Разработка автоматического управления пламенного резака

Размещено на http://allbest.ru

Введение

автоматический управление резак плазменный

Объект исследования: автоматическая система управления.

Предмет исследования: плазменный резак.

Цели и задачи курсового проекта:

1.Получить передаточную функцию замкнутой системы, сделать характеристическое уравнение.

2. Получить условия для границы устойчивости, построить график переходного процесса.

3. На основании заданных качественных показателей выбрать оптимальные настройки регулятора.

4. Получить динамическую ошибку, стремящуюся к 0,1.

5. Построить фазовый портрет переходного процесса системы, определить поведение системы при случайном взаимодействии.

1.Система автоматического управления высотой резака

Система автоматического управления высотой резака предназначена для управления приводом лифта в процессе плазменной и газокислородной резки металлов. Устройство рекомендовано для использования на машинах термической резки листового металла оборудованных системой программного управления (ЧПУ). Система построена на базе промышленного программируемого логического контроллера MITSUBISHI серии FX3U, сервопривода серии MR-J3 и сенсорной панели GOT1000, что обеспечивает высокую надежность и помехозащищенность.

Устройство обеспечивает работу машины в автоматическом и ручном режиме с использованием одного или двух лифтовых устройств. Система оснащена выносной графической сенсорной панелью оператора с русскоязычным интерфейсом, позволяющей в реальном масштабе времени осуществлять визуальный контроль за работой, производить корректировку параметров и режимов работы. Программное обеспечение имеет интуитивный русскоязычный интерфейс, дающий возможность осуществлять детальное управление процессами по разным алгоритмам и диагностирование системы. Система использует напряжение дуги плазмы, чтобы управлять физической величиной высоты, расстоянием между резаком и обрабатываемой деталью в течение процесса плазменной резки. Метод обнаружения поверхности достигается контактным сенсором плазменного резака или ограничением силы столкновения резака с обрабатываемой поверхностью.

Автоматическое регулирование высоты резака необходимо для обеспечения наиболее высокого качества реза, предотвращения поломки резаков, увеличения срока службы сменных частей плазмотрона, полной автоматизации процесса резки, возможности работы на высоких скоростях по неровным поверхностям. Технологические возможности системы полностью отвечают самым высоким требованиям мировых производителей плазменного оборудования.

Назначение системы и технические характеристики

Система автоматического управления высотой резака предназначена для управления приводом лифта в процессе плазменной и газокислородной резки металлов. Устройство рекомендовано для использования на машинах термической резки листового металла оборудованных системой программного управления (ЧПУ), а также на системах робототизированной плазменной резки. Устройство обеспечивает работу машины в автоматическом и ручном режиме с использованием одного или двух лифтовых устройств. С помощью данной системы контроля высоты вы сможете программировать больше функций, задавать более жесткие параметры и достигать лучшей дискретности. Система сокращает продолжительность цикла резки и обеспечивает более качественную резку. На сегодняшний день это самая универсальная система регулирования высоты резака. И вы можете применять ее с любой системой плазменной резки - в том числе уже имеющейся у вас.

Система оснащена выносной графической сенсорной панелью оператора с русскоязычным интерфейсом, позволяющей в реальном масштабе времени осуществлять визуальный контроль при работе, производить корректировку параметров и режимов работы.

Дополнительно система может быть оснащена самой современной системой предупреждения столкновений для защиты резаков и датчиком распознавания резака для автоматического вызова меню плазменной или газовой резки.

B системе применяется программный цифровой контур сервоуправления, позволяющий поддерживать заданное напряжение дуги с высочайшей точностью: +/- 0,05 вольт!

Точность регулирования напряжения дуги влияет на образование окалины, внешний вид среза и стабильность размеров детали. Более точная резка достигается также за счет стабильности контроллера, точности шариковой винтовой передачи, направляющих рельс и линейных направляющих подшипников.Более высокая точность позиционирования. Система позволяет регулировать положение резака с точностью до 0,01 мм и напряжение дуги - с точностью до 0,05 вольт. Такое точное регулирование обеспечивает беспримерный контроль над операцией резки, с минимальными вариациями ширины реза угла и шероховатости кромки реза.

Технические характеристики:

Напряжение питания, В. 230

Точность позиционирования, мм. 0,1

Максимальная скорость перемещения лифта, мм/с. 100

Масса навесного оборудования не более, кг. 40

Максимальный ход лифта, мм. 400

Точность задания напряжения дуги, В. 0,05

Разрешение напряжения дуги, В., (при К=30) 0,1

Допустимая кривизна листа, мм., (на длине 1000мм.) 150

Защита всех модулей системы IP54

Температура окружающей среды, C 0....+ 50

Работа в режиме плазменной резки.

Система использует напряжение дуги плазмы, чтобы управлять физической величиной высоты, расстоянием между резаком и обрабатываемой деталью в течение процесса плазменной резки. Метод обнаружения поверхности достигается контактным сенсором плазменного резака и ограничением силы столкновения резака с обрабатываемой поверхностью. Система использует напряжение дуги плазмы, чтобы управлять физической величиной высоты, расстоянием между резаком и обрабатываемой деталью в течение процесса плазменной резки. Метод обнаружения поверхности достигается контактным сенсором плазменного резака и ограничением силы столкновения резака с обрабатываемой поверхностью. Правильная организация подачи тока играет важную роль. Она предопределяется техническими характеристиками плазмотрона и используемым режимом резки. Неправильно выбранный режим резки может привезти к двойному дугообразованию (когда дуга горит с электрода на сопло, а с сопла на металл). Это разрушает сопло и электрод, также деформирует края вырезаемой заготовки.

