Специфика датчиков обратной связи

Цепи обратной связи по параметрам движения имеют наибольшее значение в электроприводах металлорежущих станков, как регулируемых, обратная связь в которых обеспечивается датчиком скорости, так и в следящих, где источником первичной информации служит датчик положения и (или) датчик скорости [8].

В настоящее время все более широкое распространение получают системы управления по положению: позиционирование, слежение. Они находят применение не только в металлорежущих станках, но и в роботах, транспортирующих устройствах и тому подобное. В этой связи главная обратная связь в электроприводе строится по положению и решающее значение приобретает датчик положения [9,10].

Информация, полученная с датчиков обратной связи, используется для коррекции параметров технологического процесса, а системы обратной связи представляют собой системы активного (в большинстве своем косвенного) контроля, и поэтому датчики должны удовлетворять всем требованиям, предъявляемым к датчикам активного контроля [11].

Вместе с тем специфика применения датчиков систем ОС предопределяет и ряд особенностей по сравнению с датчиками, применяемыми в традиционных системах активного контроля, как с точки зрения их технологических, метрологических и эксплуатационных характеристик, так и с точки зрения конструктивной проработки.

Специфика датчиков ОС обусловлена, во-первых, тем, что металлорежущий станок является динамической системой, и цепи ОС должны обеспечивать формирование информационного сигнала с заданными характеристиками при динамическом входном воздействии. Во-вторых, электропривод станков и роботов обладает высоким быстродействием (постоянная времени составляет несколько мс и менее), поэтому и быстродействие цепей ОС должно быть не менее. И, наконец, металлообработка характеризуется высокой точностью, и цепи обратной связи должны формировать информационный сигнал с точностью, значительно превышающей точность систем контроля линейных размеров. Так, например, при погрешности измерения перемещения исполнительных органов станка 5 мкм (что является относительно большой величиной для современных средств контроля линейных размеров) на длине 1000 мм относительная погрешность измерения составит

g% = 5×10^-3×100/1000 = 5×10^-4 %

       Для традиционных же средств контроля линейных размеров (например, для индуктивного преобразователя с погрешностью измерения 0.2 мкм и пределом измерения 100 мкм) эта величина составляет 0.2%, то есть относительная погрешность измерения перемещения исполнительного органа станка на несколько порядков меньше, чем относительная погрешность традиционных средств контроля линейных размеров.

       Следует учитывать также, что высокая точность должна сохраняться во всем широтном диапазоне регулирования скоростей привода.

Учитывая специфику применения датчиков обратной связи, следует отметить, что во многих практических случаях традиционные методы повышения точности и уменьшения дискретности, характерные для статических измерительных устройств и применяемые для систем обратной связи, не позволяют обеспечить требуемые характеристики этих систем, а методы их описания – строить адекватные математические модели. Объясняется это в первую очередь тем, что формирование датчиков обратной связи осуществляется в подавляющем большинстве случаев посредством реализации методов и средств обеспечения кинематической, а не динамической точности, что часто приводит к необоснованному усложнению датчиков и к их информативной избыточности.

Современный электропривод металлорежущих станков – это, как правило, привод подчиненного регулирования, включающий в себя внутреннюю обратную связь по возмущению и внешнюю (главную) обратную связь по параметрам движения, причем внутренняя обратная связь обуславливает быстродействие электропривода, а внешняя – точность привода и диапазон регулирования. Как известно, первичную информацию для внутренней обратной связи формирует датчик тока, а для внешней – датчики скорости и положения. В этой связи определяющими параметрами для датчика тока являются динамические характеристики, а для датчиков скорости и положения – метрологические.