Система управления следящим приводом портала машины термической резки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 757811 А 1 51)5 В 23 К 7/10 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 1 2(46) 30,08.92, БюлМ 32 .: листового металла, Использование; для уп(71) Научно-исследовательский институт. равления поперечным движением суппортаспециального машиностроения при МГТУ срезакомвдольпортала,атакжевлазерныхим, Н.Э.Баумана и плазменных машинах. Сущность изобре(72) А.И.Максимов, В.Б.Орлов, Е.Д.Смирнов тения: в цепи обратной связи по ускорениюи И.И.Степанова в качестве датчика ускорейия используется(56) Зуз 1 е 1 п йСЕМЦЫ-СМО Соптпцо 11 з Фильтр-наблюдатель, входы которого соеРай Соптго аког асЬапсеб гпейодз ОХ сцп 1 п 9 динены с выхс дами задатчика скорости, реапб аасЫппц. Проспект Фирмы ЕЗАВ- гулятора скорости, датчиковтока искоростиВАИСОСК, исполнительного двигатвля, а выход соедиАвторскоесвидетельство СССР нен с входом усилителя-преобразователя,М 1692781, кл. В 23 К 7/00, 1989. причем выход усилителя-преобразователя(54) СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СЛЕДЯЩИМ соединен с входом активного фильтра, выП ИВОДОМ ПОРТАЛА МАШИНц ТЕРМИ- ход которого соединен с третьим входом . фЧЕСКОЙ РЕЗКИ пропорционально-интегрального регулято(57) Изобретение относится к машинам тер- . ра скорости. 3 ил,мической резки, в особенности к машинам Изобретение относится к машинам термической резки, в особенности к машинам термической резки с числовым программным управлением для контурной обработки листового металла.Известна система управления машиной термической резки, обеспечивающая программное управление двухсторонним электрическим приводом портала портальной машины термической резки (11. Данная система управления включает устройство числового программного упрввления и следящий привод. Программное движение машины по контуру задается устройством числового программного управления, при- чем для увеличения точности обработки на углах контуров в управляющей программе еааЪ предусмотрено задание функции торможения, обеспечивающей на некОтором конечном участке контура доточки излома движение с замедлением; величина которого вычисляется в устройстве числового программного управленИя в зависимости от величины угла между двумяучастками контура.Недостатком данной системы управления является то, что при движении с замедлением на углах контура нарушаются оптимальные технологическиеусловия термйческой резки металла, ухудшается качество резки, увеличивается времяобработки, не гарантируется устранение" влияния собственных колебаний портала (которое особенно сильно в широкопортальных машинах5 10 20 25 30 40 45 50 55 для лазерной резки) на точность работы на углах,В качестве прототипа выбрана известная система управления приводом портала машины термической резки 2), Повышение точности обработки на изломах контуров и повышение качества резки достигнуто путем алгебраического суммирования в пропорционально-интегральном регуляторе скорости сигнала дополнительной обратной связи поускорению движения портала.Наиболее существенными недостатками данного устройства являются:- передача сигнала с датчика ускорения, укрепленного на подвижном механизме (портале) на неподвижную электронную часть привода (регулятор скорости) приводит к усложнению конструкции машины;- непосредственно сам датчик линейных ускорений внбсит свои собственные погрешйости в измерение ускорения, что требует дополнительных средств коррекции.Целью настоящего изобретения является повышение точности обработки на изломах контуров, а также упрощение конструкции машины путем замены датчика линейного ускорения фильтром-наблюдателем, который формирует сигнал, пропорциональный ускорению центральной точки портала.Для реализации цели в цепи обратной связи по ускорению датчик ускорения движения портала, установленный в вертикальной плоскоСти, йерпендикулярной порталу и проходящей через его середину, заменен фильтром-наблюдателем, который по лего доступным измерению сигналам с датчика Фока двигателя, с тахогенератора, с задатчика скорости, и с регулятора скорости формирует сигйэл; пропорциональный ускорению центральной точки портала, При этом отпадает необходимость установки измерительных устройств на подвижной части машины, так как электронное устройство фильтра-наблюдателя может находиться в любом удобном месте.Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 приведена функциональная блок-схема системы управления следящим приводом портала машины термической резки; на фиг.2 представлена структурная схема включения фильтра-наблюдателя в систему управления машины термической резки; на фиг.3 представлена структурная схема подключения активного фильтра ко входу регулятора скорости.Система управления движением портала машины термической резки (фиг.1) включает устройство числового программного управления 1, с задатчиком скорости управляющий сигнал с которого подключен ко входу 2 пропорционально-интегрального регулятора скорости 3 и ко входу 4 устройства фильтра-наблюдателя 5. Регулятор скорости 3 подключен ко входу усилителя мощности с регулятором тока 6 и ко входу 7 устройства фильтра-наблюдателя 5. Усилитель мощности с регулятором тока 6 соединен с исполнительным двигателем 8, а также с датчиком тока 9, который в свою очередь также соединен со входом 10 фильтра-наблюдателя 5. Исполнительный двигатель 8 кинематически связан с датчиком скорости 11, с датчиком угла поворота 12 вала двигателя и редуктором 13, Выходы датчиков скорости 11 и угла поворота 12 соединены соответственно с входом 14 регулятора скорости, с входом 15 фильтра-наблюдателя и с входом 16 устройства числового программного управления.