Структурная схема проектируемой системы автоматического управления представлена следующим образом

Размещено на http://allbest.ru

Рисунок 1.

Где:

АР- автоматический регулятор

УМ- усилитель мощности

ИМ- исполнительный механизм

РО- рабочий орган

ОР-объект регулирования

ПП- первичный преобразователь

НП- нормирующий преобразователь

2. Получение передаточной функции элементов

На основании заданных уравнений связи элементов разрабатываемой системы уравнения получим передаточные функции элементов

I. Уравнение объекта регулирования:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

II. Уравнения первичного преобразователя:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

III. Уравнение нормирующего преобразователя:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

IV. Уравнения элемента сравнения:

V. Регулятор линейного типа в общем случае состоит из трех составляющих (пропорциональной, интегральной и дифференциальной):

VI. Усилитель мощности:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

VII. Уравнение Исполнительного механизма:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

VIII. Уравнение регулирующего органа:

Преобразуем его в операторный вид:

Затем получим передаточную функцию:

3. Составление алгоритмической структурной схемы системы

Cоставим алгоритмическую структурную схему системы автоматического управления на основе заданных уравнений

Рисунок 2

4. Получение передаточной функции замкнутой системы, а так же характеристического уравнения

Составляем передаточную функцию замкнутой системы:

Тогда получим характеристическое уравнение:

1+

По граничному критерию устойчивости Гурвица:

5. Построение области устойчивости на графике

Построим область устойчивости для зависимости Кп от Тд.

Табл.1. Значения и для границы устойчивости.

Рисунок 3. Область устойчивости разрабатываемой системы

6. Переходный процесс для границы устойчивости

Для проверки рассчитанных значений возьмем одну из точек на границе устойчивости и построим график переходного процесса:

Рисунок 4. Переходный процесс для границы устойчивости.

Данный график практически подтверждает правильность проведенных расчетов.

7. Структурная схема системы с оптимизирующим блоком NCD Outport

Рисунок 5. Алгоритмическая структурная схема системы автоматического управления на основе заданных уравнений с оптимизирующим блоком

С помощью программы Simulink и оптимизирующего блока NCD outport получаем оптимальные настройки ПД регулятора.

8. Оптимизация переходного процесса с помощью блока NCD Outport

Рисунок 6. Оптимизация переходного процесса с помощью блока NCD Outport.

Рисунок 7. Переходный процесс, полученный на осциллографе после оптимизации параметров

9. Алгоритмическая структурная схема для определения динамической ошибки системы

Для определения динамической ошибки составим алгоритмическую структурную схему представленную на рисунке 8. В результате моделирования был получен переходный процесс для динамической ошибки рисунке 9. Проверим динамическую ошибку, для чего составим следующую структурную схему:

Рисунок 8. Алгоритмическая структурная схема для определения динамической ошибки системы

Рисунок 9. Переходный процесс динамической ошибки разрабатываемой системы

10. Построение фазового портрета переходного процесса

Рисунок 10. Алгоритмическая структурная схема для построения фазового портрета

Рисунок 11. Фазовый портрет переходного процесса

11. Определение поведения системы при случайном воздействии

Рисунок 12. Алгоритмическая структурная схема для определения влияния случайного процесса

Рисунок 13. Переходный процесс с учетом случайного воздействия

Заключение

На основе проделанной мною исследования и вычислений по данному проекту, я сделал следующие выводы:

Была получена передаточная функция замкнутой системы, а так же характеристическое уравнение.

При использовании следствия из критерия устойчивости Гурвица для системы третьего порядка были получены условия для границы устойчивости и построен график переходного процесса, который подтвердил правильность расчетов.

На основании заданных качественных показателей были выбраны оптимальные настройки регулятора.

В результате получили динамическую ошибку, стремящуюся к 0,1. После проверки динамической ошибки все качественные значения системы соответствуют заданным.

Был построен фазовый портрет переходного процесса системы и определено поведение системы при случайном воздействии.

Список использованной литературы

1.Артамонов Д.В., Семёнов А.Д. Основы теории линейных систем автоматического управления. Учебное пособие , 2010- 145 с.;

2. Горошков Б.И. Автоматическое управление. Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования, 2010-210 с.;

3. Громов Ю.Ю., Земской Н.А., Лагутин А.В., Иванова О.Г., Тютюнник В.М. Специальные разделы теории управления. Оптимальное управление динамическими системами, Учебное пособие 2010-108 с.;

4. Дембовский В.В. Автоматизация управления производством, Учебное пособие 2010- 82 с.;

5. Кузьмин А.В. Теоретические основы систем управления дискретного действия 2010- 98с.;

6. Лазарева Т.Я., Мартемьянов Ю.Ф. Основы теории автоматического управления. Учебное пособие, 2010- 352 с.;7. Мельников А.А., Ушаков А.В. Двоичные динамические системы дискретной автоматики 2010- 220 с.

8. Попов П.М. Принципы построения систем автоматического управления применительно к управлению летательными аппаратами. Учебное пособие 2010- 52 с.;

9. Сарвин А.А., Абакулина Л.И., Готшальк О.А. Диагностика и надёжность автоматизированных систем. Письменные лекции, 2010- 2010 69 с.;

10. Страшинин Е.Э. Основы теории автоматического управления. Часть 1. Линейные непрерывные системы управления. Учебное пособие 2010- 217 с.;

11. Тарасова О.В. синтез законов управления в технических системах. Лекции, 2010- 90 с.;

Размещено на Allbest.ru