Саратовский государственный технический университет УТВЕРЖДАЮ Декан ФЭТиП,

Саратовский государственный технический университет
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФЭТиП,
А.А. Большаков _______________2006 г
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА
по курсу Б.3.1.8"Электрические и гадравлические приводы мехатронных и робототехнических
устройств"
для студентов специальности 221000.62
Форма обучения - дневная
Факультет электронной техники и приборостроения
Кафедра "Робототехнические системы"
Курс
Семестр
Всего часов
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
Самостоятельная работа
- 3
- 6
- 146 часов
- 51 часов
- 17 часов
- 17 часов
- 61 часов
Экзамен
Курс. проект.
- 6 сем.
- 6сем.
Программа одобрена методической комиссией по специальности 2103.00
протокол № 18 от 09.05.2006 г.
Председатель УМКС, зав. кафедрой СИИ, проф.
Саратов 2006 г.
В.П. Глазков
1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. Содержание учебных занятий
1.1.1. Введение - 1 час.
Предмет и задачи дисциплины. Место электроприводов и электромеханических элементов в
общей структуре робототехнических систем. Классификация электромеханических элементов и
приводов. Современное состояние и проблемы создания электроприводов для промышленных
роботов.
1.1.2. Силовые электромеханические элементы промышленных роботов - 25 час.
Электромеханическое преобразование энергии. Математическое описание процессов
электромеханического
преобразования энергии. Обобщенная электрическая машина.
Режим преобразования энергии и их характеристики. Преобразование уравнений
электромеханической характеристики обобщенной машины.
Асинхронные машины. Принцип действия асинхронной машины. Асинхронные двигатели
(АД). Классификация АД. Величины, характеризующие работу АД. Устройство трехфазных АД.
Режимы работы трехфазных АД. Электромеханические характеристики АД. Однофазные и
двухфазные АД. Принцип работы и основные особенности.
Фазосдвигающие элементы АД. Линейные АД. Области применения АД в робототехнике.
Синхронные машины
Принцип действия и устройство синхронной машины. Синхронные двигатели (СД).
Классификация СД. Электромеханические свойства СД. Векторные диаграммы СД. СД с
постоянными магнитами. Принцип работы, устройство и особенности режимов.
Уравнение ЭДС и момента двигателя в синхронном режиме. Устройство, принцип действия
синхронных реактивных двигателей. Области применения СД в робототехнике и ГАП.
Гистерезисные двигатели. Принцип работы, устройство гистерезисных двигателей и области
применения.
Индукторные машины. Принцип работы и устройство индукторных машин. Редукторные
двигатели. Способы возбуждения и особенности конструкции редукторных двигателей.
Синхронные двигатели с катящимся ротором. Устройство и принцип действия. Двигатели с
гибким волновым ротором.
Синхронные шаговые двигатели. Принцип действия. Режимы работы и характеристики
шаговых двигателей. Конструкции шаговых двигателей. Двухкоординатные шаговые двигатели.
Особенности применения в робототехнике и технологическом оборудовании.
Рубежный контроль 1
Машины постоянного тока. Принцип действия и устройство машин постоянного тока. ЭДС и
электромагнитный момент. Магнитное поле. Двигатели постоянного тока (ДПТ). Классификация
ДПТ. Способы возбуждения ДПТ
Классификация и конструктивное оформление БДПТ. Рабочие характеристики
бесконтактных ДПТ. Высокомоментные ДПТ. Особенности конструкции и характеристики
высокомоментных ДПТ.
Малоинерционные ДПТ. ДПТ с полым якорем. ДПТ с беспазовым якорем. Конструктивные
особенности и характеристики малоинерционных ДПТ.
ДПТ с дисковым и цилиндрическим якорем. Конструкции и характеристики двигателей.
Применение ДПТ в робототехнике.
1.2. Информационные электромеханические элементы промышленных роботов- 8 час.
Место информационных электромеханических элементов в системах электроприводов
роботов. Классификация информационных электромеханических элементов.
Тахогенераторы. Асинхронные тахогенераторы (АТ). Принцип работы и устройство АТ.
Величины, характеризующие АТ. Анализ погрешностей АТ.
Трансформаторные датчики. Трехполюсные, шестиполюсные ТД. Микросины. Принцип
работы и конструктивное оформление. Расчет статических характеристик. Ошибки
трансформаторных датчиков.
Сельсины. Общие сведения и классификация сельсинов. СС в индикаторном и
трансформаторных режимах. Ошибки СС в режиме синхронной передачи. Динамические
характеристики сельсина.
Поворотные трансформаторы (ВТ). Назначение, устройство и основные режимы.
Конструкция ВТ. Синусный и синусно-косинусный поворотные трансформаторы. Линейный ВТ.
СКВТ как преобразователь координат. Погрешности ВТ. Синусно-косинусные индукционные
индуктосины.
Поворотные
индуктосины.
Области
применения
информационных
электромеханических элементов в робототехнике.
