Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980948610.12737/16077Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеStudy on positioning accuracy of automated pneumatic drive with an outer brakeИсследование точности позиционирования автоматизированного пневмо-привода с внешним тормозным устройствомДао Тхе АньDao Tkhe Аньdaoanh2010@mail.ruСидоренкоВалентин СергеевичSidorenkoValentin Сергеевичvsidorenko@dstu.edu.ruДымочкин Денис Димитриевич Dymochkin Denis Димитриевич dydedmi_77_06_02@mail.ru24092015240920151544653https://zh-szf.ru/en/nauka/article/9486/view
Цель данной работы — представить схемотехническое решение автоматизированного пневмопривода (АПП) с внешним тормозным устройством. В качестве такого устройства выступает управляемый пневмомеханический тормоз, обеспечивающий сокращение длительности процесса позиционирования, повышение точности останова и надежную фиксацию механизма в заданных координатах. Использование экспериментально исследуемого привода с автоматизированным измерительным комплексом создает условия для осциллографирования процесса позиционирования в реальном времени и пространстве, а также обеспечивает достоверные результаты эксперимента. Авторами создан специальный стенд — модель предлагаемого привода, позволяющая исследовать влияние точности позиционирования предлагаемого привода при различных параметрах его функционирования. Установлены кинематические и силовые характеристики привода при автоматическом управлении потоком сжатого воздуха. В результате выявлено влияние скорости позиционирования и управляющего давления тормоза на точность привода. Сформулированы рекомендации для разработки реальных позиционных приводов повышенного быстродействия и точности позиционирования. Установлено, что при работе с настоящими позиционными приводами введение внешнего тормозного устройства — управляемого пневмомеханического тормоза повышает точность позиционирования в 1,25–2,25 раза.
The work objective is to introduce a design of the automated pneumatic drive (APD) with an external braking gear. It is a controlled pneumo-mechanic brake providing the process time reduction, the positioning accuracy increase, and the reliable positioning of the stop mechanism in the setpoints. The application of the prototype drive with the automated measurement complex creates conditions for the oscillographic testing of the positioning process in real time and space, and it also provides reliable experiment results. The authors have created a special stand – a model of the proposed drive that allows investigating the effect of its positional accuracy under different parameters of its operation. Kinematic and power characteristics of the drive in the automatic operation by the compressed air flow are identified. The effect of the positioning speed and the brake control pressure on the drive accuracy is resulted. Recommendations for the development of real positional drives with increased performance and positioning accuracy are formulated. It is found that the introduction of an outer braking device – the controlled pneumo-mechanic brake – improves the positioning accuracy of these drives by 1,25-2,25 times.
В условиях современных производств возрастают требования к быстродействию и точности позиционирования пневмопривода. Данную задачу решает автоматизированный пневмопривод с оригинальным датчиком перемещения и внешним тормозным устройством. Использование указанной конструкции позволяет заметно улучшить качество управления позиционным циклом.Известно, что имеющие фиксированные структуры электропневматические позиционные приводы ограничены по мощности, точности и быстродействию. Это затрудняет их применение в условиях интенсификации технологических и рабочих процессов машин. При оценке эффективности рассматриваемого класса механизмов особые требования предъявляются к точности работы, быстродействию, устойчивости режимов функционирования. Главным образом учитываются такие параметры, как масса, скорость, координаты.В качестве основных функциональных требований к позиционному пневмоприводу рассматриваются:— регулирование и стабилизация скорости исполнительных движений;— оптимальный режим перехода с ускоренных перемещений на рабочие;— задание перемещений и их отработка с требуемой точностью в режиме установочных, вспомогательных и транспортных перемещений при изменяющихся нагрузках, скоростях;— оптимальные рабочие процессы в заданном диапазоне силовых, кинематических и динамических параметров; — фиксирование исполнительных механизмов в точке позиционирования для сохранения точности позиционирования при последующих внешних воздействиях на механизмы.
