1. SCHEMAT BLOKOWY POJEDYNCZEJ OSI OBRABIARKI:

2. SCHEMAT BLOKOWY DWUOSIOWEJ TOKARKI:

3. INTERPOLATOR - DEFINICJA I ROLA:

Interpolator to układ generujący sygnały wartości zadanych przemieszczenia dla kilku napędów jednocześnie. Występowanie interpolatora jest najważniejszą różnicą pomiędzy sterowaniem punktowym-odcinkowym a kształtowym. Ponieważ w sterowaniu punktowo odcinkowym interpolator nie występuje. Zastosowanie interpolatora jest koniecznym warunkiem jednoczesnego sterowania kilkoma napędami ruchu posuwowego. Podstawowym zadaniem interpolatora jest takie sterownie kilkoma napędami jednocześnie aby sterowany zespół roboczy przemieszczał się z punktu o zadanych współrzędnych do kolejnego punktu o zadanych współrzędnych po torze, którego kształt zależy od konstrukcji interpolatora. Interpolator niezależnie od rozwiązania konstrukcyjnego, realizowane są cyfrowo, co oznacza że przetwarzanie informacji jest dyskretne. Istnieją interpolatory: -liniowe; -kołowe; -paraboliczne; -mieszane;

4. WYMAGANIA SZCZEGÓLNE SERWONAPĘDÓW:

Wymagania stawiane serwonapędom: -małe stałe czasowe napędu; -bezstopniowa regulacja prędkości; -płynna praca; -sztywna charakterystyka mechaniczna; -wysoka przeciążalność; -wysoka rozpiętość prędkości; -zakres pracy dla niewielkich obciążeń i wysokich prędkości (dokładność pozycjonowania); - zakres pracy dla większych obciążeń i małych prędkości (dokładność toru). Dzielą się na dwie grupy ze względu na kryterium czasu: statyczne: -szeroki zakres bezstopniowej regulacji zmiany prędkości silnika; -dostatecznie duży moment napędowy silnika; -sztywna charakterystyka mechaniczna; -wysoka równomierność ruchu; -mały krok elementarny; dynamiczne: -szybki rozruch i hamowanie; -charakterystyka dynamiczna zbliżona do charakterystyki elementu bezinercyjnego; -minimalizacja wpływu obciążeń od sił zewnętrznych;

5. STRUKTURA REGULATORA NAPĘDU POSÓWOWEG:

6. WYJAŚNIJ ZASADĘ GENEROWANIA TORY PROSTOLINIOWEGO NA OBRABIARCE NC NP. PODCZAS WYKONYWANIA STOŻKA NA TOKARCE, JAK GENEROWANE SĄ SYGNAŁY STERUJĄCE SERWONAPĘDEM:

Tor prostoliniowy przy wykonywaniu stożka na tokarce jest uzyskiwany za pomocą sterowania kształtowego. Obejmuje ono przypadki w których tor narzędzia względem przedmiotu jest dowolną krzywą. cechą charakterystyczną sterowania kształtowego jest współzależność składowych ruchów posuwowych wzdłuż kilku osi współrzędnych równoległych do prowadnic, uzyskiwana za pomocą układu sterującego. Obejmuje ono zarówno ruchy podstawowe jak i przesuwowe (ustawcze). Ruch narzędzia względem przedmiotu jest złożonym z kilku niezależnie realizowanych ruchów posuwowych. Sterowanie kształtowe jest najpełniejszą formą sterowania programowego, które umożliwia realizację ruchu po dowolnej krzywiźnie. Możliwe jest więc wykonywanie powierzchni stożkowych, linii śrubowych, krzywek o dowolnym zarysie. X_zad=X_A+X_B; x=2tgα; Z_zad=Z_a+Z_B; V_X²+V₂²=V_zad²; X(t)=V_X·t; V_X=V_zad·sinα=const; Z(t)=V₂·t; V₂=V_zad·cosα=const. Wartość zadana przemieszczenia jest w przypadku wykonywania stożka liniową funkcją czasu.