Рубежный контроль П
1.3. Основы автоматизированного электропривода промышленных роботов - 6 час.
Требования предъявляемые к электроприводам промышленных роботов. Механические цепи
электроприводов промышленных роботов. Приведение моментов и усилий. Учет влияния упругих
деформаций, погрешностей и зазоров в механических передачах.
Обобщенная структурная схема механической части электропривода промышленного
робота.
Применение микро-ЭВМ в автоматизированном электроприводе роботов.
1.4. Энергетический расчет и выбор основных элементов электроприводов - 10 час.
Связь информационных и энергетических характеристик в электромеханических системах.
Ограничения, накладываемые на электромеханические преобразователи энергии. Нагревание и охлаждение двигателей. Номинальный режим работы электродвигателей. Потери энергии в
электроприводах. Методы эквивалентирования по нагреву произвольного и номинального режимов
работы. Выбор мощности исполнительного двигателя. Выбор передаточного числа редуктора и
проверка выбранного двигателя. Комплектный привод.
1.5. Регулирование координат электроприводов промышленных роботов - 32 час.
Способы регулирования координат и их основные показатели.
Система - "управляемый преобразователь" УП-Д.
Частотные оценки точности и качества автоматического регулирования координат.
Способы коррекции в автоматическом регулировании координат.
Регулирование момента в системе УП-Д. Контур регулирования тока в системе УП-Д.
Регулирование момента асинхронного двигателя. Влияние отрицательной обратной связи по
моменту на динамику упругой электромеханической системы.
Регулирование скорости в системе УП-Д. Последовательная коррекция контура
регулирования скорости в системе УП-Д.
Принцип построения управляемых преобразователей электропривода постоянного тока.
Тиристорные преобразователи. Широтно-импульсные преобразователи.
Регулирование скорости асинхронного электропривода. Импульсное регулирование
скорости асинхронного электропривода. Частотное регулирование скорости асинхронного
электропривода. Преобразователи систем переменного тока.
Регулирование положения. Точное позиционирование электропривода. Автоматическое
регулирование положения электропривода по отклонению. Управление линейным и развернутым
приводом.
Организация цифроаналогового и аналого-цифрового каналов автоматизированного привода
на базе микро-ЭВМ. Принципы сопряженного управления.
Рубежный контроль Ш
ГИДРОПНЕВМОПРИВОД
2.1. Жидкость и газ как рабочие тела - 4 час: характеристики жидкости;
характеристики газа.
2.2. Информационные гидропневмоэлементы приводов роботов
- 10 час:
постоянные дроссели;
линейные турбулентные дроссели;
регулируемые дроссели сопло-заслонка;
дросселирующие гидрораспределители;
гидрораспределители со струйной трубкой;
золотниковые дросселирующие гидрораспределители.
2.3. Исполнительные элементы приводов роботов - 14 час: ротационный
пневматический двигатель; шестеренные двигатели;
поршневые двигатели;
мембранные пневматические двигатели;
сильфонные двигатели;
поршневые гидравлические машины с пространственной кинематикой;
роторный пневматический двигатель.
2.4. Усилители гидропневмоприводов роботов - 10 час: гидравлические и
пневматические усилители; струйные гидроусилители;
струйный гидроусилитель с жесткой отрицательной обрвтной связью;
гидроусилитель типа сопло-заслонка;
гидроусилители золотникового типа;
пневмоусилители на мембнанных элементах;
струйные пневмоусилители, работающие на эффектах отклонения струи.
Рубежный контроль
2.5. Электромеханические преобразования - 4 час: магнитоэлектрические
электромеханические преобразователи; поляризованный электромагнитный
электромеханический преобразователь;
электрогидравлический усилитель мощности без обратной связи по положению;
электрогидравлический усилитель с силовой обратной связью.
2.6. Комбинированные следящие электро-, гидро-, пневмоприводы - 10 час:
общие сведения;
электрогидравлический следящий привод с дроссельным регулированием;
электрогидравлический следящий привод с дроссельным регулированием и с
дополнительной обратной связью по расходу жидкости;
ЭТП с дроссельным регулированием и с дополнительной обратной связью по производной
от перепада давления в гидроцилиндре;
уравнения пневмопривода;
электропневматический следящий привод.
2.7. Объемный гидропривод - 2 час.
3. ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
1 семестр - 34 час.
1. Исследование характеристик рамочного и трансформаторного датчика - 2 час.
2. Исследование статических характеристик сельсинов -4час.
3. Исследование ВТ (вращающегося трансформатора) - 6 час.
4. Исследование характеристик АИД типа ДГ-0.5Т с амплитуднофазовым управлением - 4
час.
5. Исследование характеристики АИД типа ДГ-0.5Т с фазовым управлением - 4 час.
6. Исследование характеристик шагового двигателя и его привода - 6 час.
7. Исследование статических и динамических характеристик ИДПТ типа Д-27 с
тахогенератором постоянного тока типа ДПМ
- 4 час.
