ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ
Variant of the simplified diagram of feed design with rotating sliding nut (RSN) is proposed. The kinematical diagram and movement mathematical model of the corresponding two-channel servodrive, constructed by iterative principle on base of the two-motor reducerless machine tool feed with RSN are ob...
Збережено в:
| Дата: | 2015 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/952 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Technical Electrodynamics |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870287654245892096 |
|---|---|
| author | Клепиков, В.Б. Худяев, А.А. Поленок , В.В. |
| author_facet | Клепиков, В.Б. Худяев, А.А. Поленок , В.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "В.Б. Клепиков",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "А.А. Худяев",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
},
{
"author": "В.В. Поленок ",
"institution": "Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина"
}
] |
| author_sort | Клепиков, В.Б. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-01-02T21:58:50Z |
| description | Variant of the simplified diagram of feed design with rotating sliding nut (RSN) is proposed. The kinematical diagram and movement mathematical model of the corresponding two-channel servodrive, constructed by iterative principle on base of the two-motor reducerless machine tool feed with RSN are obtained. Functional and block diagrams of the iterative two-channel system applied to servodrive for high-precision metal-cutting machine tool model 24К60АФ4 are considered. The calculation and following taking into account of the compensators of negative load influence control channels are realized. The computer simulation results of a comparative analysis of dynamic and accuracy quality indexes which allow to estimate the efficiency of the proposed two-channel servodrive with RSN are given. References 9, tables 2, figures 9. |
| first_indexed | 2026-06-16T01:16:08Z |
| format | Article |
| fulltext |
26 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
УДК 681.5.033 + 681.587’57
ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ
ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ
В.Б.Клепиков, докт.техн.наук, А.А.Худяев, канд.техн.наук, В.В.Поленок
Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт»,
ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. e-mail: vitaliy_polenok@inbox.ru
Предложен вариант упрощенной схемы конструкции механизма подачи с вращающейся ходовой гайкой (ВХГ).
Получены кинематическая схема и математическая модель движения соответствующего двухканального элек-
тропривода подачи, построенного по итерационному принципу на базе двухдвигательного безредукторного при-
водного механизма с ВХГ. Применительно к электроприводу подачи металлорежущего станка особо высокой
точности модели 24К60АФ4 рассмотрены функциональная и структурно-алгоритмическая схемы итерационной
двухканальной системы управления приводом с типовой настройкой каналов и дополнительным управлением
ВХГ. Выполнен расчет и последующий учет компенсаторов негативного динамического взаимовлияния каналов
по нагрузке. Приведены результаты сравнительного анализа динамических и точностных показателей качества
предлагаемого высокоточного двухканального электропривода. Библ. 9, табл. 2, рис. 9.
Ключевые слова: итерационный двухканальный электропривод, вращающаяся ходовая гайка, точность управ-
ления, динамические и точностные характеристики.
Постановка задачи. Эффективным структурным способом повышения быстродействия и
точности управления традиционных одноканальных электроприводов (ЭП) подачи станков и меха-
низмов, особенно в сложных динамических режимах работы при сохранении требуемых силовых воз-
действий на инерционный рабочий орган (РО), может служить применение различных многоканаль-
ных следящих приводов, построенных и функционирующих по итерационному [3−5] или близким к
итерационному [7] принципам управления. В итерационных многоканальных следящих приводах при
условии компенсации негативного динамического взаимовлияния каналов (ДВВК) по нагрузке, обу-
словленного наличием общих элементов в приводном механизме (ПМ), может быть принята унифи-
цированная типовая настройка каналов управления, например, по принципу СПР [9].
Одним из наиболее простых и надежных вариантов технической реализации итерационных
следящих ЭП является двухканальный привод с суммирующим дифференциальным редуктором –
механическим дифференциалом (МД) [2,6]. Однако в соответствующем двухканальном дифференци-
альном ЭП механизма подачи (МП) станка значительно повышается инерционность ПМ по сравне-
нию с аналогичным одноканальным безредукторным ЭП подачи [8]. Кроме того, двухканальный ЭП
с МД теряет возможность эффективной реализации режима последовательно-параллельной работы
отдельных приводов, обеспечивающего итерационным следящим системам сравнительный выигрыш
в быстродействии при любых допустимых задающих воздействиях. Отмеченные свойства отрица-
тельно сказываются на динамических возможностях двухканальных дифференциальных ЭП МП и
при определенных значениях управляющих сигналов по положению приводят к проигрышу таких
приводов в быстродействии по сравнению с традиционными одноканальными ЭП подачи [8]. Устра-
нить данный недостаток двухканальных ЭП подачи с МД не удается даже нежелательным повыше-
нием мощности исполнительных двигателей (ИД) приводов каналов управления. В работе в качестве
альтернативного варианта двухканальному дифференциальному ЭП МП предлагается двухканальный
ЭП подачи РО на базе двухдвигательного безредукторного МП с вращающейся ходовой гайкой
(ВХГ), реализующей шарико-винтовую пару (ШВП) с двумя степенями свободы.
Цель работы − построение кинематической схемы и математической модели движения (с учетом
ДВВК по нагрузке) итерационного двухканального ЭП на базе двухдвигательного безредукторного МП с
ВХГ, а также получение сравнительной оценки потенциальной эффективности (с точки зрения повышения
быстродействия и точности управления) такого двухканального ЭП с СПР-настройкой каналов и компенса-
цией ДВВК по нагрузке применительно к подаче РО (рабочего стола с изделием) координатного многоце-
левого станка с ЧПУ особо высокой точности модели 24К60АФ4 (масса свыше 22 т).
Материал исследований. Предлагаемый итерационный двухканальный ЭП МП с дополнительным
управлением ВХГ включает первый (основной) К-1 и второй (уточняющий) К-2 каналы управления по углу
с соответствующими подчиненными контурами скорости, настроенными на симметричный оптимум. Ос-
новной канал К-1 используется для управления приводом вращения ходового винта (ХВ), а уточняющий
© Клепиков В.Б., Худяев А.А., Поленок В.В., 2015
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 27
канал К-2 – приводом вращения ВХГ. Введение в систему управления привода блока компенсаторов ДВВК
12С - 21С , обеспечивающего полную автономность каналов управления, позволяет рассматривать данный
двухканальный ЭП в классе собственно итерационных многоканальных систем [4].
