автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка замкнутого по положению планарного дискретного электропривода

МОСКОВСКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

ТВ од

На правах рукописи

. - > .-5 \

■ П !

КУШЕТГППЕЕВ ТЛНИР Х.ШШНЧ

рвзРАБоткя. сй^кнатого по полошма паашчгого

ДИСКРЕТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.04.03 - Электротехнические коеглскси и систп^и, вилзчая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических кади

/ :/

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре Автоаатизиропанного электропривода йосковского энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель - Лауреат Государственных премий,

доктор технических наук, профессор ИВОБОТЕШ Б.й.

Официальные оппоненты - доктор технических наук профессор Рубцов В.П.

кандидат технических наук доцент Красовский А.Б.

Ведущее предприятие - Центральный научнс->исследователь-ский технологический институт НПО "Техтшаи" <■

З-чцта состоится " 17 " ииня 1934 г. в час. А1- кии. з аудитории М-214 на заседании специализированного Совета К-053.16.06 в Московском энергетическом институте.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печа-тьв, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е—250. ул. Красноказарменная, 14, Учений Совет МЭИ.

йвгореферат разослан " 18 " ыая 1394 г.

Ученый секретарь специализированного Совета К 053.16.06.

к,т.н.. доц. йнчарова Т.В.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕИЯ.

В сонременннх роботах и автоматах вироко применяется саговый привод. Однако, использование в этом приводе традиционного преобразования врацательного двигелия в линейное посредством передачи вкят-гайка нежелательно кз-^а нал; .ия значительного сухого трения, снкге:::.я точности передачи с увеличением временя наработки и т.д. Поэтому в прецизионных эаго-вих электроприводах наили применение линейные одноксординатнке и планаркые двухкоординаткие иаговае дзигателн на аэростатической опоре.. Использовании таких двигателей в разомкнутся приводах позволяет формировать слознне траектории движения в пространстве с точностью позиционирования +/- 20 нки. и быстродействием, определяемом диапазоном скоростей до 1 м/с я ускорений до 40 к/с\ что в свос время удовлетворяло требовании лучших Кировых стандартов,

От современного прецизионного дискретного электропривода требуются более высокие точности посицноннросаниа и воспроизведения траектории деиаения (до единиц мкм.). Разомкнутые системы дискретного электропривода, гепользуяцие традициожше алгоритмы параиетрического управления, осноззшше на предварительной калибровке токовых состояний, не могут удовлетворить указанным требованиям. Достижение отнечеиних показателей воз-монно только в замкнутых системах управления, содеряацих линейные или пленарные ваговые двигатели и измерителенне системы высокой точности и разрешения.

В этой связи являются актуальными определение оптимальных: способа управления и структуры управлений замкнутый саговым приводом; уточнение модели пленарного аагового двигателя, выбор ог.тинального типа регулятора цепи обратной связи и синтез по уточненной модели его коэффициентов, разработка прецизионного датчика положения планарного иагового двигателя и блока электронной интерполяции аналоговых сигналов датчика в цифровой код положения.

Данная диссертационная работа выполнена в ранках исследований, проводимых" в лаборатории дискретного электропривода кафедры Автоматизированного электропривода УЗЯ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке замкнутого по полокешш

дискретного электропривода на базе линейных однокоординатных и пленарных двухиоординатных шаговых двигатечей для реиения задач прецизионных контурного и позиционного движений.

Для достияения этой цели в диссертации поставлены и реие-ни следующие основные задачи:

1. Анализ способов управления разомкнутым и замкнутый по положении шаговмми приводами и структуры управления замкнутым приводом и выбор оптимальных способа и структуры управления прецизионным замкнутым по положению плакарныи ааговым приводом.

2. Внработка требований и разработка уточненной модели планарного иагового двигателя с учетом выеии:; гармоник проводимости воздушного зазора и насыщения магнитопроводоз полисов сагового двигателя. .

3. Определение оптимального типа регулятора цепи обратной связи и синтез коэффициентов регулятора замкнутого по положении прецизионного планарного иагового привода.

4. Разработка датчика положения планарного шагового дэи^ гателя, способного детектировать аварийные колебания якоря пленарного шагового двигателя вокругсооегс центра масс.

5. Разработка.методики синтеза параметров блока электронной интерполяции сигналов датчика полокения иагового двигателя и сгс экспериментальное исследование,

6. Экспериментальное исследование разработанного замкнутого по полоаении планарного кагового привода.

МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования проводились аналитическими методами, принятыми в теории дискретного электропривода и теории обобщенной электрической манины. Использовался метод амплитцдно-частотных характеристик. из теории автоматического управления. Применялся специализированный пакет программ для моделирования нелинейных систем на персональном компьютере. Зкспериыектальнйе исследования проводились на макетных и промасленных образцах с поищыо современной измерительной аппаратуры, а такге с элементами автоматизации обработки результатов эксперимента.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы состоит в ревении главной задачи -разработке замкнутого по пологениа планарного шагового электропривода, а такие в реиении ряда задач, связанных с главной:

- разработана уточненная модель планарного' шагового

электропривода с последуюцей р.ллизацией се на персональном компьютере;

- показана пути повышения точности позиционирования разомкнутого аагового привода путем изменения управлявши токов аагового двигателя;

- аналитически исследовано влияние разс-рота якоря пла-нарного шагового двигателя на сигнал емкостного датчика noj. женин и показана возможность акт;:::с.'! компенсации разворота якоря по этому сигналу;

- разработана методика синтеза параметров блока электронной интерполяции сигналов датчика пэлозе.ния любого типа.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТИ состоит в тон. что разработанный замкнутый по пологенна шаговый привод позволил достичь высоких точностей позиционирования и отработки контурных движений. Разработанная в процессе работа уточненная модель основана на более точно« отражения физических процессов в системе аагового электропривода, удобна для каминного анализа и состоит из типових звеньев теории автоматического ^правления. Разработан интегрированный с иагоочя двигателем еикостккй датчик полояения, способна?, цпавлквать развороти якооя для последующей активной их компенсации или аварийного отключения аэростатической ■ опоры планерного шагового двигателя. Синтезирован аналого-цифровой интерполятор сигнадоз датчика пологенкя левого типа, имевшего на выходе сигналы синуса и косинуса полояения .

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы использованы в совместных исследованиях пагозого привода с Фирмой PftSIM Mikrosysten - technik Gsbx (Геркання) и в контрактных работах с ПО "Кристалл" (г.Смолено;) по создания лазерного технологического кокплекса по обработке алмазов ЛТКi.

АПРОБАЦИЯ РАЕОТК. Основные полояения работы докладывались на заседании кафедры Автоматизированного электропривода Московского энергетического института в октябре 1993 года.

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертационной работы опубликовано четыре печатные работы.

СТРИКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная робота состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 63 наименований и одного приложения. Общий объеи диссертации составляет 178 страниц: 13? страниц основного текста, 52

рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ fio введении сформулирована цель работы, обоснована актуальность проблемы, кратко изложено содержание глав, сформулирована научная новизна полученных результатов и их практическое использование.

В первой главе проводится математическое описание шагового дзигателя при его работе от безынерционных регулятора тока и инвертора и при работе от пропорцио'нально-кнтегр • кого регулятора тока и ИИ-инвертора; проводится сравнительный анализ способов управления шаговым приводом для задач позиционного и контурного движений с (¡четой фиксирующего усилии шагового двигателя, изменяющегося по синусоидальному закону в функции учетверенного угла положения якоря, и насыщения магнитопрево-, дов ЕД; показаны пути ь^мпенсации влияния ежксирунцего усилия и насыщения на точность позиционирования разомкнутого привода; определяемся оптимальный тип структуры управления "замкнутого по положению шагового призода; разрабатывается методика синтеза оптинального регулятора цепи обратной связи.

Из рассмотрения идеализированной подели планарного шагового двигателя (ПД>, предетавляынего собой двухфазную, индукторную нашину с возбужденней от постоянных магнитов, т.е. гибридный 0Д, при управлении его от безынерционных регулятора тока и инвертора, следует нелинейное уравнение движения:

(/„/у r-1-V 1 - Т Uh) ...

V<

где у-п, - относительное значение максимального усилия ИД;

относительная электрическая постоянная двигателя,-при управлении его от безынерционных регулятора тока и инвер-" тора, измеренная в долях периода Тг круговых колебаний нена-гругенного привода;

- частота собственных колебаний некагругенного привода, при палых нарушениях состояния устойчивого равновесия; - электрический угол задания пологения вектора тока;

I? - электрический угол положения якоря двигателя; и)~ ^ - относительная электрическая скорость движения двигателя, измеренная в долях периода Т^ ;

.. dn ' 1 '

¿77 ~ 01l)0Cl,T9J,L!taiI заданная электрическая скорость движения, измеренная в долях периода :

fJT - электрически.'! угол иегду вектором задания тока и вектором тока;

S - относительная ЗДС движения при злектрической скорости, численно равной ;

- относительное значение сопротивления замкнутой по току фазы двигателя;

jut - относительное значение статического усилия; £ - относительное значение суммарной массы якоря ЙД и нагрузки;

Т - относительное значение времен!,, измеренное в долях ГЛ- .

