Estoy buscando urgentemente una tesis de graduación sobre tornos CNC.
Resumen: Los sistemas de alimentación rotativa de máquinas herramienta CNC multicoordinadas de alto rendimiento, como cabezales giratorios, platos giratorios, etc., se accionan en su mayoría directamente Mediante servomotores síncronos de imanes permanentes, su problema de control es más complejo que el de los sistemas de alimentación convencionales. Por lo tanto, establecer un modelo matemático más científico adecuado para motores síncronos de imanes permanentes de accionamiento directo es de gran importancia para mejorar el nivel de control del sistema de alimentación rotativo. Este artículo propone un método para establecer un modelo de espacio de estados de un motor síncrono de imán permanente de accionamiento directo basado en control vectorial, y utiliza la teoría de control moderna para analizar y calcular la controlabilidad, observabilidad y estabilidad del sistema, y configurar los polos del sistema, la simulación del sistema se llevó a cabo utilizando Simulink, que proporcionó una base teórica y un método de análisis para el diseño y análisis del servosistema de alimentación de rotación de la máquina herramienta CNC.
Palabras clave: alimentación rotativa; accionamiento directo; motor síncrono de imán permanente;
Número de clasificación de la Biblioteca de China: TP391 Número de identificación del documento: A Número de documento: 1009-0134 (2007) 08- 0040-05 Modelo de espacio de estado y análisis de rendimiento del sistema de alimentación rotativa de máquina herramienta CNC Zhang Ao, (Departamento de Maquinaria e Instrumentos de Precisión, Universidad de Tsinghua, Beijing 100084) Resumen: Sistemas de alimentación rotativa CNC multicoordinada de alto rendimiento, como cabezales oscilantes y Platos giratorios Es más difícil de controlar que los sistemas de alimentación tradicionales. Por lo tanto, establecer un modelo matemático más científico de PMSM adecuado para accionamiento directo es de gran importancia para mejorar el nivel de control del sistema de alimentación rotativo. Para este fin, se propone un método de modelado PMSM basado en control vectorial basado en la ecuación del espacio de estados PMSM. La controlabilidad, observabilidad, estabilidad y configuración de polos del sistema se analizan utilizando la teoría de control moderna. Y utilizó Simulink para completar la simulación del sistema. Este método proporciona una base teórica y un método de análisis para el diseño de un servosistema de alimentación rotativa de máquina herramienta CNC. Palabras clave: alimentación rotativa; accionamiento directo; PMSM; ecuación del espacio de estados 0
secuencia
Servosistema de alimentación rotativa de máquinas herramienta CNC de alto rendimiento, especialmente servosistema de accionamiento directo (es decir, todo mecánico). Se eliminan los enlaces de transmisión intermedios desde el motor al actuador o la carga, y la longitud de la cadena de transmisión se reduce a cero. El motor síncrono de imán permanente (PMSM) se usa ampliamente como objeto de control. Sus ventajas son una estructura simple y un funcionamiento confiable. Debido a medidas estructurales como la inducción magnética, la alta coercitividad y los imanes de tierras raras, el tamaño total del motor de CC se reduce aproximadamente a la mitad, el peso es un 60% más liviano y la inercia del rotor se puede reducir a 1/5. del motor de CC [2] También es importante tener en cuenta que sí, debido a la existencia del enlace de transmisión, el sistema de accionamiento tradicional tiene menos tensión en el enlace de control y el sistema es relativamente menos sensible a las perturbaciones. La carga del servosistema de accionamiento directo está conectada casi directamente al eslabón de control, sin el amortiguador de la cadena de transmisión, por lo que los eslabones de control tienen una gran tensión y son sensibles a las perturbaciones, que pueden afectar el rendimiento dinámico del sistema en el; Al mismo tiempo, el cabezal giratorio y la plataforma giratoria se caracterizan por cargas pesadas y de baja velocidad, por lo que la estabilidad a baja velocidad bajo cargas pesadas también es una cuestión importante en el diseño del sistema. como los platos giratorios y los péndulos de las máquinas herramienta son más complejos que los sistemas de alimentación convencionales. En la práctica de la ingeniería, el método de control clásico de tres bucles basado en el control de transformación vectorial se suele utilizar para controlar el sistema. Basado en la teoría de control clásica, el sistema se describe mediante. una función de transferencia, con una única variable (como la velocidad) como salida, que está directamente relacionada con la entrada (como el voltaje). Pero, de hecho, además de la salida, el sistema también contiene otras variables independientes y ecuaciones diferenciales. O la función de transferencia es inconveniente para describir estas variables intermedias internas, por lo que no puede contener toda la información del sistema y no puede revelar completamente todos los estados de movimiento del sistema si se aplica el método del espacio de estados de la teoría de control moderna. sistema, sus características dinámicas están determinadas por un estado. Se describe mediante un sistema de ecuaciones diferenciales de primer orden compuesto de variables, que pueden reflejar los cambios de todas las variables independientes del sistema, determinar todos los estados de movimiento interno del sistema. y puede manejar fácilmente las condiciones iniciales. Por lo tanto, puede caracterizar de manera más completa el sistema y las variables dentro del sistema. La relación entre ellos es especialmente adecuada para sistemas no lineales, de múltiples entradas y múltiples salidas. El servosistema de accionamiento directo es un sistema complejo no lineal fuertemente acoplado y es más preciso utilizar el método del espacio de estados para modelarlo científicamente.
