龙门刨床速度控制系统综述

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1、龙门刨床速度控制系统综述摘要：当负载变化时，利用速度反馈对刨床速度进行自动控制，使速度快速稳定在一定值。通过求系统的闭环函数，得出系统的阶跃响应，从而得到系统的稳定性。关键词：降阶传递函数时域分析根轨迹一、系统介绍刨床系指用刨刀加工工件表面的机床。刀具与工件做相对直线运动进行加工，主要用于各种平面与沟槽加工，也可用于直线成形面的加工。即用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。按其结构可分为以下类型：(1)悬臂刨床(2)龙门刨床(3)牛头刨床(4)插床(立刨床)龙门刨床因有一个由顶梁和立柱组成的龙门

2、式框架结构而得名，工作台带着工件通过龙门框架作直线往复运动，多用于加工大平面（尤其是长而窄的平面），也用来加工沟槽或同时加工数个中小零件的平面。龙门刨床的主运动是工作台的直线往复运动，而进给运动则是刨刀的横向或垂直间歇运动。龙门刨床由直流电机带动，并可进行无级调速，运动平稳。龙门刨床的所有刀架在水平和垂直方向都可平动。在这里，我们主要研究龙门刨床的速度控制系统。在工业控制中，龙门刨床速度控制系统是按照反馈控制原理进行工作的。通常，当龙门刨床加工表面不平整的毛坯时，负载会有很大的波动，但为了保证加工精度和表面光洁度，

3、一般不允许刨床速度变化过大，因此必须对速度进行控制。图1是利用速度反馈对刨床速度进行自动控制的原理示意图。在图1中，刨床主电动机SM是电枢控制的直流电动机，其电枢电压由晶闸管整流装置KZ提供，并通过调节触发器CF的控制电压uk,来改变电动机的电枢电压，从而改变电动机的速度（被控量）。测速发电机TG是测量元件，用来测量刨床速度并给出与速度成正比的电压uo。然后，将uo反馈到输入端并与给定电压ui反向串联便得到偏差电压△u=ui－uo。ui是根据刨床工作情况预先设置的速度给定电压，它与反馈电压uo相减便形成偏差电压，因

4、此uo称为负反馈电压。一般，偏差电压比较微弱，需经放大器FD放大后才能作为触发器的控制电压。KZCFFD++ui-KSMuauk--+TGuo-图1龙门刨床速度控制系统原理图一、系统分解在这个系统中，如图2，被控对象是电动机，触发器和整流装置起了执行控制动作的作用，故称为执行元件。当刨床正常工作时,对于某给定电压ui，电动机必有确定的速度给定值n相对应，同时亦有相应的测速发电机电压uo,以及相应的偏差电压△u和触发器控制电压uk。如果刨床负载变化，如增加负载，将使速度降低而偏离给定值，同时，测速发电机电压uo将相应

5、减小，偏差电压△u将因此增大，触发器控制电压uk也随之增大，从而使晶闸管整流电压ua升高，逐步使速度回升到给定值附近。反之，如果刨床速度因减小负载致使速度上升，则各电压量反向变化，速度回落过程完全一样。另外，如果调整给定电压uo，便可改变刨床工作速度。因此，采用龙门刨床速度控制系统，既可以在不同负载下自动维持刨床速度不变，也可以根据需要自动地改变刨床速度。比较电路放大器触发器晶闸管电动机测速发电机uiuk△uuan－Uo图2龙门刨床速度控制系统方框图KaCmUo(s)－－Ui(s)图3龙门刨床速度控制系统结构图三、

6、传递函数及系统降阶系统的开环传递函数为：式中，La和Ra分别为电动机电枢绕组的电感和电阻；Cm为电动机的转矩系数；Ce为与电动机反电势有关的比例系数；Ka为放大器增益；J和f分别为折算到电动机轴上的总转动惯量和总粘性摩擦系数。如果略去电枢电感La，且令,其中，K1称为增益；F称为阻尼系数。那么不考虑负载力矩的情况下,系统的开环传递函数可以简化为其中，K=K1/F，称为开环增益；Tm=J/F，称为机电时间常数。相应的闭环传递函数是四、时域分析取电动机的转矩系数Cm=100电动机反电势有关的比例系数Ce=0.9电动机电

7、枢绕组的电阻Ra=1电动机电枢绕组的电感La=1电动机轴上的总转动惯量J=5总粘性摩擦系数f=10放大器增益Ka=20则Ka=100K=K1/F=KaTm=J/F=0.05则系统的开环传递函数为系统的闭环传递函数为闭环特征方程用劳斯判据判定，当K0时，系统稳定。自然频率阻尼比超调量调节时间ts=Ka=20时，超调量调节时间ts=0.35系统的闭环传递函数为延迟时间峰值时间上升时间超调量调节时间延迟时间=0.1s上升时间=0.2s峰值时间=0.2s调节时间=0.35s超调量=系统为型系统，在阶跃输入的情况下，稳态误差

8、为0系统优化使超调量，调节时间ts取Ka=10时，超调量调节时间ts=0.175系统的闭环传递函数为峰值时间延迟时间上升时间超调量延迟时间-0.1s上升时间=0.2s峰值时间=0.35s调节时间=0.175s超调量=系统为型系统，在阶跃输入的情况下，稳态误差为0五、绘根轨迹在未降阶的情况下，系统的开环传递函数为：1、开环零点：m=0开环极点：n=3P1=0