Силовой редуктор 13 кинематически связан с левым 17 и правым 18 боковыми редукторэми соответствующих кареток 19,20 портальной машины термической резки. Редукторы 17, 18 представляют собой механические передачи типа колесо-рейка или винт-гайка, осуществляющие . преобразование вращательного движения входных валов в синхронное поступательное движение боковых кареток 19 и 20 портальной машины термической резки, жестко связанных с порталом 21, Выход наблюдателя 5 соединен с усилителем-преобразователем 22, а выход35 усилителя-преобразователя 22 - со входом активного фильтра 23, выход которого соединен со входом 24 регулятора скорости 3 следящего привода портала. На фиг.2 представлена структурная схема включения фильтра-наблюдателя в систему управления машины термической резки, где введены следующие обозначения;К 1 - коэффициент усиления регулятора скорости;Кг - коэффициент усиления усилителя мощности с регулятором тока;Т - постоянная времени регулятора скорости;Вц- сопротивление цепи якоря двигателя;Тэ - электрическая постоянная двигателя;Км - коэффициент пропорциональности между током двигателя и скоростью вращения ротора;1- момент инерции ротора двигателя; С - жесткость портала в направлении продольного движения;ф - коэффициент потери упругости портала;111 - момент инерции портала, приведенный к валу двигателя;Ка - коэффициент противо-ЭДС двигателя;Кдт - коэффициент усиления датчика то ка;Кт - коэффициент усиления обратйой связи по току двигателя;Ктг- коэффициент усиления тахогенератора; 10Кс - коэффициент усиления обратной связи по скорости;ло, е - ускорение центральной точки , портала и оценка этого ускоренйя;ад - скорость вращения ротора двига теля;1- ток якорной цепи;У 1, У 2,. Уз - сигналы, поступающие в фильтр соответственно с тахогенератора, датчика тока и с регулятора тока с усилите лем мощности;91, 92 ф б 11, 022, 121 з 122, п)23, 922, п 23 параметры фильтра-наблюдателя. Принцип построения структуры фильтра-наблюдате- ля и определения его параметров изложен 25 в (5. На фиг,З представлена структурная схема подключения активного фильтра-ко входу регулятора скорости, содержащая ус-. тройство числового программного управле- ния 1, пропорционально-интегральный З 0 регулятор скорости 3 и активный фильтр 23 с передаточной функцией1+Т 1 РЯф(Р) = Кф .где Кф - коэффициент усиления активйого 35 фильтра;Т - постоянная времени дифференцйрующего звена интегро-дифференцирующего контура;Т 2 - постоянная времени интегрирую щего звена интегро-дифференцирующего контура.Активный фильтр осуществляет преобразование сигнала, пропорционального ускорению центральной точки портала, причем выход активного фильтра 23 соеди нен со входом 24 пропорционально-интег- рального регулятора скорости 3, имеющего по входам 2, 14, 24 соответствующие коэффициенты усиления К 2, К 14, К 24.Устройство работает следующим обра зом (см, фиг,1). в соответствии с управляющей программой.Устройство числового программного управления 1 формирует входное воздействие на пропорционально-интегральный регуля тор скорости 3 следящего по положению привода япортала 21 машины термической резки, включающего устройства числового программного управления 1, пропорционально-интегральный регулятор скорости 3, усилитель мощности с регулятором тока 6, двигатель 8, датчики тока 9, скорости вращения 11 и угла поворота 12 исполнительного двигателя 8. С выхода регулятора скорости 3 сигнал подается на выход усилителя мощности с регулятором тока 6, на выходе которого формируется напряжение питания якорных цепей исполнительного двигателя 8, В цепь исполнительного двигателя 8 включен датчик тока 9, от которого сигнал поступает на вход 10 устройства наблюдателя 5. Вал двигателя 8 кинематически связан с датчиком угловой скорости 11 вращения вала двигателя 8, Сигнал с выхода датчика скорости 11 подается йавход 14 регулятора . скорости 3 в виде сигнала отрицательной обратной связи. С помощью отрицательной обратной связи по скорости обеспечивается настройка следящего йривода портала как привода стабилизации скорости. Следящий привод портала, замкнутый по положению через устройство числового программного управления 1 с помощью датчика угла поворота 12 вала двигателя 8, кинематически связанного через центральный редуктор 13 и боковые редукторы 17 и 18 соответствующих боковых кареток 19 и 20 портальной машины термической резки с порталом 21, обеспечивает управлениедвижением портала. Устройство наблюдателя 5, на входы 4, 7, 10, 15 которого подаются сигналы соответственно с устройства числового программного управления 1, с регулятора скорости 3, с датчика тока 9, и с датчика скорости 11, формирует сигнал, пропорциональный ускорению центральной точки портала 21. После усиления сигнала с наблюдателя в усилителе-преобразователе 22 этот сигнал подвергается динамической обработке с помощь активного фильтра 23, вход которого соединен с выходом уСилителя-преобразователя 22. Активный фильтр обеспечивает необходимую коррекцию сигнала отрицательной обратной связи по ускорению центральной точки портала, в результате чего после подачи сигнала с выхода активного фильтра 23 на вход 24 регулятора скорости 3 удается значительно улучшить динамические характеристики движения портала 21, задемпфировав собственные колебания портала, что позволяет практически исключить искажение контура на излом. Демпфирование собственных колебаний портала в зависимости от частоты первого тона симметричных колебаний (при синхронном движении боковых кареток) обеспечивается настройкой параметров интегро-дифференцирующего контура активного фильтра1757811 10 9также последовательно соединенные дат- . качества резки, в.нее введены датчик тока чик ускорения; усилитель-преобразователь двигателя, адатчик ускорения выполнен на и активный фильтр, подключенный к треть- устройстве фильтра-наблюдателя, входы коемувходурегулятораскорости,отличаю- торого подключены к выходам устройства щ а я с я тем; что целью повышения 5 числового программного управления, регуточности обработки на изломах контуров и. лятора скорости и датчика"тока,1757811 Актибный ривьвр1Составитель А. Максимов Редактор Л. Павлова Техред М.Моргентал Корректор Т. Пали Заказ 2959 . ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гага