7. ZASADA GENEROWANIA TORU KOŁOWEGO:

Generowanie toru kołowego odbywa się w serwonapędzie przy pomocy interpolatora kołowego. X²+Z²=R²; x(t)=Rsinα(t); z(t)=Rsinα(t); α(t)=ωt; V_x(t)= ωz(t) ≠ const; V_z(t)= ωx(t) ≠ const; V(t)= Γ(V_x²+V_z²)=R·ω=const.; Podczas generowania toru kołowego mamy do czynienia z ciągłym stanem nieustalonym, ponieważ obie składowe prędkości posuwu zmieniają się w czasie.

8. SERWONAPĘDY STEROWANE IMPULSOWO:

Zwane także dyskretnymi. Pod względem funkcjonalnym impulsowy układ sterujący stanowi węzeł sumujący, do którego doprowadzona jest wartość zadana przemieszczenia w postaci ciągu impulsów z interpolatora oraz wartość rzeczywista w postaci ciągu impulsów z przetwornika obrotowo-impulsowego CPP. Różnica obu ciągów impulsów jest wielkością wyjściową E_Δ z impulsowego układu sterowania i stanowi tzw. uchyb położeniowy. Impulsowy układ sterujący składa się z: -generatora zegarowego (generator podstawy czasu); -obwodów dodająco-odejmujących (liczniki rewersyjne); -dzielników częstotliwości (1:N); -dyskryminatora fazy; Sygnał wyjściowy E_Δ steruje ruchem serwomechanizmu posuwu. Napędy sterowane impulsowo dzieli się na: -napędy z silnikami działającymi dyskretnie (np. silniki skokowe); -napędy z silnikami o działaniu ciągłym (np. silniki stało lub zmiennoprądowe);

9. RÓŻNICE POMIĘDZY SERWONAPĘDAMI PRĄDU STAŁEGO O MAŁYM I DUŻYM MOMENCIE BEZWŁADNOŚCI:

Podział ze względu na rozwijany moment: -wysokomomentowe: serwonapędy o dużym momencie bezwładności (do silników wolnoobrotowych): -małe wymiary silnika; -nominalne prędkości do 1200÷1500 obr/min; -duża bezwładność wirnika; -przyspieszenia od 3000 do 6000 rad/s²; -możliwość bezpośredniego połączenia wałka silnika ze śrubą pociągową; -możliwe krótkotrwałe przeciążenia; -rozmieszczenie uzwojeń w stojanie sprzyja chłodzeniu; -rozwijany moment w zakresie 3-20 [Nm], maksymalna częstotliwość robocza 100Hz, stosowane do bezpośredniego napędu sań, stołów, do realizacji ruchów posuwowych i pomocniczych z małą prędkością; -: niskomomentowe: -serwonapędy o małym momencie bezwładności (do silników wysokoobrotowych): -mała bezwładność wirnika; -duża prędkość obrotowa; -stałe czasowe rzędu 10 ms; -przyspieszenia 2÷2.5 razy większe od napędów wolnoobrotowych. Wady: budowa silnika ogranicza jego pojemność cieplną i dopuszczalną wielkość prądu, co ogranicza wartość i czas występowania momentu szczytowego oraz ogranicza wartość statycznego momentu znamionowego; -moment poniżej 3 [Nm], znaczna mniejsza działka elementarna (większa dokładność), częstotliwość robocza do 16 Hz, stosowane tylko ze wzmacniaczem hydraulicznym (dającym wzmocnienie ok. 1000), duży koszt napędu oraz problemy z eksploatacją napędu hydraulicznego.

