Устройство и принцип действия системы адаптивного управления - разработка адаптивной системы управления привода поперечной подачи

Проектируемая система адаптивного управления представляет собой комплексную систему автоматического регулирования, состоящую из двух подсистем, призванных компенсировать различные группы погрешностей. Система позволяет исключить копирование отклонений от прямолинейности направляющих станины на профиль изделия, а так же уменьшить погрешности формы в поперечном сечении. Применение системы эффективно как при обработке цилиндрических деталей, так и конических и сложно профильных тел вращения.

Предлагаемая система адаптивного управления предназначена для работы совместно с микропроцессорной системой числового программного управления типа СNC. При этом возможно два варианта исполнения:

    1) реализация системы адаптивного управления на базе дополнительной ЭВМ, связанной с системой ЧПУ через внешнюю шину обмена; 2) реализация системы адаптивного управления на базе ЭВМ входящей в состав системы ЧПУ.

Второй вариант возможен только в том случае, если ЭВМ, на базе которой построена система ЧПУ, имеет необходимый запас объема оперативной памяти и быстродействия. В большинстве известных систем ЧПУ указанный запас ресурсов отсутствует.

Как указывалось выше, система состоит из двух подсистем. Первая подсистема предназначена для компенсации отклонений от прямолинейности направляющих станины и представляет собой оптическую измерительную систему, вырабатывающую сигнал коррекции для привода поперечной подачи. Вторая подсистема предназначена для уменьшения отклонений профиля изделия в поперечном сечении, она представляет собой систему сравнивающую реальный объект (заготовку) с программной моделью идеального изделия и вырабатывающую соответствующий сигнал коррекции. Рассмотрим подробнее работу каждой подсистемы.

Система компенсации отклонений от прямолинейности направляющих станины представляет собой оптическую измерительную систему, формирующую сигнал коррекции для привода поперечной подачи. Действие системы основано на измерении реального положения каретки суппорта относительно идеальной измерительной базы, в качестве которой используется луч света, который совпадает с идеальной прямой.

Система состоит из трех основных узлов: источника света, датчика смещения каретки и вспомогательного датчика юстировки источника света. В качестве источника света используется маломощный гелиевый лазер типа ЛГ - 72. Этот прибор формирует пучок монохроматического излучения (красная область видимого спектра) с очень малым расхождением (не более 10'). Лазер размещен на станине у передней бабки между направляющими продольного перемещения под телескопической защитой направляющих. Устройство юстировки лазера позволяет автоматически производить поворот лазера в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также смещать лазер вручную по горизонтали и вертикали для обеспечения параллельности луча к оси центров. В устройство юстировки входит также дополнительный оптический датчик, устанавливаемый напротив лазера на противоположном конце станины. Так же как и лазер, датчик можно смещать вручную по вертикали и по горизонтали. Для нормальной работы измерительной системы необходимо обеспечить параллельность луча лазера к оси центров станка путем смещения лазера и дополнительного датчика. Дополнительный датчик представляет собой четыре фотоэлемента, расположенных в непосредственной близости друг от друга по направлениям осей координат (см. графическую часть "Схема системы адаптивного управления").

Система юстировки лазера представляет собой два следящих привода и работает следующим образом. В нормальном состоянии луч лазера попадает точно между четырьмя фотоэлементами. При этом освещенность всех фотоэлементов и соответственно их выходное напряжение одинаковы. Сигналы с противоположных фотоэлементов подаются на разноименные входы дифференциальных усилителей. При этом, если напряжения на входах дифференциального усилителя равны, его выходное напряжение равно нулю. В случае различия входных напряжений выходное напряжение пропорционально разности входных напряжений и имеет соответствующий знак, то есть описывается уравнением:

Uвых=(U1-U2)K; (3.2)

Где Uвых - выходное напряжение усилителя;

U1,U2 - входные напряжения усилителя;

K - коэффициент усиления.

Таким образом, дифференциальные усилители выполняют функцию сравнивающих устройств. Выходные напряжения усилителей поступают на приводы малых перемещений механизма юстировки лазера. В результате при отклонении луча лазера от параллельности к оси центров вследствие температурных деформаций или других возмущающих факторов пятно луча на дополнительном датчике смещается, изменяя освещенность фотоэлементов, что приводит к включению соответствующего двигателя механизма юстировки, который поворачивает лазер до тех пор, пока освещенность всех фотоэлементов не станет одинаковой. В качестве двигателей малых перемещений используются магнитоэлектрические системы с углом поворота рамки до 120...150°. Рамки систем связаны с передачей с большим передаточным отношением, которая выполнена в виде двух скручивающихся тросиков.

Датчик смещения каретки также выполнен в виде следящего привода. Датчик состоит из оптической системы, включающей светофильтр, полупрозрачное зеркало и каретку с двумя фотоэлементами, механической, представляющей собой двигатель постоянного тока и приборную передачу винт-гайка, перемещающей каретку с фотоэлементами, и отсчетной, состоящей из оптического инкрементального датчика с соответствующим контроллером. Этот датчик установлен на одном валу с двигателем следящего привода.

Датчик смещения каретки работает следующим образом. Сигналы с фотоэлементов, как и в системе юстировки лазера, подаются на разноименные входы дифференциального усилителя, а напряжение усилителя приводит в действие двигатель постоянного тока, который смещает каретку с фотоэлементами. Таким образом, каретка с фотоэлементами "следит" за положением луча лазера. Инкрементальный датчик отсчитывает непосредственно чисто дискрет, на которое сместились фотоэлементы, а поскольку привод каретки с фотоэлементами закреплен на каретке суппорта, то это число дискрет буде соответствовать смещению каретки суппорта от некоторого исходного положения, которое задается при инициализации системы и определяется положением конечных выключателей. Отсчитанное число дискрет преобразуется контроллером датчика в параллельный двоичный код и используется в системе ЧПУ в качестве сигнала коррекции поперечной координаты.

Система для уменьшения погрешностей формы в поперечном сечении представляет собой более сложную измерительную систему, включающую бесконтактный датчик расстояния с контроллером и ЭВМ. Работа этой системы основана на том, что бесконтактный датчик, связанный с базой режущего инструмента, способен с высокой точностью измерять толщину срезаемого слоя. Алгоритм работы системы следующий. Перед обработкой в память ЭВМ загружается математическая модель готового изделия. Это табличная модель, содержащая координаты точек поверхности изделия в цилиндрической системе координат. После подготовки этой информации производится проход детали без резания на ускоренном ходу, но с тем же значением подачи на оборот, которое должно быть при резании. При этом с помощью датчика в памяти машины создается вторая модель, соответствующая реальной поверхности заготовки.

При совмещении полученных моделей производится расчет третьей модели, представляющей собой толщину срезаемого слоя для каждой точки поверхности изделия. После получения этой модели производится обработка резанием, при этом датчик расстояний выступает в качестве датчика обратной связи и обеспечивает возможность поддержания равенства реальной толщины срезаемого слоя с расчетным значением для текущей точки.

Похожие статьи




Устройство и принцип действия системы адаптивного управления - разработка адаптивной системы управления привода поперечной подачи

Предыдущая | Следующая