Tecnología servo de plataforma giratoria tridimensional
Durante la Segunda Guerra Mundial, debido a necesidades militares, los sistemas de control de armas y aviones, así como los sistemas de control de máquinas herramienta que procesan piezas complejas, presentaron alta potencia y alta precisión. y requisitos del sistema de respuesta rápida. En primer lugar, la tecnología de servohidráulicos se está desarrollando rápidamente. A finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, la teoría básica de la servocomputación electrohidráulica se estaba volviendo cada vez más completa, y los servosistemas electrohidráulicos se utilizaban ampliamente en departamentos militares como el de armas, barcos, aviación, aeroespacial y máquinas herramienta de alta precisión. control. Con el gran avance en el rendimiento de los componentes del servosistema electromecánico, especialmente la llegada del tiristor de dispositivo semiconductor controlable de alta potencia en 1957, el dispositivo rectificador estático controlable compuesto por él ha mostrado ventajas obvias en términos de rendimiento operativo y confiabilidad. Desde la década de 1970, la tecnología internacional de la electrónica de potencia ha avanzado a pasos agigantados, lanzando una nueva generación de dispositivos electrónicos de potencia "totalmente controlados", como tiristores, transistores de alta potencia, transistores de efecto de campo, etc. Al mismo tiempo, con el desarrollo de materiales magnéticos permanentes de tierras raras y el avance de la tecnología de motores, se han desarrollado y combinado actuadores como motores de torsión, motores de bobinado impreso, motores sin ranura y motores de regulación de velocidad amplia, que se combinan con transformadores de modulación de ancho de pulso para mejorar aún más el rendimiento del servo. El desarrollo de la tecnología de control sigue imponiendo mayores requisitos al rendimiento de los servosistemas. En los últimos años, con el rápido desarrollo de la tecnología digital y la tecnología informática, ha surgido una gran cantidad de nuevos dispositivos sensores, lo que ha logrado avances significativos en la tecnología de control de servoaccionamiento. En particular, la combinación de ordenadores y servosistemas convierte a los ordenadores en un eslabón en el servosistema. En el servosistema, las computadoras se utilizan para completar la corrección del sistema, cambiar la ganancia y el ancho de banda del servosistema, completar la gestión del sistema, el monitoreo y otras tareas, para que el servosistema pueda desarrollarse en una dirección inteligente y digital. Los principales aspectos de los nuevos desarrollos y cambios en la tecnología de servocontrol son los siguientes:
(1) La tendencia de desarrollo del sistema de servoaccionamiento de CC al sistema de servoaccionamiento de CA
Desde el siglo XX , en En el campo de la tecnología de transmisión eléctrica que requiere reversibilidad, regulación de velocidad y alto rendimiento, los sistemas de transmisión eléctrica de CC se utilizan desde hace casi mucho tiempo. Con el desarrollo de la electrónica de potencia, la microelectrónica, la teoría moderna de control de motores y la tecnología informática, se han creado condiciones favorables para el desarrollo de productos de accionamiento eléctrico de CA. Los accionamientos de CA han logrado gradualmente las ventajas de un amplio rango de velocidades, estabilidad y precisión de alta velocidad y. Respuesta dinámica rápida. El rendimiento técnico ha realizado la serialización de dispositivos de control de velocidad de CA. Debido a su buen rendimiento técnico, es una tendencia de desarrollo inevitable reemplazar la transmisión de control de velocidad del motor de CC.
(2) La tendencia de desarrollo de servosistemas analógicos a servosistemas digitales.
En China, la investigación sobre servosistemas digitales ha pasado de la etapa de investigación de laboratorio a la etapa de aplicación y ha logrado la producción en masa en muchas industrias. En la mayoría de las aplicaciones, será una tendencia inevitable que los servosistemas digitales reemplacen a los servosistemas analógicos. Las razones de esta tendencia son las siguientes: la teoría del control automático y la tecnología informática son los dos soportes más importantes de la tecnología de servosistemas digitales. El rápido desarrollo de la teoría del control automático proporciona a los desarrolladores de servosistemas digitales muchas leyes de control nuevas y los correspondientes métodos de análisis y síntesis. El rápido desarrollo de la tecnología informática ofrece a los desarrolladores de servosistemas digitales la posibilidad realista de realizar estas leyes de control. Basados en la teoría de control moderna y utilizando computadoras como controladores, los indicadores de calidad de los servosistemas, ya sean de estado estacionario o dinámicos, han alcanzado niveles sin precedentes, mucho más altos que los de los servosistemas analógicos.
(3) La tendencia de desarrollo del servocontrol tradicional clásico al servocontrol moderno.
Para utilizar la teoría clásica para analizar servosistemas, primero debemos establecer un modelo matemático. Sin embargo, dado que muchos factores son difíciles de considerar uno por uno y muchos parámetros son difíciles de determinar con precisión, este modelo matemático a menudo no puede. reflejan bien la situación real del sistema. A veces incluso se extraen conclusiones erróneas. La teoría de control moderna desarrollada alrededor de la década de 1960 se ha adaptado al desarrollo de las computadoras y tiene muchas ventajas que las teorías clásicas no pueden igualar. La teoría de control moderna se utilizará ampliamente en servosistemas, como el control difuso, el control adaptativo, el control experto, el control óptimo y otras estrategias de control avanzadas.