При управлении шаговым двигателем от ПЯ-регулятора тока, токовый контур настроен таким образом, чтобы скомпенсировать постояннув времени двигателя X . Влиянием запаздывания ЕИН-кнвертора на скоростях, с которыми работает прецизионные оаговыч привода, mozko пренебречь ввиду высокой частоты Й"Ч. Тогда уравнение двнаения прецизионного шагового привода принимает вид: уз lu

M„Stnlf£-у., Ш

где flar - коэффициент вязкого трения,зависящий от скорости двияения; 1Ш- амплитуда токов фаз ЗД.

Из (1) и (2) очевидны три способа упразленчя приводом:

- амплитудной - с изменением амплитуды тока фаз ЗД, а значит и максимального усилия уЦ^при постоянном угле нагрузки б'х = - б* = const;

- фазовый - с изменением, угла нагрузки $н при постоянной амплитуде токов фаз ЙД, а значит при постоянном ;

амплитудно-фазовый - с изменением амплитуды токов йаз ВД в функции угла нагрузки 19

Рассмотрение амплитудного управления показывает, что ввиду наличия в оагових двигателях гибридного типа значительного фиксирующего усилия, при реиении задач позиционного движения в разомкнутом приводе возникает параметрическая неустойчивость. При позиционировании в замкнутом приводе с амплитудным 'управлением возникнут недопустимые автоколебания якоря около точки позиционирования.

Анализ фазового управления показывает, что око является параметрически устойчивым. При позиционировании разомкнутого

шагового привода с амплитудным {¡правлением под действием <?ик-сирупцего усилия ЕД и насыщения ыагнитопрпводов ВД будет возникать систематическая ошибка позиционирования, которая может быть устранена калибровкой - добавлением в угол нагрузки 9ц составляющей л ^ , величина и знак которой зависят от ведаемой точки позиционирования. При позиционировании замкнутого по положению шагового привода с фазовый управлением ошибка позиционирования компенсируется влиянием обратной связи.

Амплитудно-фазовое управление иаговым приводом сохраняя преикуцестеа оазового управления, позволяет добиться более высоких скоростей движения привода за счет форсирования тока, чем Фазовое управление. При позиционировании разомкнутого шагового привода с амплитудно-фазовым управлением систематическая оиибка позиционирования, вызванная фиксирующий усилием ВД и насииением его иагнитопроводов, иогет быть устранена до-' давлением в синусоидальный закон задания токов фаз ЕД третьей гарионики. Тогда токи фаз 0Д будут иметь вид: 1а - 11а*со$в - 13в*саз38 1Ь - Пв*з1п6 + 13н*з1п39

где Пя-аыплитуда первой гармоники тока; 13и- амплитуда третьей гарионики -тока, зависящая от величины фиксирующего усилия ВД и от величины влияния наснцения магнитопроводов ЕД.

Структура управления замкнутого привода монет быть двух типов; следящая система и система, программно задавшая двияе-ние, с корректирующей обратной связью по полояенив,-

В следяцей системе на вход подается сигнал задания по.югения, который сравнивается в сумматоре с сигналом $ истинного полояешя, получаемого от измерительной система поло-вения; полученная ошибка по положении д ^ подается на регулятор системы, выходной сигнал которого является управлявший для вогового двигателя. От кагоЕОГо привода могет потребоваться двкаение с ускорением, следовательно, чтобы ошибка по пологенив не достигала недопустимых величин, следящая система доляна обладать астатизиом второго порядка, что потребует регулятор системы с аетатизиои четвертого порядка. Программная реализация такого регулятора затруднена для контроллера привода.

Поз точу оптимальной будет система, которая по упрощенной модели (.2) иагового привода рассчитывает угол задания вектора

- э -

тока в функции требуемого положения якоря,а на обратную связь по положении при этой возлокена функция коррекция угла ^ задания вектора тока для устранения оыибок по полоиенмм. В такой системе остаются все алгоритма управления разомкнутым приводом, дополненные алгоритмами работы обратной связи по половешш, что позволяет без труда переходить от замкнутой системы управления к разомкнутой и обратно. Подобные переход могут потребоваться при вознпкнавешг.. разворота якоря (о чем сказано в третьей главе работы) или при длинноходовых перемещениях. когда высокая точность требуется только на ограниченном участке эти;; переведений, что позволяет использовать более дешевый датчик положения с малым ходом.

Далее в работе следует определение типа регулятора цепи обратной связи по положения. Пропорциональный регулятор позволяет повысить точность привода, но повышает его колебательность, что недопустимо. Добавление в регулятор дифференциальной составляющей позволяет уменьшить колебательность привода, но величина этой составляющей ограничена, так как при значительной величине дифференциальной составлявшей возможно возникновение автоколебаний привода при позиционировании -ввиду дискретизации управления как во времени, так и по уровню. Следовательно, оптимальным регулятором цепи обратной связи по положении будет проперционально-интегрально-дифОеренцкальный регулятор (ПИЛ- регулятор), где функции компенсации оиибки по полсяенип левит, в основном, на интегральной составляющей регулятора. Параметры этого регулятора находятся по упрощенной модели (2) оаговоги привода, но требуют последующей корректировки по уточненной модели привода.

