Разработка системы управления степенью подвижности робота-манипулятора вдоль вертикальной оси

ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 7
1.1 Основные сведенья о частотно-регулируемом электроприводе 7
1.2 Преимущества использования регулируемого электропривода в технологических процессах 10
1.3 Структура частотного преобразователя 11
1.4 Выводы по разделу 13
2. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 14
2.1 Скалярное управление асинхронным двигателем 14
2.2 Векторное управление асинхронным двигателем 16
2.3 Выводы по разделу 18
3. РАСЧЕТ И ВЫБОР ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 19
3.1 Исходные данные и требования к электроприводу 19
3.2 Выбор схемы преобразователя частоты 21
3.3 Расчет и построение нагрузочной диаграммы производственного механизма, предварительный выбор двигателя 23
3.4 Расчет и построение нагрузочной диаграммы двигателя, проверка двигателя по условиям нагрева и перегрузки 27
3.5 Расчет и выбор элементов силовой части преобразователя 30
3.5.1 Расчет инвертора 30
3.5.2 Расчет выпрямителя 32
3.5.3 Расчет фильтра 33
3.5.4 Расчет снаббера 35
3.5.5 Расчет автоматического выключателя 37
3.6 Выводы по разделу 37
4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 39
4.1 Разработка функциональной схемы 39
4.2 Расчет и построение статических характеристик в разомкнутой системе… 41
4.3 Синтез системы автоматического регулирования 46
4.4 Расчет и построение статических характеристик в замкнутой системе….. 50
4.5 Вывод по главе 52
5. ПРОРАБОТКА ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ 53
5.1 Разработка электрической схемы управления частотно-регулируемым электроприводом 53
5.2 Вывод по разделу 56
6. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА 57
6.1 Моделирование математической модели электропривода 57
6.2 Выводы по разделу 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 61
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 63
ПРИЛОЖЕНИЯ 64
ПРИЛОЖЕНИЕ А 65

Весь текст будет доступен после покупки

Робототехника - это одно из самых важных и перспективных направлений научно-технического прогресса. Сегодня роботы являются неотъемлемой частью нашей жизни и широко используются во многих областях, начиная от производства и заканчивая домашними обязанностями. Они помогают нам повысить эффективность работы, улучшить качество жизни и решить множество задач, которые невозможно выполнить без помощи техники.
Однако, разработка роботов – это далеко не простая задача. Это связано с тем, что робототехника объединяет в себе множество областей знаний, начиная от электроники и механики, и заканчивая программированием и искусственным интеллектом. Одна из ключевых компонентов робота - это электропривод, который позволяет управлять двигателем и механизмами, делая робота более гибким и функциональным.
Электроприводы выполняют множество функций, начиная от контроля скорости и направления вращения двигателя, и заканчивая защитой системы от неожиданных помех и замыканий. Они также позволяют увеличить жизненный цикл двигателя и повысить его эффективность. Поэтому, разработка и производство электроприводов является одной из ключевых частей робототехники.
Обучение профессиональных компетенций в области разработки электроприводов является важнейшим фактором в развитии робототехники. Это позволяет не только улучшить качество производства роботов, но и повысить их технические характеристики, расширить область применения и улучшить их функциональность. Поэтому, мы должны продолжать улучшать и развивать знания и компетенции в области электроприводов, чтобы наша робототехника стала еще более совершенной и универсальной.
Поскольку направление проектирования и производства электроприводов является одной из важнейших частей робототехники, то можно подчеркнуть важность и актуальность освоения профессиональных компетенций в рамках разработки электроприводов.

Весь текст будет доступен после покупки

Основные сведенья о частотно-регулируемом электроприводе

Частотно-регулируемый электропривод - это система, которая используется для регулирования скорости вращения двигателя в зависимости от потребностей процесса. Она основана на использовании частотного преобразователя, который позволяет изменять скорость вращения электродвигателя путем регулирования частоты сигнала питания.
Частотно-регулируемые электроприводы идеально подходят для широкого спектра применений, начиная от гидравлических насосов и вентиляционных систем до приводов для сверлильных станков и конвейеров. В более сложных промышленных системах, таких как судостроение и горнодобывающая промышленность, частотно-регулируемые электроприводы широко используются для управления мощными двигателями, которые работают в условиях повышенного напряжения и нагрузки.
Кроме того, частотно-регулируемые электроприводы также позволяют снижать шум и вибрации, что улучшает условия работы и приводит к уменьшению износа оборудования. В целом использование частотно-регулируемых электроприводов помогает увеличить производительность и снизить затраты на обслуживание оборудования.
Для частотного регулируемого электропривода могут использоваться различные типы двигателей:
Асинхронные трехфазные двигатели — наиболее распространенный тип двигателей для частотного регулирования. Они легки в управлении, имеют высокую эффективность и надежность.
Синхронные двигатели — также могут использоваться в частотно-регулируемых приводах, но они требуют специального контроллера для поддержания константной скорости вращения.
Шаговые двигатели — подходят для применения в низкопроизводительных приложениях, таких как позиционирование и перемещение. Они легки в управлении и имеют высокую точность.

Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.
Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.
Основной недостаток асинхронных электродвигателей – сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).
Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных схем управления позволили различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.
Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты. Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.
Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f_1 питающего напряжения, можно при неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора. Это видно по этой формуле:
?_0=(2?•f_1)/p;

Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя – коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности – необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.
Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки M_с. При постоянном моменте нагрузки (M_с (?)=const) напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:
U_1/f_1 =const;

Для механизмов с вентиляторной характеристикой (M_с=?^2) закон частотного регулирования, если принять ?=f, принимает вид:
U_1/?f_1?^2 =const;

Для механизма с постоянной мощностью на валу (M_с=1/?) закон частотного регулирования выглядит так:
U_1/vf=const;
Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Анучин, А.С. Системы управления электроприводов / А.С. Анучин. - Вологда: Инфра-Инженерия, 2015. - 373 c.
2. Юревич Е.И. Управление роботами и роботехническими системами: Учеб. пособие. – СПб.: Изд-во ПбГТУ, 2001. - 167 с.
3. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: Учебник для вузов/М.П. Белов, В.А. Новиков, Л.Н. Рассудов. –М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 576 с.
4. Белов, С.В. Безопасность производственных процессов: Справочник / С. В. Белов, В. Н. Бринза, Б. С. Векшин и др.; Под общ. Ред. С. В. Белова. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с., ил.
5. Васильев, Б.Г. Электропривод.Энергетика электропривода: Учебник / Б.Г. Васильев. - М.: Солон-пресс, 2015. - 268 c.

Весь текст будет доступен после покупки