеживать его изменение и рационализировать сроки проведения планово-предупредительных ремонтов оборудования.

2. На основе практических и экспериметнальных исследований разработан алгоритм управления процессом коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, блок-схема которого представлена. Практическая проверка представленного алгоритма, произведенная на экспериментальном стенде, показала, что с введением коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, максимальное значение ошибки воспроизведения сигнала задания снизилось в 6,4 раза, что подтверждает положение теоретических исследований.

3. Экспериментальные исследования, проведенные на стенде-станке модели 2440СФ4, показали, что при введении коррекции нелинейности типа «люфт», методика расчета которой представлена в работе, в момент расцепления кинематических цепей электроприводов подачи стола и салазок, работающих в режиме круговой интерполяции, точность воспроизведения радиуса заданной окружности повышается в 2,3 раза (ддтах = о,0042 мм - без введения корректирующего сигнала, ллтах = о,оо 18 мм - при введении коррекции) за счет повышения точности синхронного перемещения исполнительных органов станка (значения ошибок положения линейных координат X и У: мХтах =0,0095 мм,

Л5>тах =0,0096 мм - без введения корректирующего сигнала,

Дихтах =0,0025 мм, Д5Ктах =0,0024 мм - с его введением). Применение представленного в работе алгоритма компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода позволяет не только повысить точность воспроизведения заданной траектории движения, но и избежать снижения скорости обработки деталей. Анализ времени получистовой и чистовой обработки деталей на координатно-расточном станке модели 2440СФ4 показал на увеличение производительности станка в среднем на 7,5%. Таким образом, результаты экспериментов подтверждают эффективность представленной в работе методики коррекции нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи электропривода.

Заключение

Основные научные и практические результаты, достигнутые в работе, заключаются в следующем:

1. Разработан алгоритм вычисления параметров и формирования структуры корректирующего звена, компенсирующего нелинейность типа «люфт» в кинематической цепи электропривода, позволяющий избежать операции дифференцирования при формировании сигнала коррекции;

2. Разработан алгоритм управления процессом автоматического измерения величины люфта в кинематической цепи электроприводов координатно-расточного станка, для реализации которого введена дополнительная информационная связь по положению ротора исполнительного электродвигателя. Внедрение представленного алгоритма позволяет отслеживать величину люфта в кинематической цепи во время эксплуатации станка;

3. Разработана методика расчета параметров линейного звена, аппроксимирующего нелинейность типа «люфт», с использованием эквивалентного гармонического сигнала задания, параметры которого рассчитываются на основе прогнозирования момента расцепления кинематической цепи. Применение данного подхода позволяет расширить границы использования теоретических основ метода гармонической линеаризации;

4. Разработана методика включения сигнала коррекции нелинейности типа «люфт» в момент расцепления кинематической цепи электропривода, позволяющая обеспечить заявленную точность воспроизведения заданной траектории движения, а также повысить производительность станка в среднем на 7,5%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Саранцев, Станислав Сергеевич, 2013 год

Библиографический список

1. Анисимов, Д.Н. Методика проведения эксперимента при идентификации нелинейных динамических объектов/ Д.Н. Анисимов, Д.А. Мякинков// Мехатроника, автоматизация, управление, вып. 11, 2010. - С. 5 - 9.

2. Анисимов, Д.Н. Проблемы снижения погрешностей оценок параметров нелинейных динамических объектов при идентификации методом экспоненциальной модуляции/ Д.Н. Анисимов, Д.А. Мякинков // Мехатроника, автоматизация, управление, вып. 3, 2011. - С. 6 - 10.

3. Бессекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бессекерский, Е.П. Попов, 2004. - 747с.

4. Возвращательный момент // Вестник СНК «Стратегия и конкурентоспособность». - 2007. - №6[18]. - С. 38-40.

5. Данилевский, В.В. Технология машиностроения / В.В. Данилевский. -Изд. 4-е, перераб. и доп. Учебник для техникумов. М., «Высш. школа», 1977. -479 с.

6. Грибков, А.АРазвитие зарубежного и российского станкостроения/ А.А.Грибков, С.Н. Григорьев, Д.В. Захарченко/У Вестник МГТУ Станкин. - 2012. - Т1. - №1. С. 8-11.

7. Грибков, A.A. Техническое перевооружение машиностроения России/ A.A. Грибков, Д.В. Захарченко // Экономика и управление в машиностроении. -2012. - №2 С. 8-11.