Taghizadeh, M. Modeling and identification of a solenoid valve for PWM control applications / M. Taghizadeh, A. Ghaffari, F. Najafi // Comptes Rendus Mécanique at ScienceDirect.com. - 2009. - Vol. 337. - P. 131-140.Taghizadeh, M., Ghaffari, A., Najafi, F. Modeling and identification of a solenoid valve for PWM control applications. Comptes Rendus Mécanique at ScienceDirect.com. 2009, vol. 337, iss. 3, pp. 131-140.Wang, J. Energy Optimal Control of Servo-Pneumatic Cylinders through Nonlinear Static Feedback Linearization / Jihong Wang, T. Gordon // Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control. - 2012. - № 5. - Vol. 134. - P. 1-11.Wang, J., Gordon, T. Energy Optimal Control of Servo-Pneumatic Cylinders through Nonlinear Static Feedback Linearization. Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, 2012, vol. 134, iss. 5, pp. 1-11.Modelling and Controller Design of Electro-Pneumatic Actuator Based on PWM / Behrouz Najjari [et al.] // International Journal of Robotics and Automation. - 2012. - Vol. 1, № 3. - P. 125-136.Najjari, B., et al. Modelling and Controller Design of Electro-Pneumatic Actuator Based on PWM. International Journal of Robotics and Automation, 2012, vol. 1, no. 3, pp. 125-136.Falcão Carneiro, J. A high-accuracy trajectory following controller for pneumatic devices / J. Falcão Carneiro, F. Gomes de Almeida // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. - 2012. - № 61. - P. 253-267.Falcão Carneiro, J., Gomes de Almeida, F. A high-accuracy trajectory following controller for pneumatic devices. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2012, vol. 61, iss. 1, pp. 253-267.Camozzi. Большой каталог. Пневматическая аппаратура. Версия 8.5 / Camozzi spa. - Москва : Салта ЛТД, 2012. - C. 1070.Camozzi. Bol´shoy katalog. Pnevmaticheskaya apparatura. Versiya 8.5. [Camozzi. Large catalogue. Pneumatic facilities. Version 8.5.] Camozzi spa. Moscow: Salta LTD, 2012, 1070 p. (in Russian).Дао Тхе Ань. Многопараметрический пневмомеханический датчик позиционных пневмоприводов [Электронный ресурс] / Дао Тхе Ань, В. С. Сидоренко, Д. Д. Дымочкин // Инженерный вестник Дона. - 2015. - № 2. - Режим доступа: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/3055 (дата обращения 15.06.15).Dao The Anh, Sidorenko, V.S., Dymochkin, D.D. Mnogoparametricheskiy pnevmomekhanicheskiy datchik pozitsionnykh pnevmoprivodov. [Multiparameter pneumo-mechanical sensor of positional pneumatic drives.] Inzhenernyy vestnik Dona, 2015, no. 2. Available at: http://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/3055 (accessed: 15.06.15) (in Russian).Дао Тхе Ань. Моделирование процессов позиционирования быстродействующего пневмопривода робота / Дао Тхе Ань, В. С. Сидоренко // Фундаментальные исследования. - 2015. - № 7, часть 2. - С. 285-292.Dao The Anh, Sidorenko, V.S. Modelirovanie protsessov pozitsionirovaniya bystrodeystvuyushchego pnevmoprivoda robota. [The study of the dynamical system high-speed pneumatic robot position.] Fundamental research, 2015, no. 7, part 2, pp. 285-292 (in Russian).Dao The Anh. Dynamics of position fast robot with pneumatic drive of brake unit / Dao The Anh, V. S. Sidorenko, D. D. Dymochkin // Dynamics and vibroacoustics of machines : conference. - Samara, September 15-17, 2014. - Vol. 3. - P. 176-183.Dao The Anh, Sidorenko, V.S., Dymochkin, D.D. Dynamics of position fast robot with pneumatic drive of brake unit. Dynamics and Vibroacoustics of Machines: Proc. 2nd Int. Conf. Samara, September 15-17, 2014, vol. 3, pp. 176-183.Джонсон, Н. Статистика и планирование эксперимента в технике и науке. Методы планирования эксперимента / Н. Джонсон, Ф. Лион ; под ред. Э. К. Лецкого, Е. В. Марковой. - Москва : Мир, 1981. - 516 с.Johnson, N., Lion, F. Statistika i planirovanie eksperimenta v tekhnike i nauke. Metody planirovaniya eksperimenta. [Statistics and Experimental Design in Engineering and Science. Methods of Experimental Design.] Letskiy, E.K., Markova, E.V., eds. Moscow: Mir, 1981, 516 p. (in Russian).Львовский, Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул / Е. Н. Львовский. - Москва : Высшая школа, 1988. - 239 с.Lvovskiy, E.N. Statisticheskie metody postroeniya empiricheskikh formul. [Statistical methods for constructing empirical formulas.] Moscow: Vysshaya shkola, 1988, pp. 239 (in Russian).