Basado en el control vectorial, este artículo utiliza el método del espacio de estados para establecer el modelo de espacio de estados del motor síncrono de imán permanente y utiliza varios métodos de la teoría de control moderna para realizar un análisis integral del modelo, sentando las bases para una mayor aplicación de tecnologías avanzadas. métodos de control para controlar el sistema una base sólida. 1 Modelo matemático de PMSM Consideramos un sistema de motor síncrono de imanes permanentes sinusoidal. El motor tiene una forma de onda EMF inversa sinusoidal y el voltaje y la corriente del estator también son sinusoidales. Suponga que el motor es lineal, sus parámetros no cambian con la temperatura, se ignoran la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas y el rotor no tiene devanados amortiguadores. Basado en la conclusión de la teoría unificada de motores, la ecuación de enlace de flujo del estator del motor síncrono de imán permanente en el sistema de coordenadas del rotor (sistema de ejes D-Q) es la siguiente:
(1) Entre ellos: - El flujo magnético acoplado de los imanes del rotor en la cadena del estator; Ld, Lq - la inductancia principal del eje directo y el eje de cuadratura del motor síncrono de imán permanente - los componentes del eje directo y del eje de cuadratura del vector de corriente del estator; La ecuación de voltaje del estator PMSM es: (2) Entre ellos, - los componentes de los ejes D y Q del vector de voltaje del estator us W - la frecuencia angular eléctrica del rotor; La ecuación de par de PMSM es: (3) El coeficiente de par del motor Kt es: KT = PMYR. Además, el sistema de motor debe satisfacer la ecuación de movimiento básica: (4) donde n es la velocidad del motor wr - la velocidad angular mecánica del rotor, w = pmwrTd, TL - el par electromagnético y el par de carga del motor. El motor síncrono de imán permanente se modela utilizando ecuaciones de estado de la teoría de control moderna. Si se utiliza control vectorial, generalmente se requiere id = 0, pero no es razonable que md e id no aparezcan en la ecuación de estado. Porque en el modo de control de id = 0, solo se requiere que el valor de id sea igual a 0, pero el valor real de id no siempre es igual a 0 (especialmente en procesos dinámicos). Al mismo tiempo, el valor real de ud no será igual a 0. Por lo tanto, ia también debe considerarse como una variable de estado, y md se considera una variable de control, que es controlada por el controlador en función de los valores de todas las variables de estado (incluida id). Por tanto, tomando la variable de estado, q es el ángulo de posición del rotor. Si la expresión (1) se lleva a la segunda expresión de la expresión (2), la ecuación de estado del motor síncrono de imán permanente se puede obtener a partir de las expresiones (3) y (4): (5) Por lo tanto, el sistema es un Para no lineal En los sistemas que varían en el tiempo, la matriz de coeficientes contiene términos de multiplicación cruzada de las variables de estado wr, id e iq, por lo que es necesario desacoplar el sistema. Tomando ud y uq como variables de control y par de carga TL como procesamiento de perturbaciones, si se propone por separado, se sistematizará en la forma =AX BU B0TL La sistematización original es la siguiente: (6) 6) 2 Análisis del sistema PMSM. Los parámetros de PMSM son los siguientes: La ecuación del espacio de estados del sistema es: 2.1 Modelo polinómico El modelo del espacio de estados se convierte en un modelo polinómico. La matriz de transferencia del sistema es: 2.2 Suma de controlabilidad. La condición necesaria y suficiente para que el estado sea completamente observable es que el rango de la matriz observable sea n. Se puede calcular que el rango de la matriz controlable del sistema es 4 y rango completo, entonces el estado del sistema es completamente controlable. . Si el rango de la matriz observable del sistema es 4 y de rango completo, entonces el estado del sistema es completamente observable. 