8. Грибков, A.A. Среднесрочное и долгосрочное прогнозирование развития машиностроения России/ A.A. Грибков, Д.В. Захарченко // Экономика в промышленности. - 2012. - №1. С.30-36.

9. Григорьев, С.Н. Развитие отечественного станкостроения - фундамент модернизации машиностроительного производства // Автоматизация в промышленности. - 2012. - №5 - С. 4-7.

10. Григорьев, С.Н. Создание образовательных структур // Вестник МГТУ «Станкин» - 2010. - №1. - С. 5-7.

И.Григорьев, С.Н. Кадровое обеспечение российского машиностроения // Вестник МГТУ «Станкин» - 2009. - №1. - С. 5-6.

12. Григорьев, С.Н. Подготовка технологов для модернизации машиностроительного комплекса России/ С.Н. Григорьев, A.A. Кушин, А.Г. Схиртладзе// Справочник. Инженерный журнал с приложением. - 2011. - №5. С. 18-20.

13. Григорьев, С.Н. Тенденция развития мирового станкостроения/ С.Н. Григорьев, А.А.Грибков, Д.В. Захарченко// Вестник МГТУ «Станкин» - 2013. -№1. - С. 2-4.

14. Державин, О.М. Исследование неавтономной ангулярно возмущенной динамической модели нелинейной системы на основе уравнений первого приближения/ О.М. Державин, Е.Ю. Сидорова// Мехатроника, автоматизация, управление, вып. 2, 2010. - С. 22 - 27.

15. Дьяконов, В.П. MATLAB. Анализ, идентификация и моделирование систем. Специальный справочник / В.П. Дьяконов, В.В. Круглов. - СПб.: Питер, 2002.-448 с.

16. Дьяконов, В.П. Simulink 4. Специальный справочник / В.П. Дьяконов. -Спб.: Питер, 2002.

17. Дьяконов, В.П. MATL AB 6/6.1/6.5 + Simulink4/5. Основы применения. Полное руководство пользователя/ В.П. Дьяконов- М.:Солон-Пресс.-2002 - 768 с.

18. Дьяконов, В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. Серия «Библиотека профессионала» / В.П. Дьяконов. - М.: Солон-Пресс, 2005.

19. Естафиева, C.B. Моделирование следящего электропривода подачи современных станков с ЧПУ/ C.B. Естафиева, В.В. Молодцов // Мехатроника, автоматизация, управление, вып. 9, 2010. - С. 37 - 45.

20. Зусман, В.Г. Автоматизация позиционных электроприводов / В.Г. Зусман, А.М. Мейстель, Ю.И. Херсонский. - М., «Энергия», 1970. - 119 с.

21. Кравцов, П.Г. Идентификация и синтез системы автоматического корректирования положения подвижных узлов прецизионных станков: Автореф. дис. канд. техн. наук. Челябинск: ЧПИ, 1981.

22. Кудинов, В.А. Динамика станков / В.А. Кудинов. - М.: Машиностроение, 1967.-359 с.

23. Леонов, Г.А. Электромеханические и математические модели синхронных электрических машин/ Г.А. Леонов, Н.В. Кондратьев// Мехатроника, автоматизация, управление, вып. 6, 2009. - С. 64 - 69.

24. Лысов, М.С. Дискретная математическая модель цифровой системы управления поворотным столом // Вестник Самарского государственного технического университета. Серия: Технические науки, вып. 1(23), 2009. - С. 160 - 166.

25. Лысов, В.Е. Теория автоматического управления: учеб. пособ. / В.Е. Лысов. - Москва: Машиностроение, 2010. - 500 с.

26. Лысов, М.С. Математическая модель поворотного стола как объекта управления/ М.С.Лысов, A.B. Стариков// СТИН, вып. 4, 2009. - С. 7 - 10.

27. Математическая модель позиционно-следящего электропривода с линеаризованной нелинейностью в кинематической цепи / В.Е. Лысов, С.С. Саранцев // Компьютерная интеграция и ИПИ-технологии. Сборник материалов V Всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ИП Осиночкин Я.В., 2011. - 639 с.

28. Методические указания к расчету и проектированию систем подчинённого регулирования электроприводов постоянного тока по курсу "Системы управления электроприводами" для студентов специальности 0628. / Сост. Рапопорт Э.Я. - Куйбышев: КПтИ, 1985. -29с.

