РЕГУЛЯТОР ПОЛОЖЕНИЯ УСТРОЙСТВА ЧПУ

Регулятор положения устройства ЧПУ относится к области числового программного управления и может быть применен в системах числового программного управления (ЧПУ) технологическим оборудованием, в частности, металлорежущими станками. Регулятор положения входит в состав следящих приводов подач металлорежущих станков, обеспечивает перемещение управляемых элементов станка с необходимой скоростью и точностью.
В системе ЧПУ типа FMS-3000 фирмы «МОДМАШ-СОФТ» применяется пропорциональный регулятор положения, к которому добавляется компенсация по расчетной скорости и по расчетному ускорению плюс векторная коррекция, компенсирующая неидентичность настройки следящих приводов. В системах ЧПУ типа NC110-NC230 фирмы «БАЛТСИСТЕМ» применяется пропорциональный регулятор положения с коррекцией по расчетной скорости [Устройство числового программного управления NC-110, NC200, NC210. Руководство программиста МС/Балт-Систем. - СПб.: 2005].
В существующих следящих приводах подач с такими регуляторами условия точности и быстродействия оказываются в противоречии. В перечисленных способах коррекции траектории отсутствует соотношение между достигнутой точностью и потенциально-возможной максимальной точностью, которая могла бы быть достигнута при оптимальном управлении. Проблема повышения точности воспроизведения траекторий в станках с ЧПУ в настоящее время остается актуальной. При механической обработке сложнопрофильных деталей на станках с ЧПУ до сих пор не решен вопрос, связанный с управлением точностью обработки.
'
x
За прототип выбран регулятор положения, входящий в типовую структуру следящего привода, организованного по схеме трехконтурного подчиненного регулирования с контурами тока, скорости и положения. В состав этой системы входят регулируемый электропривод с двигателем и датчиком скорости, система управления приводом и питания датчиков положения от УЧПУ, механическая передача, охваченная обратной связью по положению. Для компенсации установившейся скоростной ошибки в контур положения может вводиться дополнительный сигнал φ , пропорциональный скорости программного изменения текущего значения координаты. Типовой ПИ-регулятор положения содержит интегральную и пропорциональную составляющие и два сумматора [Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы. - М.: Машиностроение, 1982].
Недостатком типового регулятора положения является ограниченная точность воспроизведения траектории. Опыт эксплуатации станков с ЧПУ показывает, что в настоящее время удается добиться точности изготовления деталей в пределах 0,01 мм, что не отвечает современным требованиям к системам ЧПУ со стороны потребителей.
В системах ЧПУ решающим фактором является требуемая точность воспроизведения запрограммированной траектории и скорость движения по воспроизводимому контуру.
Задачей является повышение точности воспроизведения траектории за счет дополнительной коррекции и организации скользящего режима в контуре положения следящего привода.
Предложен регулятор положения устройства ЧПУ, включающий ПИ-регулятор положения, ПИ-регулятор коррекции, первый и второй сумматоры. Выход первого сумматора соединен со входом ПИ-регулятора коррекции, выход ПИ-регулятора коррекции соединен со входом второго сумматора, а выход второго сумматора соединен с входом ПИ-регулятора положения.
Следящий привод подач, включающий регулятор положения, приобретает положительные свойства систем, работающих в скользящем
режиме при сохранении линейного закона управления. Для выполнения этого условия использовано введение корректирующего устройства дополнительного ПИ-регулятора коррекции, что позволяет организовать скользящий режим в контуре положения следящего привода.
Разработанный регулятор положения устройства ЧПУ может быть реализован в устройстве ЧПУ программным способом в соответствии с фиг.1. Регулятор положения устройства ЧПУ содержит сумматор 1, сумматор 2, ПИ-регулятор положения 3 и ПИ-регулятор коррекции 4.
ip
рр
is
рs
ПИ-регулятор положения содержит интегральную К и пропорциональную К составляющие и два сумматора. ПИ-регулятор коррекции содержит интегральную К и пропорциональную К составляющие и сумматор.
Регулятор положения устройства ЧПУ работоспособен при движении в определенном направлении, а также при использовании линейных двигателей или систем с принудительным выбором люфта.
∂
∂
z
Сигнал заданного значения координаты kz с выхода интерполятора устройства ЧПУ поступает на вход сумматора 1 и на вход сумматора 2. Сигнал истинного значения координаты k с выхода датчика положения следящего привода поступает на вход сумматора 1 и на вход ПИ-регулятора положения. Сумматор 1 сравнивает заданное и истинное значения координаты. Сигнал рассогласования с выхода сумматора 1 поступает на ПИ-регулятор коррекции, который формирует сигнал коррекции k в контуре положения следящего привода, поступающий на вход сумматора 2. По сумме сигналов заданного значения координаты kz и сигнала коррекции k сумматор 2 формирует сигнал, который поступает на вход сумматора ПИ-регулятора положения. Сигнал с выхода ПИ-регулятора положения ω является сигналом задания скорости следящего привода.
Уравнение ПИ-регулятора положения устройства ЧПУ:
где s - оператор Лапласа.
где ∂=kz-k.
Предложенный регулятор позволяет повысить динамическую точность станков с ЧПУ, т.к. он основан на создании систем, близких по быстродействию к оптимальным, обеспечивает высокую точность воспроизведения траекторий.