2.3 Análisis de estabilidad del sistema de control Para el sistema representado por el modelo de espacio de estados, la condición necesaria y suficiente para la estabilidad del sistema es que todos los valores propios de la matriz A del sistema tengan partes reales negativas. EIG(a)' = 1.0e 002 *[0-1.2069-0.8066 I-1.8066 I-2.1212] Porque hay algunos valores propios en la matriz del sistema a, y dado que el rango de la matriz controlable es 4 y completo rango, se configura a través de retroalimentación de estado. Los polos hacen que el sistema sea estable. 2.4 Configuración de polos del sistema de control de entradas múltiples La idea básica de la configuración de polos del sistema de entradas múltiples es: primero encontrar una retroalimentación de estado para que el sistema de circuito cerrado pueda controlar una determinada entrada (como la primera entrada), y luego siga el método de configuración de polos del sistema de entrada única. Realice la configuración de polos [5]. Figura 1 Diagrama de bloques del sistema de circuito cerrado con configuración de polos. El polo esperado es: 1.0e 002 *[-0.1-1.2069-0.8066 I-1.2069 0.8066 I-2.128. , se puede obtener del sistema, n = 4, m = 2, u1 u2 = 4, A es el vector de la última fila de Q-1. (2) Primero configure los postes de acuerdo con estándares controlables. Configuración de polos para sistemas de una sola entrada.
El polinomio característico es, el polinomio característico esperado es, entonces la matriz de ganancia es: (3) Matriz de transformación estándar controlable T, es decir, la matriz de ganancia regresa al sistema de coordenadas original (4) Retroalimentación de estado de la configuración de polos del original el sistema (a, B) es: 2.5 Simulación del sistema La respuesta del vector de estado de posición del sistema a la señal de paso: Figura 2 La respuesta de paso del vector de estado de posición antes de la configuración del polo Figura 3 La respuesta de paso del vector de estado de posición después del polo; configuración la respuesta del vector de estado de posición del sistema a la señal de velocidad Respuesta (la línea de puntos es la señal de posición de entrada, la línea sólida es la señal de posición de salida): Figura 4: La curva de seguimiento de la señal de velocidad antes de la configuración del polo; vector de estado de posición a la señal sinusoidal (la línea de puntos es la señal de posición de entrada, la línea continua es la señal de posición de salida) Figura 5: Curva de seguimiento de la señal de velocidad después de la configuración del polo 6: Curva de seguimiento de la señal sinusoidal antes de la configuración del polo 7: Se puede ver en la configuración del polo que el sistema es estable, la respuesta a varias señales de entrada mejora enormemente y tiene un buen rendimiento de seguimiento, muy importante para los servosistemas. 3. Se concluye que el uso de ecuaciones del espacio de estados para representar el sistema puede vincular el estado del sistema con la entrada y salida del sistema, establecer la conexión entre las variables internas del sistema y la entrada externa y la salida medida, y ahorrar la información de las características internas del sistema, por lo que el modelo es más preciso y científico. Se propone un método para establecer un modelo de espacio de estados completo de un motor síncrono de imán permanente basado en control vectorial. Según este modelo, el rendimiento del sistema se analiza y calcula utilizando varios métodos de la teoría de control moderna. El análisis muestra que el sistema tiene total controlabilidad, completa observabilidad y estabilidad crítica. El sistema se estabiliza configurando polos mediante retroalimentación de estado, de modo que las variables de estado tengan un buen rendimiento de seguimiento de la señal de entrada. Proporciona métodos e ideas eficaces para un mayor análisis y diseño de sistemas de control.