В основном канале К-1 двухканального ЭП и в сравниваемом традиционном одноканальном
ЭП подачи предлагается использовать современный комплектный ЭП постоянного тока, например,
модуль регулирования серии MR-DC, а в уточняющем канале К-2 – широкополосный ЭП переменно-
го тока с частотно-токовым векторным управлением. В качестве ИД Д1 основного и Д2 уточняющего
приводов двухканального ЭП могут быть использованы соответственно высокомоментный ДПТ с
постоянными магнитами серии 2ПБВ типа 2ПБВ 132S ( ,1 1,94 кВтномP = ) и маломощный АД с корот-
козамкнутым ротором типа АИР90L6 специального исполнения ( ,2 1,5 кВтномP = ). Сравнение произ-
водится с одноканальным (автономным) глубокорегулируемым ЭП подачи на базе электродвигателя
постоянного тока типа 2ПБВ 132S, устанавливаемым на станки модели 24К60АФ4.
Вариант упрощенной схемы конструкции двухдвигательного безредукторного МП с ВХГ для
продольной подачи (ось Х) рабочего стола с изделием показан на рис. 1, где 1 – станина станка; 2 –
жестко закрепленный на станине ИД Д1 привода ХВ; 3 – ходовой винт с шагом винта вt ; 4 – безлюф-
товая цилиндрическая ВХГ; 5 – направляющие скольжения подачи салазок; 6 – салазки или опорная
платформа рабочего стола; 7 – рабочий стол с системой гидроразгрузки направляющих стола; 8 – же-
стко закрепленный на салазках ИД Д2 ЭП вращения ВХГ; 9 – специальный механический узел
(СМУ) для установки ВХГ и суммирования движений отдельных приводов; 10 и 11 – зубчатая пере-
дача и зубчатая приводная шестерня привода ВХГ.
Кинематическая схема рассматриваемой двухканальной электромеханической системы пока-
зана на рис. 2. Систему уравнений движения, соответствующую кинематической схеме, получим при
допущениях абсолютной жесткости соединительной муфты СМ и механических звеньев кинематиче-
ской цепи привода, пренебрегая вследствие относительной малости моментом инерции СМ.
Математическая модель движения двухканальной системы в установившихся режимах меха-
нообработки имеет вид
( ) ( ) ( ) ( )1
1 2 1 2(2 ) / ;РО в Д Д ВХГS t S t t t t i−
+ ⎡ ⎤≡ = π ϕ ± ϕ⎣ ⎦ (1)
,12 2
1 1 2,1 1 2 , .( ) ( ) 0;Д Д Д c х в
ВХГ в
J
М J p t p t M
i
Σ
+
′
′− ϕ ϕ − =
η
m ,1 , .2 2
2 1 2,2 2 1
. . . .
( ) ( ) 0,c х в
Д Д Д
ВХГ ц с в ВХГ ц с
J M
М J p t p t
i i
Σ±
+
′ ′
− ϕ − ϕ − =
η η η
(2,3)
где , . .с х вМ ′ – приведенный к валу ХВ суммарный момент сопротивления нагрузки, учитывающий ос-
новные моменты и силы статического сопротивления, возникающие в ШВП и ПМ в целом; 1 2,1J + и
1 2,2J ±
+ − суммарные моменты инерции ПМ, приведенные к валам двигателей Д1 и Д2 при их совмест-
ной работе в составе двухканального ЭП
2
1 2,1 ,1 ,1 1 2,2 ,2 ,1 . ./ ; / .в ПМ ВХГ ц с вJ J J J J J i±
+ Σ Σ + Σ′ ′ ′ ′= + η = ± η η (4)
Знаки «+» и «–» в правых частях уравнения (1) и второго уравнения соотношений (4), а также знаки
«–» и «+» перед третьим слагаемым в левой части (2) соответствуют согласному и встречному вра-
. ., х в х вω ϕ
РО
.р ст издm m+.х вJ ′
.Сал
салm
,с РОF
1 2S +
,1JΣ′
1Дϕ
1Д
1Дω 1ДМ
∑
РОSСМ
ДПТ
1 2,V +
1 2F +
1S1,V
1F
.х вС
ВХГ
СМ
ВХГi 2Д
АД
2ДМ2Дω,2ПМJ ′
2Дϕ ,2рМ ′
. .х г х гω ϕ
2F
2S
2V
,1рМ ′
. .,х в х вω ϕ
.х вJ ′
.х вС
1Дω
жесткая безлюфтовая механическая передача движений;− жесткая механическая связь−
Рис. 2 Рис. 1
1Дn
.х вn
.х вМ
вt
1
2 3
4
5
6
8
9
7
1110
28 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
щениям ИД Д2 по отношению к вращению ИД Д1; p d dt − оператор дифференцирования. В соот-
ношениях (1)−(4) и на рис. 2 обозначены: 1,Дω 1Дϕ , 1ДМ и 2 ,Дω 2Дϕ , 2ДМ – скорости, углы поворота
валов и моменты соответственно ИД Д1 и Д2; 1 2V + и 1 2РОS S +≡ − результирующие скорость подачи
и перемещение РО, создаваемые двухканальным ЭП; ,1J∑′ и ,2ПМJ ′ − суммарные моменты инерции
ПМ, приведенные к валам ИД Д1 и Д2 при их автономной работе в составе двухканального ЭП:
2
,1 0, 223645 кг мJ ∑′ = ⋅ , 2
,2 0,5917 кг мПМJ ′ = ⋅ ; . .ц сη и вη − КПД цилиндрического соединения и ХВ.
Операторы компенсаторов 12C и 21C перекрёстных связей, обусловленных наличием в двух-
канальном ЭП негативного взаимовлияния по нагрузке основного К-1 и уточняющего К-2 каналов,
при условии пренебрежения обратной связью по ЭДС 1E двигателя Д1 определяются соотношениями
,1 1 ,1 1
12 1
,2 ,2 ,2
2 1
( ) ;
2 1 1 1
T
T T
T p k T p kС p k
T p T p T p
± ±
μ±
μ
⎛ ⎞+
⎜ ⎟= ± = ± +
⎜ ⎟+ + +⎝ ⎠
,2 2 ,2 2
21 2
,1 ,1 ,1
2 1
( ) ;
2 1 1 1
T
T T
T p k T p kС p k
T p T p T p
μ
μ
+
= = +
+ + +
(5,6)
( ) ( )
,1 ,2 ,1 ,2 ,1 ,1
1 22
,1 ,2 . . ,1 ,1,2 ,1 . . ,2 ,1
; ,T M ВХГ T M
T M ВХГ ц с вT M ВХГ ц с в ПМ
k k i J k k J
k k
k k i J Jk k i J J
Σ Σ±
Σ ΣΣ
′ ′
= =
′ ′η + η′ ′η η ±
(7)
где 4 5
,1 ,1 ,2 ,2 ,1 ,1 ,2 ,22 , 2 ; 1,6667 10 c, 3,333 10 c;T T ШИП ШИПT T T T T T T T− −
μ μ μ μ= = = = ⋅ = = ⋅
,1 ,1 ,1 ,2
Н м Н м0,7621 ; 1,83704 ;
А АM Д ном Mk K Ф k⋅ ⋅
= = = ,1 ,20,02073Ом; 0,42328Ом.T Тk k= = (8)
Знаки «+» и «–» в правой части формулы (5) и в знаменателе первой формулы соотношения (7), как и
ранее, соответствуют согласному и встречному вращениям двигателей Д1 и Д2.
