Servosystémy a regulace

Stag

Anotace:

Základy teorie lineární regulace: Popis obvodů pomocí Laplaceovy transformace, frekvenční a přechodové charakteristiky, přenosové funkce, obvody se zpětnou vazbou a jejich stabilita, regulátory, základní nelinearity.

Přehled funkcí a prvků elektrických a elektrohydraulických servomechanismů, statika a dynamika servopohonů NC obráběcích strojů, zásady pro návrh servomechanismů.

Požadavky na studenta:

Absolvovat nejméně 75% cvičení a úspěšně absolvovat zápočtový test.

Přednášky:

1. Zpětnovazební regulační obvody, jejich funkce, struktura a příklady jejich chování. Využití blokových schémat k popisu regulačních obvodů, základy blokové algebry.

2. Statické charakteristiky prvků regulačních obvodů, základní nelinearity. Dynamické charakteristiky, popis diferenciálními rovnicemi, řešení pomocí Laplaceovy transformace, obrazový a frekvenční přenos obvodu, frekvenční a přechodové charakteristiky.

3. Statické a dynamické charakteristiky základních prvků regulačních obvodů. Sestavení modelu stejnosměrného motoru.

4. Zpětnovazební obvody, přenos otevřené a uzavřené regulační smyčky. Základní typy regulátorů a jejich vliv na chování obvodů. Stabilita a kriteria pro její posouzení (kořeny přenosu uzavřené smyčky, frekvenční charakteristiky, geometrické místo kořenů).

5. Polohové servomechanismy, jejich prvky, oblasti použití. Základní používané typy (přímé a nepřímé pohony, elektrické a elektrohydraulické, rotační a lineární), jejich výhody a nevýhody.

6. Polohové servomechanismy a jejich vlastnosti. Zesílení Kv, sledovací odchylka, odezva na skok žádané rychlosti, citlivost a hysterese nastavení polohy, statická a dynamická tuhost.

7. Základní požadavky na pohony pro polohové servomechanismy. Zásady pro návrh polohového servomechanismu. Optimální převod.

8. Mechanické prvky servomechanismů. Spojky, převody, speciální převodovky (planetové, cykloidní, harmonické), kuličkové šrouby, svěrná spojení nábojů a hřídelí. Předepnutá a nepředepnutá spojení.

9. Elektrické motory pro servomechanismy a jejich základní parametry. Regulace stejnosměrného motoru, proudová, rychlostní a polohová smyčka. Polohový servomechanismus s elektrickým motorem, vícehmotové mechanické systémy.

10. Tyristorové a tranzistorové měniče, typy elektrických servopohonů, principy jejich činnosti. Regulace s odbuzováním motoru.

11. Hydraulické motory pro servomechanismy a jejich základní parametry. Sestavení dynamického modelu. Regulace hydromotoru, tlaková, rychlostní a polohová smyčka.

12. Servoventily - principy činnosti. Průtoková rovnice, průtokové a tlakové charakteristiky, model dynamiky. Životnost servoventilů.

13. Hydraulické obvody pro napájení hydraulických servopohonů, údržba, filtrace a výměny hydraulické kapaliny.

14. Moderní způsoby řízení servopohonů. Speciální problémy: dynamické odchylky od programované dráhy při současném pohybu více souřadnic (interpolace).

Cvičení:

1. Bloková algebra, sestavení modelu v prostředí MATLAB - SIMULINK.

2. Sestavení modelu hmoty na pružině a zjištění jeho vlastností.

3. Určení frekvenční charakteristiky.

4. Použití různých typů regulátorů, stabilita.

5. Test - frekvenční charakteristika regulačního obvodu, určení zesílení na mezi stability.

6. Videoprogram - číslicově řízené obráběcí stroje.

7. Model mechaniky servomechanismu. Přepočty točivých momentů, momentů setrvačnosti, optimální převod, výpočet rychlosti a zrychlení na koncovém členu mechanismu.

8. Stanovení minimální tuhosti posuvového šroubu, stanovení vlastní frekvence posouvané hmoty.

9. Výpočet ztráty pohybu vlivem konečné tuhosti a pasivních odporů.

10. Výpočet potřebného točivého momentu motoru servopohonu.

11. Test - stanovení velikosti elektrického servopohonu.

12. Stanovení velikosti hydromotoru a servoventilu.

13. Test - stanovení velikosti elektrohydraulického servopohonu.

14. Zápočty

Literatura:

• DORF, R.C.- BISHOP, R.H.: Modern Control Systems, Addison-Wesley, Menlo Park, California, USA, 1998.

• HAVLENA,V.- ŠTECHA, J.: Moderní teorie řízení. Skriptum ČVUT FEL, Praha, 1996. HOUŠA, J.: Konstrukce číslicově řízených obráběcích strojů, SNTL 1985.

• KUBÍK, S.- KOTEK, Z.- STREJC, V.- ŠTECHA, J.: Teorie automatického řízení I. Lineární a nelineární systémy. SNTL, Praha, 1982.

• SKALLA, J.: Návrh a dimenzování polohových servomechanismů obráběcích strojů, habilitační práce, TU Liberec, 1995.

• SOUČEK, P.: Pohony výrobních zařízení (Servomechanismy). Skriptum ČVUT Praha, 1994, 1997.

• SOUČEK, P.: Elektrohydraulické servomechanismy. Skriptum ČVUT Praha, 1990, 1992.