Информационные технологии при проектировании высокомоментного линейного привода с цифровым программным (стр. 4 из 6)

Глава 2. Современные компьютерные технологии при проектировании высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Привод линейный синхронный представляет собой комплектный привод прямого действия на базе однокоординатного синхронного линейного двигателя на опорах качения с линейными подшипниками. Управление приводом осуществляется от унифицированного блока управления, входящего в состав привода.

Высокомоментный линейный привод с цифровым программным управлением предназначен для использования в оборудовании, применяемом при нарезке металла, раскрое ткани и других областях, в которых требуется перемещение вдоль одной или нескольких координат с некоторой заданной скоростью и точностью. Привод включает линейный двигатель с постоянными магнитами из редкоземельных металлов и блок управления, содержащий модуль память и микропроцессор. Блок управления осуществляет связь привода с управляющей ЭВМ, отслеживает отработку заданных параметров функционирования, осуществляет контроль за точностью отработки координаты.

Привод ПЛС представляет собой безжелезную конструкцию синхронного линейного двигателя, т.е. пиковая тяга двигателя ограничена только возможностями блока управления и максимально допустимой рассеиваемой мощностью подвижной катушки. Отсутствие в магнитной цепи двигателя железных элементом с насыщением обеспечивает отсутствие зубцового эффекта при перемещении катушки.

Индуктор перемещается относительно статора свободно за счет конструктивного зазора. Магнитный зазор между подвижной и неподвижной частями составляет несколько десятых долей миллиметра. Индуктор опирается на линейные направляющие, закрепленные на корпусе. Расположенная на катушке двухфазная обмотка при питании каждой фазы соответственно синусоидальным и косинусоидальным током обеспечивает бегущую волну электромагнитного поля. Взаимодействие этого поля с полем расположенных на статоре постоянных магнитов и создает тяговое усилие при перемещении индуктора относительно неподвижного статора. Формирование синусоидальных и косинусоидальных токов, также как и регулировка амплитуд этих токов для получения требуемой мгновенной тяги в соответствии с алгоритмами управления обеспечивается блоком управления.

Использование относительно недорогих покупных комплектующих и несложных в изготовлении деталей обеспечивает приводу высокие технико-экономические показатели по сравнению с заметно более дорогостоящими приводами импортного производства и обеспечивает хорошие предпосылки для его широкого использования в широкой номенклатуре координатных систем устройств промышленной автоматизации.

При разработке такого устройства, используя современные компьютерные технологии, необходимо решить следующие задачи:

разработать структурную схему процесса разработки, задача будет решена, используя программу SPlan;

произвести математический расчет динамических и точностных характеристик, задача будет решена, используя пакет Mathematica 5.0;

разработать комплект конструкторской документации, задача будет решена, используя пакеты AutoCAD и SPlan;

разработать систему управления, задача будет решена, используя специализированное программное обеспечение Xilinx;

разработать прикладное программное обеспечение, задача будет решена, используя язык программирования СИ.

2.1 Построение структурной схемы процесса разработки высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением с применением современных компьютерных технологий

Как уже ранее говорилось для построения структурной схемы процесса выполнения задачи можно применять различные программные средства. Для построения обобщенного алгоритма проектирования и изготовления высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением (ПЛС) применяли программу SPlan, как наиболее простую и не требующую длительного времени для освоения. Общий вид программы представлен на Рис.2.2

Рисунок 2.2 - Общий вид программы SPlan.

Для построения структурной схемы процесса разработки и изготовления ПЛС в SPlan существует библиотека стандартных, геометрических фигур (прямоугольник, круг, многогранник, линия), при построении удобно применять сетку и привязку к ней Опции/ Привязка к сетке. Размер сетки устанавливается в окне Опции/ Размеры сетки. Используя библиотеку геометрических фигур и соединительные стрелки из библиотеки Символы в выпадающем меню с левой стороны основного окна, строим обобщенную структурную схему разработки и изготовления ПЛС.

Для введения в блоки необходимого текста имеется соответствующая опция обозначенная ab| или если необходимо ввести большой текст.

Первым этапом установили размер сетки равный 1 мм и привязку к ней. Используя опцию Прямоугольник, на панели инструментов, строим предполагаемое количество блоков и соединяем их стрелками из библиотеки Символы и линиями опции Линия. Рис.2.3

Рис 2.3 - Построение структурной схема процесса разработки и изготовления ПЛС.