Компенсирующие
перекрёстные связи (КПС),
реализуемые блоком ком-
пенсаторов 12C - 21C , обес-
печивают полную автоном-
ность работы каналов
управления К-1 и К-2 двух-
канального ЭП. Нетрудно
видеть, что КПС обладают
возможностью их реальной
технической реализации.
Упрощенные функ-
циональные схемы итераци-
онного двухканального ЭП с
ВХГ и сравниваемого одно-
канального (автономного)
ЭП подачи РО показаны на
рис. 3, где РП1, РП2, РП и
ОКС1, ОКС2, ОКС – П-регу-
ляторы положения (П-РП) и
оптимизированные контуры
скорости соответствующих приводов; ДП1 и ДПРО – датчики положения вала Д1 и перемещения РО;
,автJ∑′ – момент инерции, приведенный к валу ИД одноканального ЭП, 2
, 0,223645 кг мавтJ∑′ = ⋅ .
Структурно-алгоритмическая схема компенсированного двухканального ЭП подачи с подчи-
ненной настройкой каналов и МП с ВХГ, полученная с учетом (1)–(8), показана на рис. 4. Пунктир-
ными линиями упрощенно показана возможность реализации в системе управления последовательно-
параллельного подключения уточняющего канала К-2 к работе основного канала К-1 для более эф-
фективной работы привода в зоне средних и больших перемещений РО.
Результаты исследований. Диаграммы компьютерных расчетов, полученные с учетом тех-
нических характеристик станка модели 24К60АФ4, приведены на рис. 5–9, где обозначены: цифрами
M1
ШИП
UZ1
( 1.2 4.2)VT VT÷
( ),1 ,1
3 3 2 2
,1 ,1 ,1
8 1 /
64 32 8 1
сT p k
T p T p T p
μ
μ μ μ
+
+ + +
1ОКС
,1,1 2РПk +
1РП
1ε
−
−
2ε
,2,1 2РПk +
2РП ( ),2 ,2
3 3 2 2
,2 ,2 ,2
8 1 /
64 32 8 1
сT p k
T p T p T p
μ
μ μ μ
+
+ + +
2ОКС
M2
АИТ
2UZ
,РП автk
ОКСРП
δ
−
РО
ДПРО
( 1.3 6.3)VT VT÷
ЗПU
.Сх в
1 2S +
РО
ДПРО
,сFΣ
1 1;Д Дω ϕ
1 2,1 1; ДJ M+
ДП1
1 1;V S
1F
2 2;Д Дω ϕ
1 2,2 2; ДJ M±
+
ВХГ .Сх в
2 2;V S2F
( ),1 ,1
3 3 2 2
,1 ,1 ,1
8 1 /
64 32 8 1
сT p k
T p T p T p
μ
μ μ μ
+
+ + +
M1
ШИП
( 1.2 4.2)VT VT÷
1UZ
1, 1,;Д авт Д автω ϕ
, 1,;авт Д автJ MΣ′
.Сх в
,сFΣ
;авт автV S
автF
Рис. 3
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 29
«1» и «2» – графики временных и частотных характеристик приводов основного К-1 и уточняющего
К-2 каналов, работающих в итерационном режиме; цифрами «1+2» и «1авт» – аналогичные графики
итерационного двухканального ЭП с ВХГ и традицион-
ного одноканального (автономного) ЭП. Во всех случа-
ях моделировался режим механообработки изделия (пе-
ререгулирование по положению РО не допускается) при
максимальной статической нагрузке привода.
Теоретические и компьютерные исследования
показали значительные потенциальные преимущества
предлагаемого двухканального ЭП по сравнению с ана-
логичным одноканальным ЭП подачи, устанавливае-
мым на прецизионные координатные станки с ЧПУ
рассматриваемого типа. Преимущества двухканального
ЭП в быстродействии и точности особенно эффектно
проявляются в зоне малых и, частично, средних пере-
мещений РО станка 0,1ммРОS0 < ≤ . В этом диапазоне
подачи чаще всего и требуется реализация особо высо-
кой точности управления и позиционирования РО.
На рис. 5, а показаны графики переходных про-
цессов (ПП) положения, скорости и тока двухканального
ЭП (с компенсацией ДВВК по нагрузке) и сравниваемого
одноканального ЭП МП станка при заданной подаче РО
в зоне малых перемещений МS = 0,4 мкм. На рис. 5, б
показаны аналогичные графики, но при отработке при-
водами больших перемещений РО ( БS =0,8м); результа-
ты исследования двухканального ЭП как с компенсаци-
ей, так и без компенсации ДВВК по нагрузке. Отметим,
что при моделировании подачи РО в указанной зоне
больших перемещений было реализовано последова-
0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
x 10-7
, t c
1
2
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
S t
S t
м
+
1авт
1
1 2+ 2
0 5 10 15
x 10-3
0
2
4
6
8
10
12
14
16
x 10-5
1
2
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
( ),
/
авт
V t
V t
V t
V t
м с
+
, t c
1авт
1
1 2+
2
0 5 10 15
x 10-3
-20
-10
0
10
20
30
40
, t c
1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
1авт
1
2
Рис. 5, а
РП1 ,1ЗСU
,1 ,1
,1
( 1)РС РС
РС
k T p
T p
+
РС1
,1ЗTU
РТ1
,1
,1 1
ШИП
ШИП
k
T p+
,1
,1
1/
1
э
э
R
T p + ,1 ,1Д номK Ф1I
1 2,1
1
J p+
1ДM 1
p
,1Тk
,1Сk
1Дω
.ОГР CU−
1К =
,1,1 2РПk +
БОС1
.ОГР TU−
1К =
БОТ1
,1 ,1
,1
( 1)РТ э
э
k T p
T p
+
ШИП1
1E
ДТ1
ДС1
ДП1
1ЭЧД
.ОГР CU
.ОГР TU1ε ,1сε
,1
*
T
ε
1, ДПk ϕ
sign
,1Ес
. ,1
. ,1
11,892
13, 285
ст рез
ст п
M Н м
M Н м
′ = ⋅ ⎫
⎬′ = ⋅ ⎭prod
РП2
,2ЗСU ,2 ,2
,2
( 1)РС РС
РС
k T p
T p
+
РС2
,2ЗТU
1 2,2
1
J p±
+
1
p
2Дω
ДПРОk
.ОГР СU
1К =
,2,1 2РПk +
БОС2
.ОГР ТU
.ОГР ТU−
1К =
БОТ2
ДС2
ДПРО
,2
,2 1
ОКТ
Т
k
Т p +
2I
,2Mk
2ОКТ
2ДM
2MЧД
ЗПU
УЧПУ
2ε ,2сε
sign
. ,1
. ,1
11,892 ;
13,285 .
