Методика выбора датчиков положения цепей обратной связи электромеханических систем

     Обоснованный выбор датчика в цепи ОС по положению следящего привода является очень важным этапом в комплектации последнего, так как во многом определяет, как показано выше, качество работы привода [8]. Вместе с тем в настоящее время эта задача решается с большой долей субъективизма, не имеется четко сформулированной методики ее решения.

       Выбор типа датчика затрудняется как многообразием предъявляемых к нему требований, так и большим количеством сопоставляемых параметров (точность, чувствительность, дискретность, быстродействие, помехоустойчивость, надежность, габариты, вес, стоимость и др.) При этом одни датчики предпочтительнее по одному ряду параметров, другие – по иному ряду.

Если обобщить основные требования, предъявляемые к датчикам положения, то их можно разделить на конструктивные: габариты, масса, пространственное положение; эксплуатационные: максимальная скорость контролируемых перемещений, максимальная величина контролируемых перемещений, входные электрические параметры и другие; метрологические: погрешность и дискретность.

Конструктивные требования обусловлены как типом самого преобразователя, так и типом оборудования, где он применяется.

Датчики положения должны обеспечить контроль при скорости до 0,25-0,35 м/с для линейных и до 3000 об/мин для угловых перемещений при максимальных контролируемых линейных перемещениях до нескольких тысяч миллиметров. Для угловых перемещений максимальные контролируемые перемещения не ограничиваются.

Дискретность датчиков положения должна составлять величины от долей до единиц микрометров для линейных и от долей до единиц угловых секунд для круговых перемещений, а их погрешность в зависимости от класса станка должна составлять не более нескольких микрометров для линейных и 2-3 угловые секунды для угловых перемещений.

Кроме того, к датчикам положения должны предъявляться требования, характеризующие их надежность и долговечность, а также их экономические характеристики.

Мы предлагаем рассмотреть два подхода к выбору датчика положения следящего привода, например, привода подач металлообрабатывающего станка с ЧПУ:

- по критерию обеспечения заданной точности обработки;

- по критерию «обобщенной желательности» [8,37].

Выбор датчика положения по критерию обеспечения

Заданной точности обработки

Основным критерием при выборе датчика положения является необходимая (заданная) точность обработки изделия (размер). Для обеспечения заданной точности обработки в поле допуска детали (ряда деталей) выбирается соответствующий станок с ЧПУ. По ГОСТ 8-82Е станки по точности (в порядке ее увеличения) разделяют на 6 классов с присвоением соответствующей буквы алфавита.

В зависимости от требований, предъявляемых к точности металлорежущих станков с ЧПУ, различные требования предъявляются и к точностным характеристикам измерительных преобразователей. В табл. (приложение 2) приведены нормы точности для систем измерения линейных и угловых перемещений, полученные на основе известных норм точности различных классов станков и допустимых погрешностей средств контроля [3].

Установлено, что погрешность ДП должна составлять от предельной погрешности станков: не более 45% - для класса С, не более 35% - для классов В и А, не более 30% - для классов Н и П.

Поэтому, учитывая допустимую погрешность обработки заданных деталей, можно определить класс точности измерительных средств как линейного, так и углового перемещения (табл.2,3 – приложение 2) с учетом их систематической погрешности.

Таким образом, если известны допустимые при обработке изделий погрешности, можно определить диапазон допустимых погрешностей измерительной системы с датчиками перемещения и его класс точности. Наиболее высокую точность и наименьшую дискрету имеет 6 класс, а самые низкие показатели - 1 класс. Класс точности выбираемого датчика положения должен соответствовать или быть выше класса точности станка.

Как уже говорилось выше, наибольшее применение в станках с ЧПУ нашли фотоэлектрические импульсные ДП и электромагнитные ДП: ВТ, редуктосины, сельсины и индуктосины (линейные и круговые). Для станков класса точности Н и П применяют оптические круговые ДП (типа ВЕ - 178), ВТ, редуктосины и сельсины; для станков класса В - линейные оптические (типа ВЕ - 164) и индуктосины. Причем предельное значение точности привода подач в полной мере определяется параметрами измерительных преобразователей ОС по пути (положению). Обобщенные показатели точности угловых ДП указаны в табл.4 (приложение 2).

       Таким образом, после выбора станка с учетом необходимой величины контролируемого перемещения и точности обрабатываемых деталей по табл.1 (приложение 2) определяем допустимую погрешность измерительных преобразователей (линейных или угловых) и соответствующий класс точности (табл.2,3 – приложение 2). Тип необходимого ДП находим, учитывая рекомендации табл.4 (приложение 2) и более точно определяемся с техническими характеристиками ДП по табл.1-5 (приложение 1) с учетом эксплуатационных и конструктивных требований, определяемых типов привода подач АО.

       Определившись с типом выбранного по критерию обеспечения заданной точности ДП, необходимо обеспечить заданную разрешающую способность устройства, то есть дискретность информационного сигнала (величину минимального перемещения, информация о котором передается в систему управления).

       Все приведенные выше технические характеристики (табл.1-4 – приложение 1) справедливы для электромагнитных ПП датчиков перемещения, выдающих на выходе гармонический сигнал, и только для фотоэлектрических ДП (табл.5 – приложение 1) параметры характеризуют датчик в сборе, то есть его ПП и электронный блок, выдающий на выходе двоичный код.

Выходные сигналы статорных обмоток сельсинов, СКВТ и других электромагнитных ПП преобразуются в цифровой код с помощью вторичных преобразователей электронного блока.

       В нашей стране вторичные преобразователи серийно не выпускаются, поэтому требуют разработки в каждом конкретном случае.

       В связи с тем, что большинство ПП аналоговые, именно АЦП, преобразующие гармонический сигнал ПП в последовательность импульсов и далее в цифровой код, обеспечивает необходимую дискретность информации, то есть разрешающую способность ДП.