Referencias: [1] Ouyang Liming. Diseño del sistema de control MATLAB [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2001. [2] Zhang Chongwei, Li,. Sistema de control de movimiento [M]. Wuhan: Prensa de la Universidad Tecnológica de Wuhan, 2002. [3] Li Sandong, Xue Hua. (2): 115-120.[4] Yang Ping, Ma Ruiqing, An. Método de modelado y simulación de un sistema de control de motor síncrono de imán permanente basado en Matlab [J] Journal of Shenyang University of Technology, 2005, (4): 195-65433. Du Jingyi. Base teórica del control moderno[M]. Prensa de la Universidad de Pekín, 2006. [6] Sun Liang. MATLAB Language and Control System Simulation [M]. Beijing: Beijing University of Technology Press, 2006. A medida que la gestión logística de mi país avanza gradualmente hacia la socialización y la cadena de suministro, es necesario combinar las operaciones logísticas y las prácticas de gestión de empresas específicas, según lean Los principios básicos de la logística y la situación de informatización de las empresas, a través de la investigación teórica y aplicada, se modifican y mejoran constantemente sobre la base del sistema prototipo de gestión logística de la cadena de suministro lean, y se llevan a cabo investigaciones y prácticas continuas para promover el suministro lean. Información de gestión de logística de cadena de las empresas manufactureras de mi país. Referencias: [1] Wu Yue. Sobre el sistema de logística ajustada [J]. Economía circular de China, 2006 54 38 0(5): 11-13. [2] (Estados Unidos) James P. Womack, (Reino Unido) 1999. [3] Richard Wilding. Delgada, más delgada, más delgada[J]. Revista Internacional de Distribución Física y Logística. Gestión Logística 1996, 25 (3/4) 20. [4]Wang Zhitai. Investigación en Ingeniería Logística[M]. Beijing: Universidad Capital de Economía y Prensa Empresarial, 2004. [5] Tian Yu, Zhu Daoli. Logística ajustada[J]. Logistics Technology, 1999 (6 caballos. Modelo de cálculo del volumen del flujo logístico de la cadena de suministro y tiempo de respuesta [J]. Cumbre Mundial sobre Sistemas Comerciales de la Sociedad de la Información, 2006, 5(4): 643-650. __
Aplicación típica de PLC en la transformación CNC de máquinas herramienta
Escuela de Ingeniería Mecánica y Electrónica, Universidad de Ciencia y Tecnología de Hebei, Shijiazhuang 050054
El plan específico de utilizar controladores programables para llevar a cabo Transformación CNC de máquinas herramienta y Se introducen los pasos generales y el proceso específico de transformación tomando como ejemplo el controlador programable de la serie Siemens S7-200, y se presentan el efecto de aplicación de la transformación CNC de la máquina herramienta y sus futuros beneficios sociales y económicos. explicado.
Palabras clave: controlador programable; máquina herramienta; transformación CNC
Número de clasificación de la Biblioteca de China: TG51 Código de identificación del documento: A Número de documento: 100320794 (2007) 1120147202.
Aplicaciones típicas del PLC en la transformación CNC de máquinas herramienta. Resumen: Este artículo analiza cómo utilizar controladores programables (PLC) para transformar máquinas herramienta y presenta en detalle todo el proceso de transformación de máquinas de corte basadas en PLC Siemens S7-200. Finalmente, se explica el papel de la transformación CNC y los beneficios que aporta. Palabras clave: Controlador lógico programable (PLC); Máquina herramienta; Transformación CNC0
Algunas máquinas herramienta existentes en mi país todavía utilizan el método tradicional de control de relé-contactor. Estas máquinas herramienta tienen muchos contactos y circuitos complejos. Después de años de uso, presentan muchas fallas, requieren mucho mantenimiento, son incómodos de mantener y tienen poca confiabilidad, lo que afecta seriamente la producción normal. Aunque algunas máquinas herramienta antiguas todavía pueden funcionar con normalidad, su precisión, eficiencia y automatización ya no pueden cumplir con los requisitos del proceso de producción actual. Es imperativo modernizar estas máquinas herramienta. La transformación no es sólo la necesidad de reutilizar los recursos empresariales y el desarrollo sostenible, sino también la necesidad de adaptarse a nuevas tecnologías de producción y mejorar los beneficios económicos.