ст рез
ст П
M Н м
M Н м
′ = ⋅ ⎫
⎬′ = ⋅ ⎭
prod
1
ВХГi
2Дϕ .х гϕ
.х вС
2S
.х вС
1Дϕ
1S
1 2 POS S+ ≡
1МЧД
12С
,1
1
,2
1
1
T
T
T p
k
T p
± +
+
21С
,2
2
,1
1
1
T
T
T p
k
T p
+
+
±
,2ÇÏU
.ОГР ПU−
1К =
БОП2
.ОГРПU ,2
*
ЗТ
U
2
,1
.ВХГ ц с в
J p
i
Σ′
η η
. .
1
ВХГ ц сi η
2
,1
ВХГ в
J p
i
Σ′
η
ВХГ
m
+
sign
sign
prod
prod.ОГР CU−
Subsystem
In1Out1
prod
prod
,2Сk
Рис. 4
30 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
тельно-параллельное подключение в работу привода второго, уточняющего канала К-2 по уровню
ошибки первого канала 1 0, 05ммε = . В табл. 1 для различных заданных подач РО приведены сравни-
тельные показатели качества ПП по положению исследуемых приводов.
Из рис. 5 и табл. 1 нетрудно видеть, что двухканальный ЭП позволяет без ухудшения качества
ПП повысить быстродействие (уменьшить время регулирования) при воспроизведении ступенчатых
сигналов во всех зонах перемещений РО станка. Однако существенный выигрыш в быстродействии
по сравнению с одноканальным ЭП достигается только при отработке небольших заданий по поло-
жению РО: в зоне особо малых перемещений (0< *
MS ≤0,04 мкм) – более чем в 3,8 раза; в зоне малых
перемещений (0,04 мкм< MS ≤0,4 мкм) – более чем в 2 раза; в зоне средних перемещений (0,4 мкм<
< СS ≤0,04 мм) – более чем в 1,5 раза. Вместе с тем, на втором участке зоны средних перемещений и в
зоне больших перемещений РО (10 мм< РОS ≤1600 мм) выигрыш в быстродействии, достигаемый с
помощью двухканального привода, весьма незначителен.
Повышению быстродействия двухканального ЭП способствует значительное расширение его
полосы пропускания по сравнению с традиционным одноканальным ЭП подачи. На рис. 6 показаны
частотные характеристики двухканального и одноканального ЭП МП в различных диапазонах подачи
РО: а – 0,04мкм 1мкмРОS< ≤ ; б – 1мкм 0,02ммРОS< ≤ , а в табл. 2 – сравнительные показатели
качества работы приводов в частотной области. Предлагаемый двухканальный ЭП обеспечивает
сравнительное расширение полосы пропускания: в зоне малых и, частично, средних перемещений
( 0 1мкмMS< ≤ ) – более чем в 2,2 раза; в зоне средних перемещений (1 мкм <SC ≤0,01 мм) – более
чем в 1,5 раза. На втором участке зоны средних и в зоне больших перемещений РО
( 0,1мм 1600 ммРОS< ≤ ) наблюдается относительное сужение полосы пропускания двухканального
ЭП (см. табл. 2), что с учетом ограничений по допустимому току асинхронного ЭП вращения ходо-
вой гайки связано с необходимостью уменьшения коэффициента усиления уточняющего канала К-2.
9.62 9.64 9.66 9.68 9.7 9.72 9.74
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
, t c
1
1 2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
за д
а вт
S t
S t
S t
S t
м
+
1
1а вт1 2+
( )ф ра гм ент П П
без компенсации ДВВК по нагрузке
9.625 9.63 9.635 9.64 9.645 9.65 9.655 9.66 9.665 9.67
-2
0
2
4
6
8
10
12
x 10-3
1
2
1 2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
/
а вт
V t
V t
V t
V t
м с
+
, t c
1
1а вт
2 1 2+
( )ф ра гм ент П П
без компенсации ДВВК по нагрузке
9.6 9.61 9.62 9.63 9.64 9.65 9.66 9.67 9.68 9.69 9.7
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
, t c
1
2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,а вт
I t
I t
I t
A
11а вт
2
( )ф ра гм ент П П
без компенсации ДВВК по нагрузке
9.6 9.61 9.62 9.63 9.64 9.65 9.66 9.67 9.68 9.69 9.7
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
, t c
1
2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,а вт
I t
I t
I t
A
1а вт 1
2
( )ф р а гм ент П П
с компенсацией ДВВК по нагрузке
9.62 9.64 9.66 9.68 9.7 9.72 9.74
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
0.8
, t c
1
1 2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
за д
а вт
S t
S t
S t
S t
м
+
1
1а вт1 2+
( )ф р а гм ент П П
с компенсацией ДВВК по нагрузке
9.625 9.63 9.635 9.64 9.645 9.65 9.655 9.66 9.665 9.67
-2
0
2
4
6
8
10
12
x 10-3
1
2
1 2
1,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
( ) ,
/
а вт
V t
V t
V t
V t
м с
+
, t c
1
1а вт
2 1 2+
( )ф ра гм ент П П
с компенсацией ДВВК по нагрузке
Рис. 5, б
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 31
В связи с отсутствием в сравниваемых одноканальном и двухканальном ЭП статических ошибок по
положению точностные возможности приводов удобно оценивать по качеству воспроизведения изменяю-
щихся воздействий. В следящих приводах станков и механизмов с инерционной нагрузкой и подчиненной
настройкой контуров управления традиционно применяют П-регуляторы положения, обеспечивающие вы-
сокую надежность устойчивой работы привода. Вместе с тем, П-РП не дают улучшения астатических
свойств и существенного повышения точностных возможностей одноканальных приводов подач, имеющих,
как правило, первый порядок астатизма по управляющему и возмущающему воздействиям. Особенно за-
метно недостаток точностных возможностей воспроизведения проявляется в одноканальных ЭП подачи
при отработке сложных управляющих (возмущающих) сигналов.