10. SERWONAPĘDY PRĄDU PRZEMIENNEGO - JAK MOŻNA ZREALIZOWAĆ BEZSTOPNIOWĄ ZMIANĘ PRĘDKOŚCI W SZEROKIM ZAKRESIE?:

Możliwość bezstopniowej regulacji prędkości polega na operowaniu częstotliwością f napięcia zasilającego stojan silnika. Również wyeliminowanie komutatora powoduje poprawę własności dynamicznych serwonapędu prądu przemiennego, a co za tym idzie zwiększenie zakresu bezstopniowej regulacji prędkości. Powoduje to niestety zmianę charakterystyki mechanicznej. Aby tego uniknąć, trzeba jednocześnie sterować częstotliwością f, jak i napięciem zasilającym. Prędkość wałka silnika: n=(60f/p)·(1/s). Sterowanie parametrami wirnika jest powszechnie znane jako metoda regulacji w zakresie stałego momentu i umożliwia uzyskanie rozpiętości prędkości 1:10000 bez dodatkowych przekładni mechanicznych tylko przez manipulację na drodze elektrycznej. Zagadnienie bezstopniowej regulacji prędkości w silnikach prądu stałego można sprowadzić do regulowania zasilaczy stałoprądowych, które umożliwiają regulowanie napięcia i prądu w szerokim zakresie. Optymalną metodą jest stosowanie zasilaczy tyrystorowych. Uzyskanie bezstopniowej regulacji jest możliwe tylko w układzie automatycznej regulacji prędkości w obecności sprzężenia zwrotnego.

SCHEMAT BLOKOWY SILNIKA PRADU PRZEMIENNEGO

11. MODEL SILNIKA PRĄDU STAŁEGO:

W wyniku modelowania zjawisk dynamicznych w wirniku napędzanym otrzymuje się układ równań różniczkowych tworzących model matematyczny maszyny elektrycznej. Jako model silnika możemy rozumieć matematyczny opis silnika, dla którego przyjęto modele fizyczne: -elektryczny; -mechaniczny; W celu opracowania modelu należy przyjąć dwa założenia: -między siłą elektromotoryczną a prędkością obrotową; -między momentem elektromagnetycznym a prądem płynącym przez wirnik;

MODEL ELEKTRYCZNY MODEL MECHANICZNY

12. W JAKI SPOSÓB MOŻNA WPŁYWAĆ NA POPRAWĘ WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH SILNIKÓW PRĄDU STAŁEGO?:

Na poprawę własności dynamicznych w silnikach prądu stałego można wpływać poprzez: -sterowanie parametrami prądowymi wirnika (napięciem zasilającym lub prądem płynącym przez wirnik); -sterowanie parametrami strumienia magnetycznego stojana (tylko w przypadku silników obcowzbudnych); Najlepiej, aby czas stanu przejściowego był jak najkrótszy i bez przeregulowań, a wystąpi to wtedy, gdy ξ = 0,707. O szybkości działania napędu decyduje pulsacja. ω₀= Γ(1/T_m·T_e), Im większa jej wartość, tym napęd jest bardziej dynamiczny. A zatem, aby układ był optymalny to:
oraz ξ = 0,707.

13. SCHEMAT PRZEPŁYWU NAJWAŻNIEJSZYCH SYGNAŁÓW (STERUJĄCYCH I POMIAROWYCH) W JEDNEJ OSI UKŁADU AUTOMATYCZNEJ REGULACJI POŁOŻENIA (SERWONAPĘDU):

14. PODZIAŁ SERWONAPĘDÓW Z UWAGI NA METODY PRZETWARZANIA SYGNAŁÓW W UKŁADZIE AUTOMATYCZNEJ REGULACJI POŁOŻENIA:

Wyróżniamy napędy: -analogowe (przetwarzanie sygnału odbywa się za pomocą specjalnych bloków sumujących, całkujących, odejmujących, różniczkowych, są zdolne realizować bardziej złożone algorytmy sterowania); -cyfrowe (podstawową cecha jest mikroprocesor i oprogramowanie); -ciągłe (sygnały rzeczywiste czujników i przetwarzania mają postać ciągłego sygnału napięciowego ±10V); -nieciągłe (sygnały i ich przetwarzanie mają postać dyskretną, cechą tych serwonapędów jest częstotliwość próbkowania lub okres próbkowania, a także przetwarzanie sygnałów, które odbywa się w dyskretnych chwilach, posiadają one interfejsy A/C i C/A);

15. DEFINICJA WSPÓŁCZYNNIKA WZMOCNIENIA PRĘDKOŚCIOWEGO K_V W SERWONAPĘDZIE:

Współczynnik wzmocnienia prędkościowego opisuje związek pomiędzy prędkością ruchu sań obrabiarkowych a uchybem położeniowym. K_V=υ/ε=k·V_S/ε; gdzie: υ -prędkość posuwu serwonapędu; ε -wartość uchybu położeniowego w serwonapędzie;
-współczynnik wzmocnienia regulatora drogi;
-sygnał sterujący prędkością; Z definicji współczynnika K_V wynika, że ruch w serwonapędzie możliwy jest tylko wówczas gdy występuje uchyb położeniowy, a prędkość tego ruchu jest proporcjonalna do wielkości tego uchybu ε.