(4) La tendencia de desarrollo de la alta precisión.
Con el rápido desarrollo de los componentes utilizados en los sistemas de servocontrol, la aplicación de algoritmos de control avanzados en el servocontrol y la mejora de la precisión de la medición de los componentes de medición de posición, los sistemas de servocontrol se están desarrollando en la dirección de alta velocidad y alta precisión. Satisfacer los requisitos de desarrollo de la economía nacional moderna.
1.3 Características de la tecnología de servocontrol
La tecnología de servocontrol es la rama de la automatización que tiene la mayor conexión con el sector industrial y los servicios más amplios. Ha pasado por el proceso de desarrollo del sistema de generador, control de alternador, control de tiristores, control de transistores, control de circuitos integrados y control por computadora, y ha entrado en un nuevo apogeo. Las principales características de la tecnología de servocontrol moderna son:
La tecnología de modulación de ancho de pulso compuesta por (1) dispositivos electrónicos de potencia totalmente controlados se usa ampliamente en servosistemas.
(2) Varios componentes y circuitos de servocontrol se están desarrollando en la dirección de la integración, la funcionalidad, la modularización, la inteligencia y el control por computadora.
(3) Con la actualización de las funciones del sistema y la complejidad del rendimiento, el diseño de confiabilidad y la tecnología de autodiagnóstico de los servosistemas están recibiendo cada vez más atención.
1.4 Composición del servosistema
El servosistema se utiliza para controlar un determinado estado del objeto controlado (normalmente ángulo de rotación y desplazamiento), de modo que pueda de forma automática, continua y precisa Reproduce el patrón de variación de la señal de entrada. Consta de un dispositivo de detección, un dispositivo de amplificación y un componente de ejecución para detectar la señal de salida del sistema. Para ensamblar componentes de manera efectiva y garantizar que el sistema tenga una buena calidad de funcionamiento, generalmente existen líneas de conversión de señal y dispositivos de compensación, equipos de energía correspondientes, dispositivos de protección, equipos de control y otros equipos auxiliares.
Los antecedentes y la importancia del uso de 1.5 para desarrollar un sistema de servoplataforma de alta precisión
En el ejército, control automático de puntería y seguimiento de antenas de radar, control de movimiento de puntería de aviones antiaéreos cañones y lanzadores de misiles tácticos, el control de movimiento de la torreta de tanques y acorazados se basa en el control de movimiento de una plataforma giratoria CNC bidimensional, por lo que estudiarlos tiene una importancia práctica importante. Por lo tanto, el rendimiento de la plataforma giratoria está directamente relacionado con la confiabilidad y confianza de la prueba de simulación. Es la base para garantizar la precisión y el rendimiento de los productos y sistemas de armas aeroespaciales. Es de gran importancia en el desarrollo de la industria aeroespacial. construcción de defensa nacional. Los tocadiscos también son equipos experimentales de uso común en laboratorios electromecánicos y son de gran importancia para mejorar el nivel científico y tecnológico de los laboratorios.
En la guerra moderna, la guerra electrónica juega un papel cada vez más importante. Por ejemplo, en las dos Guerras del Golfo, las fuerzas multinacionales lideradas por los Estados Unidos aprovecharon al máximo la eficacia integral de los equipos de contramedidas electrónicas y lograron grandes éxitos. Los numerosos hechos vívidos de la Guerra del Golfo me permitieron ver la importancia de la guerra moderna y la importancia de la guerra electrónica. La situación en torno a China no es optimista. En particular, China debe mantener su integridad territorial y mantener suficiente disuasión contra las fuerzas separatistas. En la guerra moderna, el desarrollo de sistemas de guerra electrónica es muy necesario.
En el pasado, en el campo de la guerra electrónica, la gente sólo se centraba en el desarrollo de equipos de reconocimiento, alerta temprana y diversos métodos de interferencia, ignorando a menudo cómo combinarlos orgánicamente para desempeñar un papel más eficaz. Para combinar orgánicamente estos dispositivos, se requiere una plataforma de control de alto rendimiento, que impone mayores requisitos a la precisión de seguimiento y posicionamiento del sistema de servocontrol del radar. El desarrollo de sistemas de servocontrol de alto rendimiento juega un papel importante en la defensa nacional.
La investigación sobre los servoplatos por parte de unidades nacionales relevantes se centra principalmente en los tres aspectos siguientes:
(1) La investigación sobre los servoplatos utilizados para pruebas de navegación inercial y simulación de movimiento tiene un nivel relativamente alto. indicadores técnicos, como los sistemas de servoplataforma para pruebas de navegación inercial de un solo eje, dos ejes y tres ejes y equipos de simulación de movimiento desarrollados por AVIC 303. Sus indicadores técnicos típicos son una precisión angular de 2° ~ 30° y una precisión de la plataforma giratoria del sistema de prueba de parámetros dinámicos giroscópicos TDC-2 de 2°. Simulador de movimiento de línea de visión de objetivo de un solo grado de libertad STS-210P, además de los indicadores de rendimiento de la plataforma giratoria de velocidad y posición de un solo eje DSW-O1 desarrollado por la Primera Academia Aeroespacial, la resolución de posición es 0.005, Plato giratorio de posición de eje único ST-160 y ST-380 de CSSC 6354.