29. Методы гармонической линеаризации в проектировании нелинейных систем автоматического управления / под ред. Ю.И. Топчеева. - М.: Машиностроение, 1970. - 567 с.

30. Паспорт на преобразователи линейных перемещений СКБ ИС. - СПб., 2009.

31. Методы классической и современной теории автоматического управления: Учебник в 5-и тт.; 2-е изд. перераб. и доп. Т.2: Статистическая динамика и идентификация систем автоматического управления / Под ред. К.А. Пупкова, Н.Д. Егупова. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 640 е., ил.

32. Михайлов, О.П. Современный электропривод станков с ЧПУ и промышленных роботов / О.П. Михайлов, Р.Т. Орлова, A.B. Пальцев. - М.: Высш. Шк., 1989.- 111 с.

33. Паспорт на датчики линейных перемещений СКБ ИС. - СПб., 2009.

34. Паспорт на датчики линейных перемещений для станков с ЧПУ HIEDENHAIN. - Траунройт (Германия), 2008.

35. Паспорт на датчики угла HIEDENHAIN. - Траунройт (Германия)., 2008.

36. Петров, Б.Н. Современные методы проектирования систем автоматического управления / Б.Н. Петров, В.В. Солодовников, Ю.И. Топчеев. -М.: Машиностроение, 1967. - 703 с.

37. Повышение динамической точности воспроизведения заданной траектории движения синхронно-следящей системы / В.Е. Лысов, С.С. Саранцев // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Шестнадцатая Междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3 т. Т.2.М.: Издательский дом МЭИ, 2010,- С. 147-148.

38. Повышение динамической точности позиционно-следящего электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи / В.Е. Лысов, С.С. Саранцев // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1(29) - 2011. - С. 179-184.

39. Программа стратегического развития федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»» на 2012 - 2016 годы

40. Равва, Ж.С. Новое в повышении точности станков. Адаптация систем со смешанным трением / Ж.С. Равва. - Куйбышевское книжное издательство, 1974. -335 с.

41. Ратмиров, В.А. Основы программного управления / A.B. Ратмиров. - М.: Машиностроение, 1978. - 240 с.

42. Решетов, Д.Н. Точность металлорежущих станков / Д.Н. Решетов, В.Г. Портман. - М.: Машиностроение, 1986. - 336.

43. Решетов, Д.Н. Детали и механизмы металлорежущих станков / Д.Н. Решетов. - Т.1. - М.: Машиностроение, 1972. - 664 с.

44. Саранцев, С.С. Исследование влияния люфта в электромеханической следящей системе на динамические показатели качества / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов, Я.И. Пешев, М.В. Хоренко // Самара: РИО Самарск. гос. тех. ун-та, 2009. -16 с.

45. Саранцев, С.С. Экспериментальное исследование инвариантной следящей системы / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов, Я.И. Пешев, М.В. Хоренко // Самара: РИО Самарск. гос. тех. ун-та, 2009. - 12 с.

46. Сергеев, А.Г. Метрология, стандартизация, сертификация / Сергеев А.Г., Латышев М.В., Терегеря В.В.:Учеб. Пособие. - Изд. 2-е, перераб. И доп. - М.: Логос, 2004. - 560 с.

47. Синтез корректирующего звена следящего электропривода подачи координатно-расточного станка для компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи / В.Е. Лысов, С.С. Саранцев // Вестник Самар. гос техн. унта. Сер. «Технические науки» № 1(33) - 2012. - С. 148-156.

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

49. Способ автоматического управления в системе с люфтом и следящая система для его осуществления [Текст]: пат. 2114455 Рос. Федерация: МПК6 G05B11/01, G05B5/01 // Б.В.Сухинин, Ю.Г.Нечепуренко, В.И.Ловчаков, В.В.Сурков. ; заявитель и патентообладатель Тульский государственный

университет, Открытое акционерное общество "Центральное конструкторское бюро аппаратостроения". - № 97102401/09; заявл. 18.02.1997; опубл. 28.06.1998

50. Способ автоматического управления в системе с люфтом и следящая система для его осуществления [Текст]: пат. 2143719 Рос. Федерация: МПК6 G05B11/01, G05B5/01 // Сухинин Б.В., Сурков В.В., Ловчаков В.И., Краснов К.В.; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. - № 99104989/09; заявл. 10.03.1999; опубл. 27.12.1999

