Проектирование автоматизированного электропривода двухкоординатного модуля для производства интегральных микросхем
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
рограммный расчёт задания токов двигателя. Программный режим дополнен цифровой коррекцией (mс), вычисляемой регулятором по сигналу ошибки Х0 вектора состояния. Расчёт ошибки вектора состояния ведёт цифровой наблюдатель по сигналу датчика положения. За счёт применения дополнительной локальной обратной связи по положению шаговый двигатель приобретает свойства бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ) с практически постоянным в широком диапазоне скоростей моментом. Контур регулирования тока выполняется аналогично варианту разомкнутого привода.
Уравнение замыкание в режиме БДПТ, имеет вид:
(2.4)
С учётом (2.3) и (2.4) замкнутый привод описывается уравнениями (2.5):
(2.5)
где nS - ошибка по ускорению.
Исходя из требований к точности, скорости и ускорению, предъявленных электроприводу двухкоординатного транспортного модуля выбираем разомкнутую систему шагового электропривода. В разомкнутой системе управление положением рабочего органа осуществляется заданием токов фаз сдвинутых друг относительно друга на 90 электрических градусов, создающих тяговое усилие двигателя, необходимое для выполнения движения и фиксации в заданной позиции. Она является более экономичной, так как не содержит дорогостоящих датчиков обратных связей, и более простой, так как не содержит цифрового наблюдателя.
Рисунок 2.2 - Структура разомкнутого шагового привода
Рисунок 2.3 - Структура замкнутого шагового привода
3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
.1 Расчет нагрузок и построение механической характеристики и нагрузочной диаграммы механизма
Строим нагрузочную диаграмму механизма P=f(t).
Шаговый двигатель в проектируемом устройстве работает в кратковременном режиме работы (S2), поскольку период включения чередуется с периодом отключения машины, при этом периоды включения не настолько длительны, чтобы превышения температуры машины могли достигнуть установившихся значений, а периоды отключения настолько длительны, что все её части охлаждаются до температуры окружающей среды.
Усилие тяги в статическом режиме необходимо только для преодоления сил вязкого трения, так как ротор двигателя, являющийся рабочим органом, перемещается на воздушной подушке. Изменение статического момента не происходит, поскольку установка находится в специальном помещении со стабилизированной температурой, поскольку большие изменения температуры отрицательно сказываются на точности позиционирования. Следовательно, усилие тяги в статическом режиме можно определить по формуле [4]
,
где b=10-4 Нмс - коэффициент вязкого трения шагового двигателя, v=0,28 м/с - скорость перемещения.
Тогда
Время максимального перемещения (4мм) - tp=0,03 c, время паузы - время, затрачиваемое на перемещение стола по оси Z - tп=0,1с. Мощность в статическом режиме:
Нагрузочная диаграмма механизма представлена на рисунке 3.1.
P, мкВт
Рис. 3.1- Нагрузочная диаграмма механизма
Так как тяговое усилие при разгоне и торможении значительно превышает усилие в статическом режиме, выбор электродвигателя нельзя производить, основываясь на упрощённой нагрузочной диаграмме механизма.
Оценка качества функционирования систем автоматического управления базируется на исследовании их статических и динамических характеристик.
Статическими называются характеристики, отображающие связь между входными воздействиями и выходными координатами в установившемся режиме.
Стабильность статических характеристик зависит от возмущающих воздействий на систему. В частности, основным возмущающим воздействием в системе управления электроприводом является нагрузка на валу электродвигателя, обуславливающая изменения заданной скорости его вращения. В качестве статической характеристики системы рассматривается зависимость скорости от статического момента, при постоянстве задающего воздействия.
Кроме основного возмущения, на точность поддержания заданной выходной величины оказывают влияние второстепенные возмущающие воздействия - колебание напряжения питающей сети, неоднозначность статических характеристик усилительных и преобразовательных устройств, температурные изменения.
Статическая нагрузка ограничивается только силами трения и пренебрежимо мала по сравнению с динамическим усилием. Кроме того, статическая нагрузка неизменна во времени. Установка находится в помещении со стабилизированной температурой.
Поскольку статическое усилие определяется силами трения и неизменна во времени, отсутствует необходимость в построении статических характеристик.
3.2 Предварительный выбор двигателя по мощности
Выбор ЛШД осуществляется по усилию тяги, необходимому для позиционирования рабочего органа с определённой полезной нагрузкой.
Исходными данными для расчёта являются: перемещение - S=4 мм, время перемещения - t=0,015 с и масса подвижной части - m=3 кг. Скоростная диаграмма ШД - треугольная.
Выбор ШД осуществляется в следующем порядке:
Рассчитывается ускорение а, по формуле:
.
Рассчитывается требуемое усилие тяги F:
.
3.3 Выбор номинальной скорости двигателя и типоразмера двигателя
По требуемому усилию тяги выбираем линейный шаговый двигатель НР 30848101 со следующими параметрами:
Таблица 3.1 - Параметры двигателя НР 30848101
Параметры ЗначенияМаксимальный ток в фазе, А 1,5Др?/p>