Обеспечение точностных параметров движения звена промышленного робота в зоне малой скорости

Введение. Рассматривается трение звеньев подвижности промышленного робота (ПР) производственного механизма (ПМ) с частотно-управляемым электроприводом (ЧУЭП). Цель работы — поиск метода снижения влияния такого трения на статическую погрешность (точность) позиционирования рабочего органа (РО) при движении в зоне малой скорости. Случайный характер изменения сил трения при реализации пуско-тормозных режимов работы асинхронного двигателя (АД) создают трудности в достижении заданных параметров технологического процесса. На валу АД формируются пульсирующие моменты, обусловленные гармониками тока статора АД. Это явление в сочетании с моментом трения подвижных звеньев в направляющих ПР (ПМ) сопровождается ухудшением динамики движения РО (выходного звена ПМ).

Материалы и методы. Для корректировки движения РО (выходного звена ПМ) в пуско-тормозных режимах работы АД авторы статьи предлагают использовать двухрежимное управление автономным инвертором напряжения (АИН), обеспечивающее программное управление амплитудами гармоник тока статора АД и соответствующее регулирование пульсирующих моментов на валу АД посредством введения кратной m-подмодуляции несущей частоты (НЧ) АИН.

Результаты исследования. Упрощенное представление структурной схемы ЧУЭП с местной и глобальной отрицательными обратными связями (ООС) позволило выявить особенности влияния конкретных параметров на статическую погрешность δ и динамическую устойчивость работы ЧУЭП с предельным коэффициентом усиления корректирующего усилителя К1.

Обсуждение и заключения. Введение микровибрации ротора АД позволяет условно уменьшать силу трения движущегося звена в направляющих, снижать мощность привода на преодоление сил трения. Применение АИН с двухрежимным управлением расширяет сферу использования ЧУЭП скалярного управления в технологическом оборудовании, многозвенных механизмах автоматизированных производств, работающих в зоне малых и ползучих скоростей.

1. Лукинов, А. П. Проектирование мехатронных и робототехнических устройств. — Санкт-Петербург : Лань, 2012. — 608 с.

2. Теория механизмов и механика машин / К. В. Фролов [и др.] ; под ред. К. В. Фролова. — Москва : Высшая школа, 2005. — 496 с.

3. Зотеев, В. Е. Параметрическая идентификация диссипативных механических систем на основе разностных уравнений / В. Е. Зотеев. — Москва : Машиностроение, 2009. — 344 с.

4. Каширских, В. Г. Теория автоматического управления. В 2 ч. Ч. 2. Нелинейные и специальные системы / В. Г. Каширских. — Кемерово : КузГТУ, 2004. — 98 с.

5. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. — Москва : Академия, 2006. — 273 с.

6. Карнаухов, Н. Ф. Моделирование сухого трения звена производственного механизма с частотным приводом в зоне малой скорости / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, Д. А. Смяцкий // Вестник Кузбас. гос. техн. ун-та. — 2018. — № 2. — С. 140–149.

7. Карнаухов, Н. Ф. Особенности формирования циклических режимов частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, А. И. Изюмов // Вестник Донского гос. техн. ун-та. — 2012. — № 6 (67). — С. 76–86.

8. ГОСТ32144–2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения / ООО «ЛИНВИТ» ; Технический комитет по стандартизации ТК 30 «Электромагнитная совместимость технических средств» ; Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт) ; Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. — Москва : Стандартинформ, 2014. — 16 с.

9. Филимонов, М. Н. Двухрежимное управление автономным инвертором напряжения частотного привода производственного механизма в зоне малой скорости / М. Н. Филимонов, Н. Ф. Карнаухов, Д. А. Смяцкий // Известия вузов. Электромеханика. — 2018. — Т. 61, № 2. — С. 70–76.

10. Abdo, J. The Effect of Frequency and Amplitude of Vibration on the Coefficient of Friction for Metals / J. Abdo, M. Tahat // Tribology International. — April 2008. — Vol. 41, iss. 4.— P. 307–314.

11. Пановко, Я. Г. Лекции по основам теории вибрационных машин и технологий / Я. Г. Пановко. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. — 192 с.

12. Olsson, H. Friction Models and Friction Compensation / K. J. Aström, C. Canudas-de-wit, M. Gäfvert, and P. Lischinsky // European Journal of Control. — 1998. — Vol. 4, iss. 3. — P. 176–195.

13. Бидерман, В. Л. Теория механических колебаний / В. Л. Бидерман. — Ижевск : РХД, 2009. — 414 с.

14. Zheng Xu. Study of Five-level diodes-clamped Inverter Modulation Technology Based on Three-harmonic Injection Method / Zheng Xu, Song Li, and Hongying Pan. — EMEIT-2012. — P. 1973–1976.

15. Dahidah, M.S.A. Selective harmonic elimination PWM control for cascaded multilevel voltage source converters: A generalized formula / M.S.A. Dahidah and V.G. Agelidis // IEEE Trans. on Power Electronics. — 2008. — Vol. 23, no. 4. — P. 1620–1630.

16. N. Van Nho. A Simple On-line SHE PWM With Extension to Six Step Mode in Two-Level Inverters / N. Van Nho & M. J. Youn // International Conference on Power Electronics and Drives Systems, PEDS 2005. — Nov. 2005. — Vol. 2. — P. 1419 – 1424. — Режим доступа : https://ieeexplore.ieee.org/document/1619911 (дата обращения : 04.11.2019).

17. Wanchai Subsingha. A Comparative Study of Sinusoidal PWM and Third Harmonic Injected PWM Reference Signal on Five Level Diode Clamp Inverter/ Wanchai Subsingha. — Energy Procedia. — June 2016. —Vol. 89. — P. 137–148.

18. Поздеев, А. Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А. Д. Поздеев. — Чебоксары : Изд-во Чуваш. ун-та, 1998. — 172 с.

19. Анучин, А. С. Системы управления электроприводов / А. С. Анучин. — Москва : МЭИ, 2015. — 373 с.

20. Карнаухов, Н. Ф. Частотно-управляемый асинхронный электропривод мехатронных систем. Основы расчета и проектирования / Н. Ф. Карнаухов. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2009. — 229 с.

21. Лопухина, Е. М. Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности / Е. М. Лопухина, Г. А. Семенчуков. — Москва : Высшая школа, 2002. — 511 с.