На рис. 7 показаны графики отработки контурами сравниваемых приводов и двухканальным ЭП
в целом управляющего сигнала постоянной скорости ( ) 0,096ЗПU t t= : а – положения; б – скорости; в –
тока. Видно, что при заданном сигнале и типовых настройках коэффициентов усиления приводов ско-
ростная ошибка по положению одноканального ЭП в пределах диапазона продольной подачи станка
(0 1,6 м)РОS< ≤ не успевает выйти на установившийся уровень и, несмотря на сравнительно быструю
стабилизацию тока и скорости (см. рис. 7, б, в), продолжает расти. В то же время соответствующая
ошибка двухканального ЭП подачи, имеющего второй порядок астатизма по управлению, значительно
меньше и продолжает постепенно снижаться до нуля за счет компенсирующего действия привода
уточняющего канала К-2. Этот процесс может быть интенсифицирован путем повышения коэффициен-
та усиления по скорости второго канала. Однако такое повышение может быть реализовано только при
появлении возможности для соответствующего снижения требований к ограничению тока уточняюще-
го привода. Точность отработки указанного задающего воздействия ( ) 0,096ЗПU t t= двухканальным
ЭП (с компенсацией ДВВК) в пределах односторонней подачи РО (до 1,6мРОS = ) может быть повы-
шена по сравнению с одноканальным ЭП более чем в 5,6 раза (рис. 7, а).
В двухканальном ЭП существенно повышается качество
отработки гармонических управляющих воздействий
,max( ) sin 2ЗП ЗПU t U ft= π с относительно небольшой ам-
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
1
2
1 2
( ),
( ),
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
S t
S t
м
+
, t c
)а
2
1 2+
задS
1авт
1
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.091
2
1 2
( ),
( ),
( ),
( ),
/
авт
V t
V t
V t
V t
м c
+
, t c
)б
1 2+
2
1авт
1
1
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18
-200
-100
0
100
200
300
400
500
1
2
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
, t c
)в
1авт 1
2
Рис. 7
-100
-50
0
50
M
ag
ni
tu
de
(d
B)
10
2
10
3
10
4
-270
-180
-90
0
Ph
as
e
(d
eg
)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec) , /w рад с
1 2
1,
( ),
( ),авт
W w
W w
Дб
+
1авт
1авт
1 2
1,
( ),
( ),
.
авт
w
w
угл град
+ψ
ψ
1 2+
1 2+
)а
-40
-30
-20
-10
0
10
M
ag
ni
tu
de
(d
B)
10
3
-270
-180
-90
0
Ph
as
e
(d
eg
)
Bode Diagram
Frequency (rad/sec) , /w рад с
1 2
1,
( ),
( ),авт
W w
W w
Дб
+
1авт
1авт
1 2
1,
( ),
( ),
.
авт
w
w
угл град
+ψ
ψ
1 2+
1 2+
)б
( )фрагмент АФЧХ
( )фрагмент АФЧХ
Рис. 6
32 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
плитудой (до 0,02ммСS = ) и частотой синусоиды до 30 Гцf = . На рис. 8 показаны характерные графи-
ки отработки задающей синусоиды контурами положения и токов двухканального и одноканального
ЭП МП станка в установившихся режимах работы: а, б – 0,4 мкм, 20 Гц;МS f= = в, г –
0, 02 мм,СS = 30 Гцf = . При снижении частоты управляющего сигнала ( )ЗПU t эффективность
двухканального привода возрастает. Так, при отработке синусоиды частотой 10 Гцf = в двухканальном
ЭП обеспечиваются следующие уменьшения фазового сдвига по сравнению с одноканальным ЭП: при ам-
плитуде синусоиды до 1мкмСS = – более чем в 12 раз; при амплитуде до 4мкмСS = – более чем в 6 раз;
при амплитуде до 0,02 ммСS = – более чем в 1,4 раза. Графики, отражающие возможный диапазон (ам-
плитудный и частотный) повышения качества отработки синусоидальных сигналов с помощью двухка-
нального ЭП (с компенсацией ДВВК по нагрузке), показаны на рис. 9: а – 0,04 мкм,МS∗ = 120Гцf = ;
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
x 10-5
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+ 1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
)г
, t c, t c
30f Гц= 30f Гц=
1авт
2
1 1авт
1 2+
с компенсацией ДВВК по нагрузке
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
500
0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.16 0.17
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
x 10-5
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+
)в
, t c, t c
1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
30f Гц=
1авт
1авт
30f Гц=
2
1
1 2+
без компенсации ДВВК по нагрузке
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
-20
-10
0
10
20
30
0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
x 10-7
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+ 1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
1 2+
)б , t c, t c
20f Гц= 20f Гц=
1авт
2
1
1авт
с компенсацией ДВВК по нагрузке
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
x 10-7
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+ 1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
1 2+
)а , t c, t c
20f Гц= 20f Гц=
1авт
2
1
1авт
без компенсации ДВВК по нагрузке
Рис. 8
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 33
б – 1мм,СS = 4 Гцf = . На втором участке зоны средних перемещений РО (1мм 80 ммСS≤ ≤ )
уменьшение запаздывания по фазе в двухканальном ЭП наблюдается только при значительном сни-
жении частоты синусоиды (например, рис. 9, б).
Негативное влияние ДВВК по нагрузке в це-
лом незначительно сказывается на качестве работы
двухканального ЭП с ВХГ. Вместе с тем, подключе-
ние блока компенсаторов 12C - 21C уменьшает (по
сравнению с его отсутствием) в среднем на 5÷15%
время регулирования ПП в приводе в зоне малых и,
частично, средних перемещений РО
( 0 0,1ммРОS< ≤ ) (табл. 1, где S − заданное пере-
мещение РО; регt , c − время регулирования по уров-
ню 0,1% от ЗПU ; n, раз – выигрыш в быстродейст-
вии). Кроме того, в указанном диапазоне перемеще-
ний РО применение компенсаторов ДВВК за счет
обеспечения более эффективного перераспределения
усилий между каналами управления несколько
улучшает качество установившихся ПП в контуре
тока маломощного уточняющего привода при отра-
ботке быстроизменяющихся задающих сигналов (см.