La solución 1 es un medio eficaz para utilizar PLC para transformar el antiguo sistema de control de la máquina herramienta. Después de adoptar el control PLC, la cantidad de cableado en el circuito de control de la máquina herramienta se reduce considerablemente, la tasa de fallas se reduce considerablemente, se mejoran la estabilidad y la tasa de utilización de la operación del equipo, se mejora la confiabilidad y la intensidad del trabajo de mantenimiento y reparación. se reduce. Cuando cambia el programa de procesamiento de la máquina herramienta, se puede realizar un nuevo procesamiento simplemente modificando el programa PLC, lo cual es más conveniente y ayuda a mejorar la aplicabilidad de la máquina herramienta. Dado que la máquina herramienta tiene funciones de comunicación, una vez que la máquina herramienta se modifica con un controlador programable, se puede conectar en red y comunicar con otros dispositivos inteligentes, y se puede conectar a la red de automatización de la fábrica según sea necesario para futuras transformaciones y actualizaciones técnicas en el futuro. .
2 Proceso de transformación, pasos y ejemplos de aplicación (1) Comprender profundamente el proceso de trabajo de la máquina herramienta original, analizar y clasificar sus métodos de control básicos, secuencias de acción completadas y relaciones de condición, así como la protección relacionada. y control de enclavamiento, comunicarse plenamente con los operadores reales tanto como sea posible para comprender si es necesario mejorar la operación de control de las máquinas herramienta existentes para mejorar la precisión, la operabilidad y la seguridad, si es necesario, se implementará en diseños posteriores; (2) Con base en los resultados del análisis y clasificación, determine los dispositivos de entrada y salida requeridos por el usuario. Porque se trata de una transformación de una máquina herramienta antigua, bajo la premisa de asegurar que se cumplan los requisitos del proceso, los equipos de entrada y salida de la máquina herramienta original, como botones, interruptores de carrera, contactores, electroválvulas, etc. , aprovecharse al máximo y reducir los costes de transformación. (3) Selección de PLC. Determine la cantidad de puntos IPO necesarios en función de la cantidad y el tipo de dispositivos de entrada y salida. A la hora de determinar los puntos IPO, se debe dejar un margen de unos 20 para adaptarse a los cambios futuros en la tecnología de producción y dejar espacio para la transformación del sistema. En función del número de puntos IPO, se utiliza una fórmula empírica para estimar la capacidad de la memoria: número total de palabras de memoria = (número de puntos de entrada del interruptor, número de puntos de salida del interruptor) × 10 número de puntos de simulación × 150. Después de estimar el número de palabras en la memoria, deje un margen de 25. En consecuencia, elija el modelo apropiado. (4) Diseñar y compilar la tabla de asignación de IPO y dibujar el diagrama de cableado de IPO. Cabe señalar que los puntos de entrada o de salida del mismo tipo deben concentrarse y distribuirse continuamente tanto como sea posible. (5)Programación. El diagrama del circuito de control del relé de la máquina herramienta original se puede modificar y mejorar como referencia. Una vez completado el diseño del programa, se requiere la depuración de la simulación. (6) Una vez completada la depuración de la simulación, realice la depuración del sistema en el sitio. Verifique los problemas de depuración uno por uno hasta que la depuración sea exitosa. Finalmente, la información técnica debe ser organizada y archivada. Figura 1 Diagrama de cableado IPO A continuación se muestra el proceso de transformación CNC de una máquina cortadora de hojas de sierra. El proceso de control de la máquina herramienta es el siguiente: (1) Control del motor del husillo. Arranque, parada; (2) Control del motor de alimentación. El banco de trabajo se alimenta longitudinalmente hasta una posición tangente a la hoja de sierra, y luego el banco de trabajo se alimenta rápidamente lateralmente. Una vez finalizado, el banco de trabajo se mueve lentamente y retrocede. Durante este período, el banco de trabajo principal de la hoja de sierra cambia de velocidad y gira con un ritmo. ángulo de diente de sierra. Los dos movimientos se interpolan al mismo tiempo para formar un arco de diente de sierra; (3) control de arranque del motor de la bomba de enfriamiento, protección relacionada y control de enclavamiento, protección de sobrecarrera de la mesa de trabajo en todas las direcciones, control de enclavamiento en todas las direcciones, etc. Determine los dispositivos de entrada y salida de usuario necesarios.
