Проектирование автоматизированного электропривода двухкоординатного модуля для производства интегральных микросхем
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
p>К автоматизированному приводу предъявляются требования следующего характера:
Точность позиционирования - 10 мкм
Перерегулирование - 20%
Максимальная скорость - 0,28 м/с
Максимальное ускорение - 18 м/с2
Удобство и гибкость управления - быстрая переналадка
Надежность СУЭП
Удобство наладки и диагностики
Удобство монтажа и ремонта - облегченный доступ к основным схемам и узлам, блочное построение.
Исключение влияния помех и подавление собственных помех
Требование электробезопасности и охраны труда - соответствие правилам и нормам техники безопасности.
Пожарная безопасность
Минимальные массогабаритные показатели - создание компактных блоков и узлов.
Минимальная стоимость и минимальные эксплуатационные расходы - применение недорогих комплектующих и технологий.
2.3 Проектирование функциональной схемы автоматизированного электропривода
На рисунке 2.1 представлена функциональная схема электропривода двухкоординатного транспортного модуля.
Электродвигатели М1 и М2 являются двухфазными линейными шаговыми электродвигателями, осуществляющими перемещения ротора (XY-стола) по координатам X и Y. Управление движением ротора, согласно заложенной программе осуществляется с помощью микропроцессора.
Модуль гальванической развязки 1 и схема защиты на диодах осуществляют согласование напряжения сигналов, поступающих на дискретные входы с допустимым напряжением на входах микросхемы процессора.
В постоянном записывающем устройстве хранятся программы перемещения XY-стола.
Модуль гальванической развязки 2 и выходные драйвера осуществляют связь между микропроцессором и компьютером (РС).
В оперативную память через вход программирования осуществляется ввод программ.
Цифроаналоговые преобразователи ЦАП1 и ЦАП2 осуществляют преобразование цифровой информации с выхода микросхемы оперативной памяти в аналоговую форму. Аналоговый сигнал поступает на драйвера 1 и 2 со схемой защиты от перегрузки по току.
Рисунок 2.1 - Функциональная схема электропривода
2.4 Определение возможных вариантов и выбор рациональной системы электропривода
Среди шаговых двигателей наибольшее применение благодаря лучшему использованию объёма машины по моменту нашли двигатели с постоянным магнитом на роторе и большим количеством зубцов на роторе и статоре. В отечественной литературе этот тип машины получил название магнитоэлектрический индукторный шаговый двигатель [3]. В западной литературе этот тип двигателя называют гибридным шаговым двигателем. Структура разомкнутого шагового привода приведена на рисунке 2.2. Разомкнутый шаговый привод использует программный режим работы с расчётом синусно-косинусных токов, создающих момент двигателя, необходимый для выполнения движения и фиксации в заданной позиции. Программа движения привода r, wr, mr (путь, скорость, момент) рассчитывается генератором траектории по модели привода. Положение привода задаётся положением g годографа вектора тока, задание скорости - частотой wr токов, а ускорение - фазовыми сдвигами годографа вектора тока. Разомкнутый шаговый привод описывается упрощённой системой уравнений в относительных величинах:
(2.1)
где - электрическая координата подвижной части привода; - электрическая скорость; - время; - момент; - момент инерции двигателя и нагрузки; - амплитуда момента; - задание угла вектора тока; - угол запаздывания вектора тока, вызванного индуктивностью двигателя, инерционностью регулятора тока и дискретизацией управления; - коэффициент демпфирования, возникающего в основном из-за вихревых потерь; - возмущение в виде фиксирующего момента двигателя; - неучтённое возмущение; индекс r означает заданную величину.
Закон движения разомкнутого шагового привода обеспечивается программированием момента в соответствии с (2.1), т. е. программированием амплитуды , фазы и частоты годографа вектора тока.
Амплитудное управление (программирование амплитуды ) с постоянным углом нагрузки () малоэффективно, так как на его качестве сильно сказывается отрицательное влияние насыщения магнитной цепи двигателя и фиксирующего момента, так влияние насыщения проявляется в нелинейном изменении момента в функции тока, что эквивалентно появлению дополнительных возмущений, а фиксирующий момент, слабо зависящий от тока двигателя, создаёт, в свою очередь, зоны параметрической неустойчивости при амплитудном управлении с малыми значениями токов.
При фазовом управлении насыщение и фиксирующий момент влияют значительно слабее. Поэтому для шагового привода, как правило, используется фазовое управление. Фазовое управление означает стабилизацию номинального значения амплитуды задания тока (im=1) и управление заданием угла и частоты годографа вектора тока.
При фазовом управлении программирование угла вектора тока происходит в соответствии с (2.2):
(2.2)
где - задание момента; - рассчитанный угол запаздывания тока.
При использовании дискретного управляющего устройства (микропроцессора) с периодом квантования h уравнения (2.1) с учётом (2.2) преобразуются к линейному виду:
(2.3)
где n - номер периода квантования; nS - ошибка по ускорению.
Структура замкнутого шагового привода приведена на рисунке 2.3, термин замыкание в этом случае означает наличие обратной связи по положению. Замкнутый привод, как и разомкнутый, использует п