ПП в контурах тока на рис. 8). В диапазоне подач РО
0,1мм 1600ммРОS< ≤ введение КПС не является
обязательно необходимым, так как практически не
влияет на качество ПП в двухканальном ЭП.
При воспроизведении гармонических за-
дающих воздействий введение КПС (блока ком-
пенсаторов 12C - 21C ) в систему управления двух-
канального ЭП может оказаться полезным при отработке сигналов в зоне средних и больших пере-
мещений РО ( 0,02 мм 800 ммРОS≤ ≤ ). На этом интервале подач за счет применения компенсаторов
ДВВК обеспечивается незначительное расширение полосы воспроизводимых частот по сравнению с
некомпенсированным двухканальным приводом (табл. 2, где пω − полоса воспроизводимых частот
Таблица 1
Показатели качества ПП Вариант
ЭП S
регt , c n, раз
SМ*(0,04 мкм) 0,0256 -
SМ (0,4 мкм) 0,0209 -
SС (1 мкм) 0,0208 -
SС (4 мкм) 0,02055 -
SС (0,02 мм) 0,0424 -
SС (1 мм) 0,077 -
SБ (10 мм) 0,1824 -
Одно-
каналь-
ный
ЭП
SБ (800 мм) 9,6088 -
SМ*(0,04 мкм) 6,59·10-3 (без комп.)
6,58·10-3(с комп.)
3,88 (без комп.)
3,89 (с комп.)
SМ (0,4 мкм) 10,4·10-3 (без комп.)
9,9·10-3(с комп.)
2,01 (без комп.)
2,11 (с комп.)
SС (1 мкм) 0,015 (без комп.)
0,0138 (с комп.)
1,39 (без комп.)
1,51 (с комп.)
SС (4 мкм) 0,0145 (без комп.)
0,0118 (с комп.)
1,42 (без комп.)
1,74(с комп.)
SС (0,02 мм) 0,0304 (без комп.)
0,0274 (с комп.)
1,39 (без комп.)
1,55 (с комп.)
SС (1 мм) 0,069 (без комп.)
0,0692 (с комп.)
1,12 (без комп.)
1,11 (с комп.)
SС (10 мм) 0,1682 (без комп.)
0,1722 (с комп.)
1,08 (без комп.)
1,06 (с комп.)
Двух-
каналь-
ный
ЭП
SБ (800 мм) 9,6087 (без комп.)
9,6087 (с комп.)
1,00001 (без комп.)
1,00001 (с комп.)
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02 0.022 0.024 0.026
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
x 10-8
1 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+
1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
1 2+
)а , t c, t c
120f Гц=
120f Гц=
1авт
2
1
1авт
1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 1.55 1.6 1.65 1.7 1.75
-1
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
x 10-3
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
5001 2
1,
( ),
( ),
( ),
зад
авт
S t
S t
S t
м
+ 1
2
1,
( ),
( ),
( ),авт
I t
I t
I t
A
)б , t c, t c
4f Гц=
4f Гц=
1авт
2
1
1авт
1 2+
Рис. 9
34 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5
по уровню 0,707; m, раз − расширение полосы пропускания). Соответственно в зоне малых и, частич-
но, средних подач РО ( 0 0,02 ммРОS< < ) введение компенсирующих связей для гармонических ре-
жимов работы привода не дает выигрыша в качестве.
Следует, однако, отметить, что реализация
двухканальных следящих ЭП на базе двухдвига-
тельного МП с ВХГ требует наличия в них двух
(вместо одного) исполнительных приводов, специ-
ального механического узла СМУ с ВХГ (для сум-
мирования усилий и движений приводов отдельных
каналов) и высокоточного (с разрешающей способ-
ностью до сотых долей микрона) датчика положе-
ния РО − ДПРО, а разработка и эксплуатация таких
двухканальных ЭП подачи возможна в условиях
высокой культуры производства. В предлагаемом
двухканальном ЭП с ВХГ достижение максимально
высокого качества управления подачей РО суще-
ственно зависит от выбранной мощности ИД Д2 и
динамических свойств уточняющего привода, и ог-
раничивается точностными возможностями ПМ и
адекватным учетом влияния на процесс управления
приводом нелинейных сил трения и динамики уп-
ругой системы станка УСС. В частности, при раз-
работке и эксплуатации привода подачи должны
быть предусмотрены меры, исключающие воз-
никновение срывных автоколебаний в режимах медленных рабочих перемещений РО [1].
Выводы. 1. Предложена упрощенная схема конструкции двухдвигательного безредукторного МП
с вращающейся ходовой гайкой, реализующей ШВП с двумя степенями свободы. Аналогов схемы при-
менительно к приводам подач РО станков и механизмов в открытой печати не выявлено.
2. Получены кинематическая схема и математическая модель установившегося движения (с учетом
ДВВК по нагрузке) итерационного двухканального ЭП подачи, построенного на базе двухдвигательного
МП с ВХГ. Определены и рассчитаны перекрестные связи КПС, компенсирующие ДВВК по нагрузке (ком-
пенсаторы ДВВК) в двухканальном ЭП с ВХГ, предназначенном для подачи РО прецизионного металлоре-
жущего станка. Получена соответствующая структурно-алгоритмическая схема системы управления двух-
канального ЭП подачи с СПР-настройкой каналов, учитывающая подключение КПС.
3. Показаны значительные потенциальные преимущества в быстродействии и точности управле-
ния предлагаемого двухканального ЭП по сравнению с традиционным одноканальным ЭП подачи станка.
Указанные преимущества особенно эффектно проявляются в зоне малых и, частично, средних перемеще-
ний РО: 0,1ммРОS0 < ≤ . В этом диапазоне быстродействие привода подачи при отработке неболь-
ших ступенчатых заданий по положению может быть повышено в разы, а точность отработки наибо-
лее сложных синусоидальных управляющих воздействий – более чем на порядок.
Кроме того, в отличие от аналогичного итерационного двухканального ЭП с МД двухканальный
ЭП с ВХГ обеспечивает выигрыш в быстродействии (уменьшение времени регулирования) при воспроиз-
ведении ступенчатых задающих воздействий во всем диапазоне возможных подач РО.
