Комплексная система управления стационарным
подвижным объектом, организованная с помощью стандартных аппаратных средств
персонального компьютера и среды моделирования MATLAB R2008a
Михайленко Ярослав Витальевич,
аспирант,
руководитель группы АСУ Филиала ОАО «ФСК ЕЭС»- МЭС Сибири.
Малеев Андрей Владимирович,
аспирант.
Сибирский федеральный университет.
При
проектировании сравнительно простых роботизированных комплексов, станков с ЧПУ,
раскроечных станов и т.п. возникает потребность в
автоматизированной (автоматической) системе управления. На сегодняшний момент
существует огромное множество коммерческих систем управления, прецизионных
сенсоров перемещения и контроля, решающих практически любые задачи, однако их
финансовая и территориальная доступность для индивидуальных авторских проектов
невысока.
Разработанная
авторами статьи комплексная система управления обладает широкими
возможностями, гибкостью управления и может быть реализована практически с
минимальными временными и финансовыми затратами.
Рассмотрим
практическое применение разработанной системы для управления станком, рабочий инструмент
(1) которого перемещается в двух плоскостях (рис. 1).
Рис. 1-
Структурная схема станка.
Структурная
схема разработанной системы управления (рис. 2), позволяет вместо дорогих
серводвигателей и сравнительно маломощных и тихоходных шаговых двигателей
использовать обычные двигатели постоянного тока любой мощности, оснащенные моторедукторами. Также отпадает необходимость в применение
прецизионной ременной (винтовой) передачи крутящего момента к подвижным
элементам станка.
Рис. 2 -
Структурная схема системы управления.
Для перемещения
рабочего инструмента станка используются три электродвигателя постоянного тока
с редукторной передачей вращающего момента. В среде MATLAB с помощью
стандартных операторов инициализируется звуковая карта и на один из выходных
каналов поступает сигнал с частотой пропускания одного или нескольких полосовых
фильтров. Второй канал звуковой карты формирует сигнал, пропорциональный
скорости вращения электродвигателей. Блок управления, в соответствие с
управляющими командами от звуковой карты и полосовых фильтров, активирует один
или несколько двигателей. Для увеличения точности позиционирования рабочего
инструмента блок управления может затормаживать (электрическое торможение в
генераторном режиме) или изменять скорость вращения электродвигателей.
Точность
позиционирования рабочего инструмента станка контролируется совмещенным с ним манипулятором
«мышь», с помощью стандартной процедуры в среде MATLAB. При
применении современной лазерной мышки возможно
отслеживать перемещения рабочего инструмента со скоростью до 1,5 м/с при
погрешности в несколько микрон. При применении обычных оптических «мышей»
точность позиционирования составляет
Для
уменьшения габаритов механизма позиционирования необходимо извлечь электронную
«начинку» из оптического манипулятора. При работе в условиях запыленности,
манипулятор «мышь» необходимо отдалить от рабочего инструмента посредством
штанг, или разместить под рабочей плоскостью станка (рис. 3). В этом случае
необходимо минимизировать люфты в соединительных штангах.
Возможно
применение обычных механических мышек, в некоторых случаях рекомендуется доработать
последние, совместив вращающиеся элементы позиционирования с подвижными
компонентами станка.
Рис. 3 –
Перемещение оптического манипулятора с помощью штанг.
Дополнительная
информация от рабочего элемента станка (сигнал, пропорциональный давлению на обрабатываемую
деталь, температура обрабатываемой поверхности и т.п.) может быть считан средой
MATLAB со входов звуковой карты (до 65535
уровней сигнала с частотой до 22 кГц). В среде MATLAB возможно
использование также последовательного и (или) параллельного порта.
При значительных вычислительных мощностях
компьютера (оперативная память не менее 1 Гбайт и тактовая частота процессора
не ниже 2 Ггц) для управления в реальном времени к
рассматриваемой системе управления возможно подключение видеокамеры и параллельная
обработка видеоинформации посредством пакета MATLAB.
Применения
среды моделирования MATLAB позволяет значительно упростить взаимосвязь внешних сенсоров
станка с рассматриваемой системой управления, используя при этом без
дополнительных программ сопряжения стандартные интерфейсные компоненты такие
как: звуковая карта, манипулятор типа «мышь».
Поступила в редакцию 21.05.2009 г.