Автоматизированный электропривод робота-манипулятора

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное образование

Высшего профессионального  образования

Ульяновский государственный  технический университет

 

 

Кафедра «Электропривод и АПУ и ТК»

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине АЭПТПМ и ТК

Автоматизированный электропривод  робота-манипулятора

 

 

 

 

Выполнила: студентка  группы Ад-52

Старостина Я.К.

Проверил: преподаватель

Карпухин К.Е.

 

 

 

 

Ульяновск

2012г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

№стр.

1. РАСЧЕТ МЕХАНИКИ  ЭЛЕКТРОПРИВОДА ----------------------------------- 1

1.1 Предварительный выбор  электродвигателя и расчет редуктора  ------- 1

1.2 Расчет статических моментов  сопротивления  ----------------------------- 2

1.3 Расчет режимов пуска и  торможения  ---------------------------------------- 3

1.4 Расчет точности остановки  ----------------------------------------------------- 7

1.5 Расчет динамических моментов  и построение 

нагрузочных диаграмм  ------------------------------------------------------------------ 8

1.6 Уточненный выбор  электродвигателя по методу эквивалентной мощности  --------------------------------------------------------------------------------- 12

 

2. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА  -------------- 13

2.1 Расчет параметров  силовой схемы  ------------------------------------------ 13

2.2 Расчет параметров  неизменяемой части  ----------------------------------- 15

2.3 Расчет регуляторов  по принципу подчиненного регулирования  ----- 16

2.4 Статические механические  характеристики электропривода  --------- 18

2.5 Расчет переходных процессов по управляющему и возмущающему воздействиям  ----------------------------------------------------------------------------- 19

2.6 Частотные характеристики  системы  ---------------------------------------- 21

 

3. АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ  ЭЛЕКТРОПРИВОДА  ------------------------- 23

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ  -------------------------------- 27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ МЕХАНИКИ  ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

1.1 Предварительный выбор двигателя и расчет редуктора

 

Номинальная мощность электродвигателя должна удовлетворять условию:

,

где – коэффициент запаса,

 – максимальное усилие, развиваемое при подъеме роботом-манипулятором максимального груза на максимальном ускорении.

 

По справочнику выбираем электродвигатель постоянного тока серии 2ПН90МУХЛ4 со следующими параметрами:

                         

                               

      

Номинальная угловая  частота вращения вала двигателя:

.

Передаточное число  редуктора: .

КПД редуктора: .

КПД приводного винта: .

КПД механизма при подъеме робота-манипулятора с грузом:

.

КПД механизма при  спуске робота-манипулятора с грузом:

.

КПД механизма при подъеме робота-манипулятора без груза:

.

КПД механизма при  спуске робота-манипулятора без груза:

.

 

 

 

 

 

 

1.2 Расчет статических моментов сопротивления

 

Момент сопротивления  при подъеме с максимальным грузом:

.

Момент сопротивления  при спуске с максимальным грузом:

.

 

Момент сопротивления  при подъеме без груза:

.

Момент сопротивления  при спуске без груза:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.3 Расчет режимов  пуска и торможения

 

Расчет режима  пуска до номинальной скорости

 

Принимаем максимальное значение рывка равным .

Участок 0 – 1. (движение с положительным постоянным рывком)

  – время интервала от до ;

  – ускорение в момент времени ;

  – скорость в момент времени ;

  – пройденный путь за интервал времени .

 

Участок 1 – 2. (движение с положительным постоянным ускорением)

;

;

;

.

 

Участок 2 – 3.  (движение с отрицательным постоянным рывком)

;

;

;

.

Время пуска до : .

Путь, пройденный за время пуска :

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет режима торможения до минимальной скорости

 

Участок 4 – 5. (движение с отрицательным постоянным рывком)

;

;

;

.

 

Участок 5 – 6.  (движение с отрицательным постоянным ускорением)

;

;

;

.

 

Участок 6 – 7.  (движение с положительным постоянным рывком)

;

;

;

.

Время торможения до : .

Путь, пройденный за время  торможения :

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет режима торможения до нулевой скорости

 

Участок 8 – 9.  (движение с отрицательным постоянным рывком)

;

;

;

.

 

Участок 9 – 10.  (движение с отрицательным постоянным ускорением)

;

;

;

.

 

Участок 10 – 11.  (движение с положительным постоянным рывком)

;

;

;

.

Время торможения до полного останова:

.

Путь, пройденный за время  торможения :

.

 

 

     Зная пути разгона ( ) и торможения ( и ), а также расстояние между ближайшими уровнями высоты ( ), можно определить пути при движении на номинальной скорости ( ) и на минимальной скорости ( ), т.е. необходимо рассмотреть еще два участка движения:

 

 

Участок 3 – 4. (движение с постоянной скоростью )

Считаем, что механизм подъема робота-манипулятора отрабатывает на номинальной скорости путь , тогда:

;

 

Участок 7 – 8.  (движение с постоянной скоростью ).

Путь, отрабатываемый механизмом подъема  на минимальной скорости:

.

Время интервала передвижения на минимальной скорости:

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.4 Расчет точности остановки

 

Момент инерции механизма  подъема, нагруженного максимальным грузом, приведенный к валу двигателя:

.

Момент инерции механизма  подъема, работающего без груза, приведенный к валу двигателя:

.

Суммарный момент инерции  при подъеме и опускании максимального груза:

.

Суммарный момент инерции  при подъеме и опускании без груза:

.

 

Точность остановки  во многом зависит от разброса суммарного момента инерции на валу двигателя при различной степени загруженности механизма подъема, и определяется из выражения:

.

Поскольку , то заданное условие точного останова не выполняется.

Для выполнения заданного требования на вал двигателя необходимо дополнительно навесить маховик с моментом инерции порядка , в таком случае точность остановки составит:

.

Таким образом, максимальный момент инерции, приведенный к валу двигателя при подъеме и опускании с максимальным грузом и дополнительным маховиком на валу, составит:

.

Минимальный момент инерции, приведенный к валу двигателя  при подъеме и опускании с  минимальным грузом и дополнительным маховиком на валу, составит:

.

 

 

 

 

 

 

1.5 Расчет динамических моментов и построение нагрузочных диаграмм

 

Динамические моменты  на валу двигателя, рассчитанные во всех точках нагрузочной диаграммы при подъеме с максимальным грузом:

,

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Динамические моменты  инерции во всех точках нагрузочной диаграммы при подъеме без груза:

,

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

;

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.6 Уточненный  выбор электродвигателя по методу  эквивалентной мощности

 

Построим зависимость мощности от времени, используя таблицу:

 

	0	0,54	8,05	8,6	8,6	8,05	2,7	2,1	2,1	1,6	0,5	0
	0,17	4,77	4,77	0,17	0,17	-4,43	-4,43	0,17	0,17	-4,43	-4,43	0,69
	0	2,56	38,4	1,46	1,46	-35,7	-12	0,357	0,357	-7,1	-2,2	0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.6.1  Мгновенная мощность на одном  цикле перемещения

 

Эквивалентная мощность:

 

.

 

Таким образом, уточненный выбор электродвигателя производим из условия:

.

По справочнику [1] выбираем электродвигатель постоянного тока серии 2ПН90МУХЛ4 со следующими параметрами:

                         

                               

      

2. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

 

2.1 Расчет параметров силовой схемы

 

Для питания тиристорного преобразователя используем трехфазный трансформатор со следующими техническими данными:

 

Тип
ТС-4	4	220/380	133	52	83	4,12