51. Способ автоматического управления в системе с люфтом и следящая система для его осуществления [Текст]: пат. 2154295 Рос. Федерация: МПК6 G05B11/01, G05B5/01 // Сухинин Б.В., Сурков В.В., Ловчаков В.И; заявитель и патентообладатель Тульский государственный университет. - №99105409/09; заявл. 18.03.1999; опубл. 10.08.2000

52. Способ автоматического управления и следящая система для его осуществления [Текст]: пат. 2296355 Рос. Федерация: МПК6 G05B11/01, G05B5/01 // Соловьев В.А., Зайченко И.В., Гудим А.С., Горячев В. Ф.; заявитель и патентообладатель Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ"). - № 2004137067/09; . заявл. 17.12.2004; опубл. 27.05.2006

53. Технический паспорт на станок модели 2440СФ4. - Самара: ЗАО «Стан-Самара», 2006.

54. Application of iterative feedback tuning (IFT) to speed and position control of a servo drive / S. Kissling, Ph. Blanc, P. Myszkorowski, I. Vaclavik // Control Engineering Practice 17 (2009) p. 834-840.

55. Control of mechanical systems with Stribeck friction and backlash / Lorinc Marton, Bela Lantos // Systems & Control Letters 58 (2009) c.141-147.

56. Controlling mechanical systems with backlash—a survey / Mattias Nordin, Per-Olof Gutman // Automatica 38 (2002) p. 1633 - 1649.

Mechatronics and control of a long-range nanometer positioning servomechanism / Shiuh-Jer Huang, Su-Shan Wang // Mechatronics 19 (2009) p. 14-28

57. Melservo. - Руководство по эксплуатации сервоусилители MR-E-A/AG-QW003, Ф. Mitsubishi Electric Industrial Automation, издание 04.2010.

58. Technical manual TNC 320. DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH, 83301 Traunreut, Germany. - October 2010.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах: Из перечня ВАК РФ:

1. Саранцев, С.С. Повышение динамической точности позиционно-следящего электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1 (29) - 2011. - С. 179-184.

2. Саранцев, С.С. Синтез корректирующего звена следящего электропривода подачи координатно-расточного станка для компенсации нелинейности типа «люфт» в кинематической цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1(33) - 2012. - С. 148-156.

3. Саранцев, С.С. Экспериментальное определение величины зоны нечувствительности люфта в кинематической цепи привода подачи координатно-расточного станка/ С.С. Саранцев, Я.И. Пешев // Вестник Самар. гос техн. ун-та. Сер. «Технические науки» № 1(37) - 2013 - С. 219-222.

Другие работы:

1. Саранцев, С.С. Повышение динамической точности воспроизведения заданной траектории движения синхронно-следящей системы // РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА: Шестнадцатая Междунар.науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. докл. В 3 т. Т.2.М.: Издательский дом МЭИ, 2010.- С. 147-148.

2. Саранцев, С.С. Система автоматического управления мехатронным модулем прецизионного поворотного стола / С.С. Саранцев, М.В. Хоренко // Сборник научных трудов международной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии» (XVI Бенардосовские чтения) III Том. Электротехника. - Иваново, 2011. - С 246-247.

3. Саранцев, С.С. Математическая модель позиционно-следящего электропривода с линеаризованной нелинейностью в кинематической цепи / С.С. Саранцев, В.Е. Лысов // Компьютерная интеграция и ИПИ-технологии / Сборник

материалов V Всероссийской научно-практической конференции. - Оренбург: ИП Осиночкин Я.В., 2011. - 639 с.

1

4 - / V ЗАВОД КООРДИНАТНО-РАСТОЧНЫХ СТАНКОВ

7а. ул. XXII Партсьезда. 443022, г. Самара. Россия Тел.: [phone]. тел./факс: [phone] E-mail: stanCasamara. ru hw. stau -samara, ru

ЗАО «СТАН-САМАРА»

АКТ

внедрения результатов кандидатской диссертационной работы аспиранта Саранцева Станислава Сергеевича «Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью

типа «люфт» в кинематической цепи»

Настоящим подтверждается, что алгоритм управления электроприводом подачи с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи, разработанный Саранцевым С.С. в результате выполнения диссертационной работы на тему «Структурно-параметрический синтез электропривода с нелинейностью типа «люфт» в кинематической цепи», был принят к внедрению в системы управления электроприводами подами координатно-расточных станков (модели 2440СФ4, 2440СМФ4), выпускаемых ЗАО «Стан-Самара».

Научный руководитель Главный конструктор

д.т.н., профессор ЗАО «Стан-Самара»