16. TRANSMITANCJA SERWONAPĘDU Z REGULATOREM PROPORCJONALNYM I NAPĘDEM O CHARAKTERYSTYCE CZŁONU INERCYJNEGO:

Cześć proporcjonalna powinna mieć jak największy jedyny nastawny parametr K_V ponieważ wpływa on na błąd statyczny w stanie ustalonym. Należy tak dopasować Kv , regulator typu P odpowiednio rzeczywistej stałej czasowej Ts silnika napędowego aby uniknąć przeregulowania w stanie przejściowym. K(s)= Kv; Równanie różniczkowe: U_S=K_V·ε(t).

17. PULSACJA WŁASNA SERWONAPĘDU - OD CZEGO I W JAKI SPOSÓB ZALEŻY - JAKA JEST NAJKORZYSTNIEJSZA WARTOŚĆ?:

Pulsacja własna serwonapędu powinna się różnić co najmniej o 2÷3 razy od pulsacji własnej zespołów mechanicznych napędu posuwu. Jeżeli tak nie jest to serwonapęd pracuje w zakresie bliskim rezonansu, a co za tym idzie ogranicza współczynnik wzmocnienia prędkościowego. Pulsacja własna serwonapędu zależy od własności dynamicznych napędu Ts jak i nastawę regulatora P. Zwiększenie Kv przyczynia się do zwiększenia pulsacji własnej serwonapędu. ω_S= Γ(K_V/t·ε); gdzie : Ts -stała czasowa; 0 ≤ T_ωos ≤ 1 T_ωos -okres próbkowania;

18. WSPÓŁCZYNNIK TŁUMIENIA SERWONAPĘDU ξ_SN - OD CZEGO I W JAKI SPOSÓB ZALEŻY - JAKA JEST NAJKORZYSTNIEJSZA WARTOŚĆ?

Współczynnik tłumienia serwonapędu zależy od Kv i stałej czasowej Ts. Zwiększenie Kv powoduje pogorszenie właściwości tłumiących serwonapędu, jednak mniejsza Ts wymaga większego Kv. ζ_SN=1/2·Γ(1/K_V·T_S) Istnieje optymalna wartość współczynnika tłumienia serwonapędu i jest ona równa ζ_SN=0.7. Odpowiada jej optymalna wartość współczynnika wzmocnienia prędkościowego. (K_V)_opt=1/2T_S.

19. WSPÓŁCZYNNIK WZMOCNIENIA PRĘDKOŚCIOWEGO K_V - OPTYMALNA WARTOŚĆ DLA SERWONAPĘDU - JAKIE PARAMETRY SERWONAPĘDU WPŁYWAJĄ NA OPTIMUM (K_V)_OPT:

Ważnym parametrem, charakteryzującym serwonapęd, jest współczynnik wzmocnienia prędkościowego K_V, definiowany dla serwonapędów o działaniu ciągłym jako K_V=υ/ε; gdzie: -υ prędkość posuwu serwonapędu; -ε wartość uchybu położeniowego w serwonapędzie; Najogólniejszą zasadą doboru współczynnika K_V jest jego maksymalizacja K_Vopt=K_Vdop; gdzie: K_Vdop -dopuszczalna wartość współczynnika z warunku dostatecznego zapasu stabilności ( zapewnienie tłumienia w zakresie 0.7÷1 ); ω_S - pulsacja własna napędu. Wartość K_Vdop zleży od: -stałej czasowej T_s (im mniejsza tym większe K_Vdop); -pulsacji własnej ω_S (im większa tym większe K_Vdop); -wartości czasu martwego T₀ (im większa tym mniejsze K_Vdop); -okresu próbkowania T (im większy tym mniejsze K_Vdop);