8. Исследование характеристик ИДПТ типа СЛ-161 - 4 час.
2 семестр - 34 час.
1. Исследование характеристики бесколлекторного двигателя постоянного тока - 4 час.
2. Исследование привода на бесконтактных сельсинах в трансформаторном режиме - 4 час.
3. Исследование следящего привода с ЭМУ на бесконтактных сельсинах - 4 час.
4. Исследование электромеханических приводов промышленного НМЦ - 4 час.
5. Исследование электропневматических приводов МРЛУ - 4 час.
6. Исследование пневмогидравлического привода с поршневым двигателем и струйным
датчиком положения - 4 час.
7. Исследование характеристик роторного пневматического двигателя - 4 час.
8. Исследование характеристик пневматического ротационного двигателя - 4 час.
9. Исследование электропневматического привода - 2 час.
4. ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ - 17 час.
1. Выбор информационных элементов в электромеханических и пневмогидравлических
приводах - 4 час.
2. Выбор исполнительных устройств приводов - 4 час.
3. Выбор усилителей и корректирующих элементов в электромеханических приводах - 4
час.
4. Выбор усилителей и корректирующих элементов в пневмогидравлических приводах - 3
час.
5. Проектирование электромеханического привода - 2 час.
5. КУРСОВАЯ РАБОТА
Курсовая работа выполняется по индивидуальному заданию, содержащему основные
технические данные к приводу.
Исходные данные для курсовой работы выдаются студентам в виде цифрового кода, каждая
цифра которого определяет соответствующую позицию в перечнях задания.
Курсовая работа должна содержать следующие разделы:
1. Выбор и обоснование функциональной схемы. Составление структурной схемы.
2. Выбор и графическое изображение элементов привода.
3. Выбор и расчет основные конструктивных параметров элементов привода.
4. Составление принципиальной электрической схемы и выбор корректирующих цепей.
5. Расчет передаточных функций звеньев.
6. Расчет точности и устойчивости.
7. Графическое изображение ЛАЧХ, ЛАЧХ и переходной характеристики привода.
6. ТЕМЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
6.1. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями.
1. Общие уравнения и параметры дискретного привода с шаговыми двигателями.
2. Установившиеся режимы работы шагового привода.
3. Переходные процессы в шаговом приводе.
4. Особенности расчета устойчивости дискретных разомкнутых и замкнутых приводов с
шаговыми двигателями.
6.2. Следящие приводы с электромагнитными муфтами.
1. Типы муфт, применяемых в приводах роботов.
2. Энергетические характеристики приводов с электромагнитными муфтами.
3. Примеры принципиальных схем с электромагнитными муфтами.
6.3. Гидравлический привод с объемным регулированием.
1. Статические характеристики.
2. Дифференциальное уравнение движения гидропривода с объемным регулированием.
3. Переходные процессы.
4. Передаточные функции и частотные характеристики объемного гидропривода.
5. Объемный гидропривод с обратной связью. Статические и динамические характеристики
замкнутого объемного гидропривода.
6. Следящий объемный гидропривод с электромеханическим управлением.
6.4. Пневматические вычислительные устройства непрерывного действия.
6.5 Пневматические вычислительные устройства дискретного действия.
1. мембранные.
2. Струйные.
3. Пневматические дисткретные устройства памяти и задержки на такт.
4. Пневматические триггеры.
5. Пневматические генераторы.
ЛИТЕРАТУРА
1. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: Высшая школа. 1976.
2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины и микромашины.- М.:
Высшая школа. - 1971.
3. Хрущев В.В. Электрические машины систем автоматики. Л.: Энергоатомиздат. - 1985.
4. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа. - 1990.
5. Штелтинг Г., Байссе А. Электрические микромашины. М.: Энергоатомиздат. - 1991.
6. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода.
М.: Энергоиздат. - 1981.
7. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат. - 1985.
8. Ивоботенко Б.В., Чиликин М.Г. и др. Дискретный электропривод с шаговыми
двигателями. - М.: Энергия. - 1971.
9. Ибрагимов И.А. и др. Элементы и системы пневмоавтоматики. М.: Высшая школа. - 1975.
10. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидро- и пневмосистем. М.: Машиностроение . 1979.
11. Гамынин Н.С. и др. Гидравлический следящий привод.
М.: Машиностроение. - 1968.
12. Гамынин Н.С. Основы следящего гидравлического привода. М.: Оборонгиз. - 1962.
13. Навроцкий К.Л. Теория и проектирование гидро- и пневмоприводов. М.:
Машиностроение. - 1991.
14. Чупраков Ю.И. Гидропривод и средства гидроавтоматики.
М.: Машиностроение. - 1979.
15. Лебедев И.В. и др. Элементы струйной автомашины. М.: Машиностроение. - 1973.
16. Залманзон Л.А. Теория аэрогидродинамических систем автоматического управления. М.:
Наука. - 1977.
Составитель программы
доцент
А.П. Филипенко