Napędy elektryczne w automatyce i robotyce

Napędy elektryczne w automatyce i robotyce

SPIS TREŚCI
Wykaz ważniejszych oznaczeń .......................................................................................... 7
Wstęp ............................................................................................................................. 11
1. Wymagania stawiane napędom elektrycznym w układach zrobotyzowanych ............... 13
1.1. Wymagania odnoszące się do stanu statycznego ................................................... 15
1.2. Wymagania odnoszące się do stanów dynamicznych ............................................ 17
1.3. Środki prowadzące do spełnienia wymagań dotyczących statycznych
i dynamicznych właściwości silników wykonawczych .......................................... 17
1.4. Wymagania stawiane układowi serwonapędu jako całości .................................... 23
2. Typy silników wykonawczych i układy ich zasilania .................................................... 24
2.1. Silniki prądu stałego – właściwości statyczne i dynamiczne ................................. 25
2.2. Silnik prądu stałego z wirnikiem pakietowym ....................................................... 31
2.3. Silnik prądu stałego z wirnikiem bez żelaza – kubkowy ........................................ 33
2.4. Silnik prądu stałego małej mocy z komutatorem elektronicznym .......................... 40
2.5. Charakterystyki mechaniczne silników wykonawczych prądu stałego
małej mocy ............................................................................................................. 46
2.6. Charakterystyki mechaniczne silników wykonawczych prądu stałego
większych mocy ..................................................................................................... 50
2.7. Właściwości dynamiczne układów napędowych z silnikiem prądu stałego
i przekształtnikiem impulsowym ........................................................................... 60
2.8. Silnik tarczowy prądu stałego i układ jego zasilania .............................................. 63
2.9. Tłumienie oscylacji wirnika w przypadku silników prądu stałego ......................... 72
2.10. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi ...................................................... 83
2.10.1. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi zasilane prądem stałym .... 83
2.10.2. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi zasilane
prądem sinusoidalnym ............................................................................. 90
2.11. Silniki skokowe .................................................................................................... 95
2.11.1. Moment synchronizujący magnetoelektryczny i reluktancyjny
w silnikach skokowych ............................................................................ 95
2.11.2. Silniki skokowe – hybrydowe .................................................................. 101
2.11.3. Silniki skokowe tarczowe ........................................................................ 105
2.11.3.1. Charakterystyka kątowa momentu synchronizującego ............. 110
2.11.3.2. Maksymalizacja średniego momentu napędowego
w stanach dynamicznych .......................................................... 113
2.11.4. Transmitancja silnika skokowego ............................................................ 119
4 Napędy elektryczne w automatyce i robotyce
2.12. Silniki indukcyjne ................................................................................................ 121
2.12.1. Metody sterowania wektorowego silnikami indukcyjnymi ..................... 122
2.12.2. Modulacja wektora przestrzennego ......................................................... 123
2.12.3. Praca silnika indukcyjnego sterowanego wektorowo w zakresie
osłabionego pola ..................................................................................... 135
2.12.4. Schematy układów napędowych z silnikiem indukcyjnym
sterowanym wektorowo .......................................................................... 138
2.13. Silniki liniowe ...................................................................................................... 147
2.13.1. Zasada pracy silnika liniowego-synchronicznego
z magnesami trwałymi ............................................................................ 148
2.13.2. Układ sterowania serwonapędu z silnikiem liniowym-synchronicznym
z magnesami trwałymi ............................................................................ 153
3. Nagrzewanie i dobór silników wykonawczych ............................................................. 159
3.1. Nagrzewanie silników wykonawczych .................................................................. 159
3.2. Kryteria doboru mocy silników wykonawczych .................................................... 162
3.2.1. Kryterium doboru silnika do pracy ciągłej .................................................. 163
3.2.2. Kryterium przekładni optymalnej ................................................................ 164
3.2.3. Kryterium doboru silnika do pracy cyklicznej ............................................. 165
3.2.4. Dobór profilu zmian prędkości w funkcji czasu przy pracy cyklicznej ....... 167
3.3. Dobór silnika wykonawczego z wirnikiem bez żelaza ........................................... 171
3.4. Dobór mocy silnika skokowego – tarczowego ....................................................... 174
4. Struktura układu sterowania napędami robotów ......................................................... 180
4.1. Schemat blokowy układu sterowania ..................................................................... 181
4.2. Regulator i regulacja położenia .............................................................................. 183
4.3. Regulator i regulacja prędkości .............................................................................. 186
4.4. Regulator i pomiar prądu ........................................................................................ 187
4.5. Algorytm działania regulatorów ............................................................................. 189
4.6. Przekształtnik zasilający silnik napędowy prądu stałego ........................................ 191
5. Napęd bezpośredni robotów ....................................................................................... 195
5.1. Koncepcja napędu bezpośredniego w robotyce ...................................................... 196
5.2. Zagadnienia teoretyczne napędu bezpośredniego (DD) ......................................... 199
5.2.1. Zagadnienia maksymalizacji momentu ........................................................ 199
5.2.2. Zagadnienie stałej momentu silnika kM ........................................................ 200
5.2.3. Zagadnienie efektywności wytwarzania momentu ...................................... 202
5.3. Typy silników napędu bezpośredniego .................................................................. 204
5.3.1. Silnik DD prądu stałego ............................................................................... 204
5.3.2. Silnik DD bezszczotkowy, synchroniczny .................................................... 206
Spis treści 5
5.3.3. Silnik DD reluktancyjny .............................................................................. 208
5.4. Zagadnienia związane ze sterowaniem silników typu DD ..................................... 212
5.4.1. Zagadnienia sterowania położeniowego ...................................................... 213
5.4.2. Zagadnienia sterowania momentowego ....................................................... 216
5.4.3. Zagadnienia sztywności układu napędowego .............................................. 217
5.5. Metoda sterowania napędem z silnikiem DD .......................................................... 218
5.5.1. Uproszczona analiza sterowania z wyprzedzeniem napędami manipulatora
z silnikiem DD .............................................................................................. 218
5.5.2. Bezpośredni pomiar momentu silnika w celu realizacji metody sterowania
z wyprzedzeniem .......................................................................................... 225
5.5.3. Sterowanie silnika DD z momentowym sprzężeniem zwrotnym ................. 231
5.6. Przemysłowe układy napędowe z silnikami typu DD ............................................. 233
Literatura ........................................................................................................................ 238