20. PODSTAWOWE KRYTERIUM DOBORU SERWONAPĘDU:

Podstawowym kryterium doboru serwonapędu jest jego przeznaczenie czyli warunki i rodzaj pracy do jakiej będzie on przeznaczony. prawidłowy dobór serwonapędu związany jest z właściwym dopasowaniem wszystkich wielkości elementów współpracujących ze sobą podczas pracy serwonapędu. Do podstawowych należą: silnik elektryczny z saniami; -część mechaniczna; -układ pomiaru położenia; -dobór regulatora.. Warunkiem doboru jest takie kryterium doboru regulatora, aby jego transmitancja była odwrotnością transmitancji obiektu, jest to związane ze znajomością modelu matematycznego obiektu jak i całego łańcucha kinematycznego; jeśli: K₀(s)=1 lub const. to K_SN(s)=const gdyż K_SN(s)=(1+ K₀(s))/ K₀(s).

21. OD CZEGO ZALEŻĄ BŁĘDY KONTURU W OBRABIARKACH NC?:

Błąd konturu przedmiotu jest efektem jednoczesnego występowania wymienionych poniżej przyczyn. Błędy konturu w obrabiarkach NC ze sterowaniem kształtowym można podzielić na trzy grupy: -wynikające z niedokładności układu mechanicznego obrabiarki (luzy, nieprostoliniowość prowadnic); -wynikające bezpośrednio z procesu skrawania i własności masowo-sprężystych układu (odkształcenia wywołane siłami skrawania, zużycie ostrza); -wynikające z właściwości statycznych i dynamicznych sterowania i napędów: -wynikające ze zróżnicowania parametrów dynamicznych w poszczególnych osiach serwonapędu sterowanych numerycznie; -zróżnicowania współczynników tłumienia; -zróżnicowania stałych czasowych; -wynikające z oddziaływania zewnętrznych zakłóceń; -wynikające z kształtu konturu przedmiotu w postaci nieliniowej krzywej lub linii ciągłej;

22. METODY ZMNIEJSZANIA BŁĘDÓW TORU SPOWODOWANYCH STEROWANIEM SERWONAPĘDÓW I ICH WŁAŚCIWOŚCIAMI DYNAMICZNYMI:

Metody zmniejszania błędów toru: -sterowanie osi: -optymalizacja regulatora: -nastawy regulatora; -struktura regulatora; -regulacja stanu; -korekcja wielkości sterujących: -sterowanie wstępne (a,v,K^-1 ); -kontrolowane przyspieszenie; -wygładzanie; -regulacja toru: -sterowanie wymiarami toru; -regulator korekcji amplitudy i fazy. Minimalizacja błędu toru może być osiągnięta przez: -stosowanie bardziej wyrafinowanych regulatorów położenia poszczególnych serwonapędów; -stosowanie dodatkowych regulatorów ze sprzężeniem w przód; -stosowanie regulatorów ze sprzężeniem skośnym;

23. NA CZYM POLEGA OPTYMALIZACJA OBWODÓW REGULACJI POŁOŻENIA W SERWONAPĘDACH?:

Minimalizacja błędu konturu może być osiągnięta następującymi sposobami: -wyrafinowane regulatory położenia poszczególnych serwonapędów; -dodatkowe regulatory ze sprzężeniem w przód; -regulatory ze sprzężeniem skośnym; -stosowanie regulatorów konwencjonalnych (P, PI, PD, PID); Często elementem mającym bardzo duży wpływ na błąd toru jest współczynnik wzmocnienia prędkościowego K_V. Należy zatem dobrać go w taki sposób by jego wartość miała jak najmniejszy wpływ na odchylenia od wartości zadanej toru.