(2) Desarrollo de servoplato para máquina herramienta CNC.
(3) Investigación de servoplatos giratorios de radar, como el dispositivo giratorio controlado por computadora desarrollado por el Instituto 203 de Ciencia y Tecnología Aeroespacial, el plato giratorio y la torre de antena para pruebas automáticas de compatibilidad electromagnética de los estudios científicos y científicos de 2000 de la Universidad del Sureste. logros tecnológicos y el tocadiscos de simulación de radar URT-L-O1 del Beijing Xinyou Technology Group, etc. En los servosistemas de radar giratorio, hay pocos productos de alta precisión.
Para acelerar el nivel técnico de los tocadiscos de radar y satisfacer las necesidades de la ciencia y la tecnología de defensa nacional, es necesario realizar investigaciones sobre servosistemas de tocadiscos de radar de alta precisión.
2.1 Referencia de indicadores técnicos clave del plato giratorio 2D
Capacidad de carga: >8,0 kg
Planitud del banco de trabajo: ≤0,01 mm
Mesa arriba Desviación: ≤0,01 mm
Verticalidad del eje: ≤5°
Velocidad horizontal: 0,1 ~ 50/segundo
Rango de rotación horizontal: 360°
p>Velocidad de paso: 0,01 ~ 50/segundo
Rango de rotación de paso: -20° ~ 90°.
Estabilidad de la velocidad angular: ≤0,005°/s (promedio de 360°)
Aceleración angular máxima: ≥25°/S2
Precisión de la velocidad angular horizontal y de cabeceo : ≤0,05 mil/s (precisión de velocidad angular garantizada 0,01 ~ 30/s)
Resolución de ángulo horizontal y de paso: ≤1
Precisión de medición: ≤10
2.2 Diseño estructural del plato giratorio bidimensional
El diseño general del plato giratorio bidimensional se puede dividir en dos tipos: en forma de T y en forma de U. El diseño general de la estructura de la plataforma giratoria determina la estructura en forma de T.
El diseño en forma de T debajo del eje de acimut y en el eje de paso tiene las ventajas de una estructura compacta, una ocupación de espacio pequeña y una fácil sustitución de sensores. Es adecuado para piezas de otros equipos grandes.
El servoplato giratorio de precisión consta de una base de acimut y una base de paso. El diagrama de estructura del sistema se muestra en la Figura 2.1. La base de azimut y la caja de paso son los soportes del sistema de eje, y su forma estructural y la selección de materiales serán muy críticos. Con la premisa de cumplir con los requisitos de rigidez estructural, se debe seleccionar una forma estructural razonable para reducir el peso de la base tanto como sea posible y se deben mejorar sus propiedades mecánicas mediante procesos de tratamiento térmico adecuados.
Para garantizar el uso y mantenimiento convenientes del plato giratorio de precisión, se deben considerar las siguientes medidas en el diseño:
(1) Utilice un diseño de reducción de potencia para aumentar el factor de seguridad y garantizar el funcionamiento seguro y confiable del sistema.
(2) El motor de accionamiento se instala directamente para reducir los errores de instalación y garantizar la confiabilidad y precisión del sistema.
(3) El plato giratorio está equipado con un dispositivo limitador y un dispositivo de enclavamiento electromecánico.
(4) Tome medidas de sellado para evitar que el agua de lluvia y el polvo entren en la cavidad.
(5) Realizar diversos procesos en piezas estructurales clave para mejorar sus propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión.
(1) Selección de anillos conductores: según los requisitos de diseño, el número de anillos conductores no debe ser inferior a 40. Por razones de seguridad y otras, el anillo 12 está reservado para anillos de respaldo.
Ver los principales indicadores técnicos de desempeño del anillo conductor:
1) Ciclo de diseño: 52 ciclos, ciclo calificado: 50 ciclos.
2) Corriente de bucle: bucle de señal 3A/42, bucle de alimentación 5A/8.
3) Material del anillo: baño de metales preciosos H62.
4) Material del cepillo: AuNi9 wire-φ 0.5, Ra
5) Resistencia de aislamiento (anillo-anillo, anillo-carcasa): > 500mω/500v. Corriente continua
6) Rigidez eléctrica (anillo-anillo, anillo-carcasa): 500 V/50 Hz. ac.lmin.
7) Condiciones de prueba: temperatura 10 ~ 35 ℃, humedad ≯ 75 %.
8) Valor de cambio de resistencia de contacto del anillo: estático ≯0.005ω, dinámico ≯0.010ω.
9) Rango de velocidad: 0 ~ 300 rpm
10) Vida útil: 1×l07r
11) Entorno de trabajo: temperatura -45 ~+ 50℃, humedad ≯85%.