АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ТРЕНИЯ НА РАБОТУ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

Слепцов В.В.

Аблаева А.Е.

Опыт эксплуатации электроприводов автоматизированного оборудования показал, что при движении на сверхнизких скоростях (примерно в тысячу раз меньших номинальных) в некоторых случаях наблюдается неустойчивые переходные процессы, поэтому задача исключения таких явлений является чрезвычайно важной и актуальной.

Современный регулируемый электропривод (РЭП) представляет собой сложную электромеханическую систему, осуществляющую преобразование входного управляющего сигнала в скорость перемещения исполнительного органа. Такой РЭП состоит из регуляторов скорости (РС) и момента (РМ), усилителя мощности (УМ), электродвигателя (ЭД), датчиков скорости и момента (ДС, ДМ).

Математическую модель РЭП с ЭД (независимо от его типа – постоянного или переменного тока) можно представить как на рисунке 1 [1].

Рисунок 1. Структурная схема РЭП

Приняты следующие обозначения: Wрс(S) – передаточная функция регулятора скорости; Fс – типовая нелинейность типа «ограничение» регулятора скорости; Км, Тм – коэффициент передачи и постоянная времени контура момента; J – момент инерции ЭД; Мтр – момент трения на валу ЭД; Fтр – нелинейность сухого трения ЭД [2]; Uзс, Uзм – соответственно сигналы задания скорости и момента; Ω - скорость перемещения вала двигателя; Uдс – сигнал с датчика скорости [3].

Момент трения следует рассмотреть подробнее. Дело в том, что он состоит из двух моментов – момента трения покоя и момента трения скольжения [2], нелинейность Fтр представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Характеристика Fтр

Контур скорости в РЭП обычно настраивают на симметричный оптимум [1]. В работе рассмотрено поведение РЭП в нижней зоне диапазона регулирования и влияние на него трения. Анализируемый электропривод состоит из преобразователя ПРШ-101, ЭД ДПУ-550 с тахогенератором ТП-80. На рисунке 3 приведена тахограмма РЭП при Uзс = 0,1 В и Мтр=0.

Рисунок 3. Тахограмма РЭП при Uзс = 0.01 В и отсутствии момента трения

Из рисунка 3 видно, что переходной процесс в электроприводе близок к оптимальному – перерегулирование менее 40%. На рисунке 4 приведена тахограмма переходного процесса электропривода при Uзс = 0.01 В и моменте трения, соответствующего рисунку 2.

Рисунок 4. Тахограмма РЭП при Uзс = 0.01 В и моменте трения.

Из рисунков следует, что трение существенно ухудшает движение электродвигателя на низких скоростях – процесс носит колебательный характер, поэтому игнорирование реальной характеристики Fтр может существенно исказить результаты проектирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афонин В.Л., Крайнев А.Ф., Ковалев В.Е., Ляхов Д.М., Слепцов В.В.. Обрабатывающее оборудование нового поколения. Концепция проектирования. М.: Машиностроение, 2001. – 256 с.

2. Кулешов В.С., Лакота Н.А. Динамика систем управления манипуляторами. М.: Энергия, 1971. – 304 с.

3. Лукинов, А.П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств/ А.П. Лукинов. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 608 с.