24. CO TO SĄ REGULATORY STANÓW?:

Są to regulatory, które umożliwiają poprawę dynamiki serwonapędu (co sprzyja podniesieniu dokładności realizacji toru) oraz poprawę stabilności, gdy w torze sterowanym znajdują się obiekty z czasem martwym lub które charakteryzuje duża skłonność do drgań. Sygnał sterujący napędem posuwu zależy zarówno od wartości zadanej prędkości jak i od sygnału sprzężenia zwrotnego, który jest sygnałem wyjściowym z regulatora stanu. Stan dynamiczny serwonapędu może być określony: -przez bezpośredni pomiar wszystkich wielości; -obliczenie niektórych parametrów stanu na podstawie zmierzonych wielkości;

25. CO TO SĄ REGULATORY ZA SPRZĘŻENIEM W PRZÓD?:

Klasyczny układ regulacji ze sprzężeniem zwrotnym wymaga istnienia uchybu regulacji czyli błędu. Regulatory ze sprzężeniem w przód wyprzedza pojawienie się uchyby generując sygnał sterujący przewidujący konieczność pojawienia się odpowiedniego uchybu.

26. NA CZYM POLEGA KONCEPCJA REGULATORÓW ZE SPRZĘŻENIEM SKOŚNYM?:

Działają one na zasadzie stwierdzenia różnicy między pożądanym a rzeczywistym torem narzędzia względem przedmiotu. Koncepcja sterownika CCC bazuje na modelu błędu konturu, tworzonego w czasie rzeczywistym na podstawie informacji ze sprzężeń zwrotnych wszystkich osi sterowanych oraz interpolatora, a także na szukaniu reguły umożliwiającej wygenerowanie sygnałów korekcyjnych położenia dla wszystkich sterowanych osi. W tradycyjnych serwonapędach za sprzężeniem zwrotnym poszczególne są sterowane za pomocą uchybów. Natomiast istotą algorytmu CCC jest wyeliminowanie uchybu.

27. NIELINIOWOŚĆ W SERWONAPĘDACH:

W serwonapędach obrabiarek sterowanych numerycznie, w przeciwieństwie do napędów posuwu konwencjonalnych, wszelkie nieliniowości wpływają bezpośrednio na zniekształcenie toru narzędzia względem przedmiotu, a tym samym i konturu. Wynika to między innymi z tego, że sygnały sterujące w obrabiarkach CNC są traktowane nieliniowo. Pod pojęciem nieliniowości rozumie się takie zjawiska, jak: -luzy w mechanizmach łączących silnik z saniami; -luzy w mechanizmach łączących układy pomiarowe z przesuwnym zespołem; -histereza (zjawisko niejednoznaczności charakterystyki dla sygnału narastającego i malejącego), -strefa nieczułości S_n (efekt sił tarcia): S_n=T/c. Elementy nieliniowe mogą ujawniać się: -miedzy silnikiem a zespołem roboczym; -miedzy zespołem roboczym a układem pomiarowym;

28. SERWONAPĘD CYFROWY - DEFINICJA I ZALETY W STOSUNKU DO SERWONAPĘDU ANALOGOWEGO:

Serwonapęd cyfrowy jest to serwonapęd którego podstawą jest mikroprocesor i oprogramowanie, realizujący określony algorytm sterowania. Jest zdolny realizować bardziej skomplikowane algorytmy sterowania niż serwonapęd analogowy. Zalety: -praca w czasie rzeczywistym; -pełna i zewnętrzna synchronizacja wszystkich osi; -duża odporność na zakłócenia; -duża prędkość transmisji danych; -możliwość wymiany danych w obie strony; -dokładnie określony protokół transmisji;

29. SERWONAPĘD CYFROWY INTELIGENTNY - DEFINICJA I SCHEMAT BLOKOWY:

Serwonapęd cyfrowy inteligentny jest to napęd w którym wszystkie regulatory i obwody regulacji znajdują się po stronie napędu. Natomiast po stronie sterowania NC jest interpolator.

30. SERWONAPĘD CYFROWY Z INTERFEJSEM MOMENTOWYM - DEFINICJA I SCHEMAT BLOKOWY:

Serwonapęd cyfrowy z interfejsem momentowym jest to napęd, w którym regulator prędkości został przeniesiony na stronę sterowania NC, a sygnał wyjściowy ze sterowania NC stanowi wartość zadaną prądu miernika.

---