Применяя описанную ранее опцию ab|, вписываем в блоки необходимый текст, задавая в окне размер шрифта 35.

Таким образом, структурная схема процесса разработки и изготовления ПЛС будет иметь вид Рис.2.4

Рис 2.4 - Структурная схема процесса разработки и изготовления ПЛС.

2.2 Математический расчет динамических и точностных характеристик высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Очевидно, что по мере усложнения устройства усложняется и расчет его конструкционных параметров, динамических, точностных и прочностных характеристик. Возникает необходимость построения сложных зависимостей в виде графиков, решения сложных уравнений, дифференциальных уравнений, систем дифференциальных уравнений. В этих случаях никак не обойтись без современных математических пакетов. Для расчета конструкционных параметров, динамических, точностных и прочностных характеристик ПЛС применяли математический пакет Mathematica 5.0, поскольку он дает возможность решать уравнения в символьном виде, а так же дает возможность обрабатывать результаты экспериментов из файлов *. txt.

При необходимости можно добавлять или убирать палитры File/Palettes. Данный пакет имеет удобную для ввода формул палитру весьма схожую с привычной для нас палитрой для ввода формул в Word. Для того чтобы пакет выполнил вычисления необходимо после каждой формулы набирать Ctrl+Shift. Для построения графиков и зависимостей используют функцию Plot, а при необходимости ее расширенные возможности (например ParametricPlot.

Общий вид представлен на Рис 2.5

Рисунок 2.5 - Общий вид пакета Mathematica 5.0.

Для расчета точностных характеристик ПЛС, т. е для расчета методики определения положения статора двигателя относительно его ротора в любой момент времени использовали систему Mathematica 5.0.

Поскольку вычисления не требовали использования сложный функций, решения дифференциальных уравнений, вычислений интегралов и т.д. использовали только палитру алгебраических вычислений. Как уже ранее говорилось, ввод формул не представляет трудностей, поскольку весьма схож с редактором формул Word. Необходимо просто нажать мышкой по нужной операции или формуле в палитре. Пример расчета динамических характеристик ПЛС приведен на Рис.2.6

Рисунок 2.6 - Фрагмент расчета динамических характеристик ПЛС в пакете Mathematica 5.0.

В дальнейшем Mathematica будет использоваться при обработке результатов испытаний, используя следующую команду val=ReadList [“D: \Work\exp1\res. txt”,Number,RecordList->True], чтобы построить график по этим данным необходимо ввести ListPlot [val].

При необходимости формулы и числовые выражения легко переносятся в Word.

2.3 Разработка комплекта конструкторской документации для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Комплект конструкторской документации для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением представляет собой комплект чертежей деталей и сборочных единиц, комплект электрических схем блока управления и спецификации к ним.

2.3.1 Геометрическое моделирование высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Для разработки комплекта конструкторской документации (КД) на предприятиях машиностроительного комплекса широко используется AutoCAD. При разработке комплекта КД для высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением так же использовали AutoCAD 2004, поскольку данный пакет имеет русифицированный интерфейс и используется на предприятии-изготовителе. Общий вид программы представлен на Рис.2.7

Рисунок 2.7 - Общий вид AutoCAD 2004.

AutoCAD 2004 имеет набор примитивов с помощью которых быстро и удобно чертить. Примитивы расположены в левой части окна или во вложенном меню Рисование. Начиная работу удобно выбираем рабочую область Формат/ Лимиты рисования, задаем в командной строке координату по X и поY, сетку GRID (внизу экрана), а и привязку к сетке SNAP. Вверху экрана в соответствующем окне необходимо установить форму и толщину линий. Удобно при черчении использовать разные слои, например, разделить слои со вспомогательными линиями, основной чертеж и размеры. Можно чертить используя примитивы на панели инструментов, но в данном случае необходимы точные размеры, поэтому чертится, используя меню Рисование, откуда выбирается необходимый элемент. Сначала чертим вспомогательную осевую линию, чтобы она явно отличалась, выбираем желтый цвет и соответствующую форму линии из выпадающего меню. Поскольку необходимой линии нет в стандартной установке, ее следует добавить Other/Загрузить/Center. Чертим прямоугольник используя меню Рисование/Прямоугольник, в командной строке задаем начальную точку (X,Y) и конечную точку (X,Y). Поскольку устройство имеет большое количество одинаковых блоков достаточно начертить один комплекс а затем растиражировать их используя команду Копировать в буфер обмена и Вставить из буфера обмена вверху экрана на панели инструментов.