4. Показано, что негативное влияние ДВВК по нагрузке в целом незначительно сказывается на качест-
ве работы двухканального ЭП с ВХГ и оптимальной подчиненной настройкой каналов. Вместе с тем, в диапа-
зоне подач РО 0< РОS ≤0,1 мм подключение компенсаторов ДВВК уменьшает (по сравнению с их отсутстви-
ем) в среднем на 5−15% время регулирования ПП в приводе, а также улучшает качество установившихся ПП в
контуре тока второго уточняющего канала К-2 при отработке быстроизменяющихся управляющих сигналов.
В диапазоне подач 0,1 мм < РОS ≤ 1600 мм использование КПС не является обязательно необходимым.
5. Применение итерационных двухканальных следящих ЭП подачи на базе МП с ВХГ целесо-
образно в тех случаях, когда от традиционного одноканального ЭП подачи требуются очень высокие бы-
стродействие и динамическая точность отработки небольших управляющих сигналов при значительных
инерционных нагрузках на выходе привода. Такие требования в полной мере соответствуют растущим
требованиям к качеству работы МП РО современных прецизионных станков и механизмов.
Таблица 2
пω Вариант
ЭП S
Гц рад/с
m, раз
SМ (0,4
мкм) 77,99 490 –
SС (4 мкм) 77,99 490 –
SС (0,02 мм) 57,3 360
Одно-
каналь-
ный
ЭП SС (1 мм) 8,31 52,2 –
SМ (0,4
мкм)
187,8
(без комп. ДВВК)
173,48
(с комп. ДВВК)
1180
(без комп.
ДВВК)
1090
(с комп. ДВВК)
2,41
(без комп.
ДВВК)
2,22
(с комп. ДВВК)
SС (4 мкм)
158,68
(без комп. ДВВК)
158,68
(с комп. ДВВК)
997
(без комп.
ДВВК)
997
(с комп. ДВВК)
2,03
(без комп.
ДВВК)
2,03
(с комп. ДВВК)
SС (0,02 мм)
59,84
(без комп. ДВВК)
60,16
(с комп. ДВВК)
376
(без комп.
ДВВК)
378
(с комп. ДВВК)
1,04
(без комп.
ДВВК)
1,05
(с комп. ДВВК)
Двух-
каналь-
ный
ЭП
SС (1 мм)
4,93
(без комп. ДВВК)
4,97
(с комп. ДВВК)
31
(без комп.
ДВВК)
31,2
(с комп. ДВВК)
0,59
(без комп.
ДВВК)
0,6
(с комп. ДВВК)
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2015. № 5 35
1. Клепиков В.Б. Динамика электромеханических систем с нелинейным трением. – Х.: Підручник НТУ “ХПІ”, 2014. – 408 с.
2. Кузнецов Б.И., Новоселов Б.В., Богаенко И.Н., Рюмшин Н.А. Проектирование многоканальных систем оптимального управления.
– К.: Техніка, 1993. – 245 с.
3. Кузнецов Б.И., Худяев А.А., Некрасов И.М., Русаев В.И. Двухякорный линейный синхронный привод обрабатывающего центра //
Электротехника. – 1993. – № 4. – С. 11 – 18.
4. Кузнецов Б.И., Худяев А.А., Богаенко И.Н. Многоканальные итерационные системы управления. – К.: НПК «КИА», 1998. –
224 с.
5. Никольский А.А. Новые высокоточные электроприводы с пьезокомпенсаторами для станков, механизмов и приборов // Электро-
техника. – 1993. – № 1. – С. 27 – 31.
6. Следящие приводы. Кн. 1. – М.: Энергия, 1976. – 480 с.
7. Худяев А.А. Механика и электродинамика комбинированного трехканального следящего электропривода подачи для тяжелого
станка особо высокой точности // Электромеханические и энергосберегающие системы. – 2012. – Вып. 3/2012 (19). – С. 386 – 392.
8. Худяев А.А., Кунченко Т.Ю. Высокоточная квазиитерационная двухканальная электромеханическая система с механиче-
ским дифференциалом // Техн. електродинаміка. – 2015. – № 1. – С. 21-28.
9. Худяев А.А, Литвиненко Д.Г. Итерационное подчиненное управление следящими электроприводами // Вестник НТУ «ХПИ». –
2011. – № 4. – С. 141 – 171.
ІТЕРАЦІЙНИЙ ДВОКАНАЛЬНИЙ ЕЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧІ ДЛЯ ПРЕЦИЗІЙНИХ ВЕРСТАТІВ ТА
МЕХАНІЗМІВ
В.Б.Клепіков, докт.техн.наук, О.А.Худяєв, канд.техн.наук, В.В.Поленок
Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут»,
вул. Фрунзе, 21, Харків, 61002, Україна, e-mail: vitaliy_polenok@inbox.ru
Запропоновано варіант спрощеної схеми конструкції механізму подачі з обертовою ходовою гайкою (ОХГ). Отримано кі-
нематичну схему й математичну модель руху відповідного двоканального електроприводу подачі, побудованого за ітера-
ційним принципом на базі дводвигунного безредукторного приводного механізму з ОХГ. Стосовно електропривода подачі
металорізального верстата особливо високої точності моделі 24К60АФ4 розглянуто функціональну й структурно-
алгоритмічну схеми ітераційної двоканальної системи керування приводом із типовим настроюванням каналів і додатко-
вим керуванням ОХГ. Виконано розрахунок та наступне врахування компенсаторів негативного динамічного взаємовпливу кана-
лів за навантаженням. Наведено результати порівняльного аналізу динамічних й точностних показників якості запропонованого
високоточного двоканального електропривода. Бібл. 9, табл. 2, рис. 9.
Ключові слова: ітераційний двоканальний електропривод, обертова ходова гайка, точність керування, динамічні й точнісні
характеристики.
ITERATIVE TWO-CHANNEL SERVODRIVE OF FEED FOR HIGH PRECISION MACHINE TOOLS AND
MECHANISMS
V.B.Klepikov, A.A.Khudiaiev, V.V.Polenok
National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»,
Frunze str., 21, Kharkiv, 61002, Ukraine. e-mail: vitaliy_polenok@inbox.ru
Variant of the simplified diagram of feed design with rotating sliding nut (RSN) is proposed. The kinematical diagram and movement
mathematical model of the corresponding two-channel servodrive, constructed by iterative principle on base of the two-motor re-
ducerless machine tool feed with RSN are obtained. Functional and block diagrams of the iterative two-channel system applied to
servodrive for high-precision metal-cutting machine tool model 24К60АФ4 are considered. The calculation and following taking
into account of the compensators of negative load influence control channels are realized. The computer simulation results of a com-
parative analysis of dynamic and accuracy quality indexes which allow to estimate the efficiency of the proposed two-channel ser-
vodrive with RSN are given. References 9, tables 2, figures 9.