Según el análisis de las condiciones del hardware del equipo, hay seis botones en el panel, que ocupan seis puertos de entrada digitales. Un interruptor DIP BCD ocupa cuatro puertos de entrada, una regla de rejilla lineal ocupa tres puertos de entrada y una perilla de estado de tres posiciones. Ocupa dos puertos de entrada. El actuador consta de tres motores paso a paso y dos motores asíncronos, de los cuales tres motores paso a paso requieren ocho puertos de salida digitales, y el motor principal de la muela abrasiva y la bomba de enfriamiento requieren cada uno un puerto de salida. Para garantizar la seguridad, el relé térmico no está conectado al terminal de entrada, sino directamente al terminal de salida del PLC. El número total de puntos de entrada es 15 puntos y el número de puntos de salida es 12 puntos. Teniendo en cuenta que debería haber un margen de unos 20, los puntos IPO deberían estar por encima de 30. Por lo tanto, se selecciona el PLC Siemens S7-200 serie 226, con 24 puntos de entrada, 16 puntos de salida y 40 puntos IPO. Prepare la tabla de asignación de IPO (consulte la Tabla 1) y dibuje el diagrama de cableado de IPO (consulte la Figura 1) para diseñar el programa y escribir el lenguaje de programación estructurado STL; Simule la depuración y la depuración del sistema en el sitio y complete el archivo de datos técnicos. Tabla 1 Tabla de asignación de IPO entrada salida I0. 0 interruptor DIP BCD 1 posición Q0. 0 terminal CP del eje W 2 interruptor DIP BCD 3 bits. Q0. 2 Terminal de dirección del eje W I0. 3 Interruptor DIP BCD 4 bit Q0. 3 Extremo libre del eje X I0. Entrada de fase A Q0. 6 Punto final de dirección del eje Y I0. 7 Entrada de fase B de la escala Q0. 7 Extremo libre del eje Y I1. 0,1 confirmación de entrada del diámetro de la hoja de sierra Q1. Relé de la bomba de refrigeración I1. 2 Confirmación de entrada del diámetro de la muela Q1. 2 Luz indicadora de alarma I1 3 Entrada 1 del mando de estado de tres posiciones 3 Luz indicadora de encendido I65438. 5 Arranque de la bomba de enfriamiento I1. 6 Parada de emergencia 3. El efecto puede lograr una automatización flexible del procesamiento y la eficiencia es de 5 a 6 veces mayor que la de las máquinas de hoja de sierra tradicionales. Los dientes de sierra procesados tienen alta precisión y dispersión de tamaño pequeño, lo que mejora la resistencia de los dientes de sierra. Tiene funciones de autorregulación como alarma automática, monitoreo automático y compensación, y puede lograr un procesamiento desatendido a largo plazo. Debido a la nueva aleación de acero utilizada en las hojas de sierra, el coste de reparación de los dientes desgastados es elevado. El uso de esta máquina de hoja de sierra le ha ahorrado a la fábrica costos de mantenimiento considerables y realmente ha mejorado su eficiencia. Conclusión El uso de PLC para llevar a cabo la transformación CNC de máquinas herramienta tradicionales puede resolver eficazmente problemas de procesamiento de piezas complejas, precisas y cambiables, cumplir con los requisitos de métodos de producción de alta calidad, eficientes y flexibles de múltiples variedades y lotes pequeños, y satisfacer las necesidades de producción rápida. Actualización de diversos productos mecánicos. Al mismo tiempo, ahorra muchos costos de modificación de equipos para la empresa, mejora los beneficios económicos y sociales de la empresa, mejora la competitividad de los productos de la empresa y facilita que la empresa sobreviva y se desarrolle en un entorno ferozmente competitivo. entorno del mercado. Referencias: [1] Chen. Control eléctrico y controlador programable[M]