1 Синтез цепей управления подвижного фрезерного агрегата Дипломная работа Батаков Михаил Юрьевич, ПС-571 Руководитель: Кацай Д.А., к.т.н., доцент Консультант: - презентация

1 1 Синтез цепей управления подвижного фрезерного агрегата Дипломная работа Батаков Михаил Юрьевич, ПС-571 Руководитель: Кацай Д.А., к.т.н., доцент Консультант: по IT технологиям, Лысова А.А., ведущий программист Федеральное агентство по образованию Южно-Уральский государственный университет Кафедра «Приборостроение»

2 2 Цели и задачи дипломной работы Цель работы: разработка системы управления подвижного модуля агрегата ротационного фрезерования малогабаритного для ручного использования (АРФа-М). Задачи работы: - синтезировать математическую модель объекта управления; - выполнить моделирование динамики системы управления; - синтезировать обратную связь с помощью ШИМ-регулятора; - разработать микроконтроллерную систему управления; - разработать эскизный проект агрегата ротационного фрезерования малогабаритного для ручного использования (АРФа-М).

3 3 Структурная схема системы управления Структурная схема системы управления включает в себя: объект управления (платформа с фрезерным модулем), систему ультразвуковых датчиков, наблюдатель Люинбергера и ШИМ- регулятор, которые реализованы программно на микроконтроллерной плате.

4 4 Математическая модель объекта управления где m f – масса фрезерного модуля; K d – коэффициент демпфирования системы; С – коэффициент жесткости системы; y – регулируемая величина; F УПР – управляющее воздействие; F ВОЗМ – возмущение. В качестве возмущения в системе выступает вес фрезерного модуля: F ВОЗМ =P f =m f g. В качестве управляющего воздействия выступает жесткость пружинного подвеса: F УПР =Сy. В положении равновесия: F ВОЗМ =F УПР.

5 5 Математическая модель объекта управления в переменных состояния Переменные состояния: Дифференциальное уравнение движения модуля в переменных состояния: Матрицы состояния и управления соответственно:

6 6 Настройка параметров регулятора Система управления синтезируется методом модального управления, который позволяет реализовать в системе требуемые свойства путем управления корнями характеристического уравнения. Алгоритм: Матрица Желаемый характеристический полином Корни желаемого характеристического полинома Характеристическое уравнение рассматриваемой системы с неизвестными параметрами регулятора Параметры регулятора, обеспечивающие желаемое расположение корней характеристического полинома

7 7 ШИМ-управление sh(t) t

8 8 Синтез наблюдателя Люинбергера Дифференциальное уравнение полноразмерного наблюдателя Люинбергера: где G – матрица Люинбергера; P – матрица регулятора; (A-BP) – матрица состояния замкнутой системы. Элементы матрицы G определяются по алгоритму, согласно которому произведена настройка регулятора. Матрица G выбирается таким образом, чтобы наблюдатель обладал большим по сравнению с замкнутой системой быстродействием, и чтобы придать матрице (A-BP-GC) заранее предписанные корни. Расширенная матрица состояния:

9 9 Схема моделирования разработанной системы управления с помощью программы MathCAD

10 10 Результаты моделирования в программе MathCAD Показатели качества переходной характеристики: перерегулирование σ=15,7%, время регулирования t P =2,6 с. t t значение скорости восстановленное значение скорости значение координаты восстановленное значение координаты σ tPtP

11 11 Разработка микроконтроллерной системы управления Микроконтроллерный блок управления AVR-SAVVY128 на основе микроконтроллера ATmega128 микроконтроллер ATmega128считыватель карт MMC/SD интерфейс RS-232 интерфейс USB интерфейс портов ввода-вывода

12 12 Эскизный проект агрегата ротационного фрезерования Агрегат ротационного фрезерования малогабаритный для ручного использования (АРФа-М)

13 13 Фрезерный модуль с исполнительным двигателем

14 14 Система ультразвуковых датчиков

15 15 Микроконтроллерный блок управления в кожухе

16 16 Организационно-экономический раздел Затраты на внедрение проекта: руб. 1 год Выпуск25 приборов Стоимость руб. Эконом. эффект руб. Срок окупаемости проекта: 7 месяцев.

17 17 Выводы по работе 1) синтезирована математическая модель объекта управления; 2) выполнено численное моделирование работы привода по перемещению фрезерного модуля; 3) синтезирована обратная связь с помощью ШИМ-регулятора, произведена настройка регулятора; 4) выбрана аппаратная платформа для дальнейшей разработки и реализации алгоритма программного управления; 5) разработан эскизный проект агрегата ротационного фрезерования малогабаритного для ручного использования; 6) масса фрезерного модуля m f =15 кг; 7) показатели качества переходной характеристики, характеризующие быстродействие системы: перерегулирование σ =15,7%, время регулирования t P =2,6 с; 8) расчетная мощность исполнительного двигателя: N =4,7 КВт.