Keywords: iterative two-channel servodrive, rotating sliding nut, accuracy of control, dynamic and accuracy characteristics.
1. Klepikov V.B. Dynamics of electromechanical systems with nonlinear friction. – Kharkiv: Pidruchnyk NTU “KhPI”, 2014. – 408 p. (Rus)
2. Kuznetsov B.I., Novoselov B.V., Bogaenko I.N., Riumshin N.A. Constructing of optimal control multichannel systems. – Kyiv: Tekhnika,
1993. – 245 p. (Rus)
3. Kuznetsov B.I., Khudiaiev A.A., Nekrasov I.M., Rusaev V.I. Two-rotor linear synchronous drive of machine tool center // Elektrotekhnika.
– 1993. – № 4. – Pp. 11–18. (Rus)
4. Kuznetsov B.I., Khudiaiev A.A., Bogaenko I.N. Multichannel iterative control systems. – Kyiv: NPK «KIA», 1998. – 224 p. (Rus)
5. Nikolskii A.A. New high-precision electric drives with piezocompensators for machine tools, mechanisms and devices // Elektrotekhnika. –
1993. – № 1. – Pp. 27–31. (Rus)
6. Servodrives. – Moskva: Energiіa, 1976. – 480 p. (Rus)
7. Khudiaiev A.A. Mechanics and electrodynamics of the combined three-channel feeding mechanism servodrive for especially high preci-
sion heavy machine tool // Elektromek hanicheskie i Energosberegaiushchie Sistemy. – 2012. – Vol. 3(19). – Pp. 386–392. (Rus)
8. Khudiaiev A.A., Kunchenko T.Yu. High-precision kvazyiterative two-channel electromechanical system with mechanical differential //
Tekhnichna Elektrodynamika. – 2015. – № 1. – Pp. 21–28. (Rus)
9. Khudiaiev A.A., Litvinenko D.G. Iterative slave control of servodrives // Visnyk Natsionalnoho Tekhnichnoho Universytetu “Kharkivskyi
Politekhnichnyi Instytut”. – 2011. – № 4. – Pp. 141–171. (Rus)
Надійшла 28.11.2014
Остаточний варіант 27.04.2015
|
| id | techned_org_ua-article-952 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:16:08Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/64/2cf3487e7ce05d2af836714772da7a64.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-9522023-01-02T21:58:50Z ITERATIVE TWO-CHANNEL SERVODRIVE OF FEED FOR HIGH PRECISION MACHINE TOOLS AND MECHANISMS ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ Клепиков, В.Б. Худяев, А.А. Поленок , В.В. iterative two-channel servodrive rotating sliding nut accuracy of control dynamic and accuracy characteristics итерационный двухканальный электропривод вращающаяся ходовая гайка точность управления динамические и точностные характеристики. Variant of the simplified diagram of feed design with rotating sliding nut (RSN) is proposed. The kinematical diagram and movement mathematical model of the corresponding two-channel servodrive, constructed by iterative principle on base of the two-motor reducerless machine tool feed with RSN are obtained. Functional and block diagrams of the iterative two-channel system applied to servodrive for high-precision metal-cutting machine tool model 24К60АФ4 are considered. The calculation and following taking into account of the compensators of negative load influence control channels are realized. The computer simulation results of a comparative analysis of dynamic and accuracy quality indexes which allow to estimate the efficiency of the proposed two-channel servodrive with RSN are given. References 9, tables 2, figures 9. Предложен вариант упрощенной схемы конструкции механизма подачи с вращающейся ходовой гайкой (ВХГ). Получены кинематическая схема и математическая модель движения соответствующего двухканального электропривода подачи, построенного по итерационному принципу на базе двухдвигательного безредукторного приводного механизма с ВХГ. Применительно к электроприводу подачи металлорежущего станка особо высокой точности модели 24К60АФ4 рассмотрены функциональная и структурно-алгоритмическая схемы итерационной двухканальной системы управления приводом с типовой настройкой каналов и дополнительным управлением ВХГ. Выполнен расчет и последующий учет компенсаторов негативного динамического взаимовлияния каналов по нагрузке. Приведены результаты сравнительного анализа динамических и точностных показателей качества предлагаемого высокоточного двухканального электропривода. Библ. 9, табл. 2, рис. 9. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2015-09-01 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/952 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2015): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2015): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 026 2218-1903 1607-7970 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/952/829 Авторське право (c) 2023 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | итерационный двухканальный электропривод вращающаяся ходовая гайка точность управления динамические и точностные характеристики. Клепиков, В.Б. Худяев, А.А. Поленок , В.В. ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title | ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title_alt | ITERATIVE TWO-CHANNEL SERVODRIVE OF FEED FOR HIGH PRECISION MACHINE TOOLS AND MECHANISMS |
| title_full | ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title_fullStr | ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title_full_unstemmed | ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title_short | ИТЕРАЦИОННЫЙ ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОДАЧИ ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ СТАНКОВ И МЕХАНИЗМОВ |
| title_sort | итерационный двухканальный электропривод подачи для прецизионных станков и механизмов |
| topic | итерационный двухканальный электропривод вращающаяся ходовая гайка точность управления динамические и точностные характеристики. |
| topic_facet | iterative two-channel servodrive rotating sliding nut accuracy of control dynamic and accuracy characteristics итерационный двухканальный электропривод вращающаяся ходовая гайка точность управления динамические и точностные характеристики. |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/952 |
| work_keys_str_mv | AT klepikovvb iterativetwochannelservodriveoffeedforhighprecisionmachinetoolsandmechanisms AT hudâevaa iterativetwochannelservodriveoffeedforhighprecisionmachinetoolsandmechanisms AT polenokvv iterativetwochannelservodriveoffeedforhighprecisionmachinetoolsandmechanisms AT klepikovvb iteracionnyjdvuhkanalʹnyjélektroprivodpodačidlâprecizionnyhstankovimehanizmov AT hudâevaa iteracionnyjdvuhkanalʹnyjélektroprivodpodačidlâprecizionnyhstankovimehanizmov AT polenokvv iteracionnyjdvuhkanalʹnyjélektroprivodpodačidlâprecizionnyhstankovimehanizmov |