'Вторая глава работ« посвящена анализу и построении моделей шаговых электроприводов и их элементов.

Известны разнообразные модели электроприводов с шаговыми двигателями. Однако, они не удовлетворяют по тем или иным критериям: не учитывают в структуре силовой части ее нелинейности и инерционности; не учитывают влияния высвих гармоник проводимости воздушного зазора и насыщения магнитопроводов полисов фаз ВД на усилие вагового двигателя. Поэтому потребовалось уточнение упровенной модели (2) шагового привода с учетом перечисленных факторов; уточненная модель при этом дслхна быть удобна для алалиэа. т.е. не должна повыязть по-

- 10 -

рядка дифференциального уравнения движения привода.

Для выявления главных свойств пригожа была использована исходная идеализированная модель пленарного шагового двигателя, который является двухфазной индукторной малиной с возбуа-дением от постоянных магнитов. Нстанавливаштся следующие до-пучения: отсутствует насыщение иагнитопрсводов ШД, собственная индуктивность обмоток постоякна. пространственное распределение потоков синусоидально, сопротивления обмоток фаз 1Д одинаковы, инвертор, питающий Е1Д, не нзсыцен.

Структура этой модели в относительных единицах изобраге-на на рис. 1. Такая структура является эквивалентным изобра-кением соответствующей системы дифференциальных уравнений, описываюцих привод.

Обозначения:

ип*>игз11- напряжения задания токов соответственно в фазах Я,Б;

- угол задания полокзния вектора тока;

ъГрГ- передаточная функция регулятора тока;

- Передаточная функция инвертора; передаточная Функция обратной связи по току;

е.А>?6 - ЗДС соответственно фаз й и В;

Э? - постоянная времени фазы; . сГ - коэффициент демпфирования;

¿<5 - токи соответственно фаз й и В; у-^уис ~ усилил соответственно ШД и статическое нагрузки;

J - сукмарная масса якоря и нагрузки;

О- ускорение; 6> - скорость: <Р- выходная координата якоря;

- относительный оператор дифференцирования.

Опыт работы показывает неполную адекватность этой подели.

Рассматриваемый в данной работе плакарный двухфазный шаговый двигатель представляет собой совокупность четырех электромагнитных модулей (по два модуля на кагдуа координату), кавдый из которых является однофсзной четырехполюснсй маминой, т.е. в магнитпои отношении фазы ЗД независимы, усилие , развиваемое ШД по координате, является суммой усилий, развиваемых полюсами двух модулей этой координаты:

¿¿¿Л < гг ¿¿¿а П)

■ 2 V ^и^ ТЪ Т ¡У

где г - к.д.с. воздушных зазоров соответственно под

<. -м полисом первого модуля и под j -и полюсом второго модуля: Яi^',/t/,1- магнитная проводимость зазора соответственно под i -к полисом'первого модуля и по^у' -м ползсом второго модула. Нагнитиая проводииость зазора имеет вид:

Ла>) s <? yta>s{6M (ь)

к-о

где п - номер наивыскей удерживаемой в разлоаении гармоники; . .¿/А - амплитуда соответствующей гармоники проводимости. Из совместного решения (3) и (4) при п =4, следует,что в усилии, развиваемой ВД, содеряится целый ряд высиих гармоник усилия.В предлокенных ранее моделях ИД п. =3, т.е. четвертая гармоника проводимости не учитывалась. Однако анализ показывает, что при чиной существования Фикскру ащего усилия ЕЛ, которое присутствует даже при обесточенных обмотках, является именно чэтвертая гармоника проводимости воздушного зазора, и пренебрегать еа нельзя. Величина' этого «риксирущего усилия мокет быть определена экспериментально при обесточенных обмотках ИД. Однако в работе показано, чго при питании двигателя номинальны» током максимальная величина фиксируоцего усилия растет еце приблизительно на 502 ,

'В предложенных ранее моделях ИД влияние насыщения магни-топроводов ¡5Д учитывалось как уменьшение максимального усилия, развиваемого ЕД. Реально проявление насыщения более сложно. Насыщение долено рассматриваться в мэгнитопроводе каждого полюса ЕД отдельно. Поток намдого полоса ИД создает- . ся резцльтирувщмм воздействием м.д.с. постоянного магнита и м.д.с. обмотки фаза этого полюса, причем если в какой-то момент времени для одних полисов фазы эти м.д.с.. включены встречно, то для других полюсов той st фазы эти м.д.с. будут включены согласно, а значит, и насыщение в разных полосах маг-нитопроводов фазы проявляется по разному.

С учетом всего вышесказанного, т.е. влияния фиксирующего усилия и насыщения, относительное усилие, развиваемое исследуемым планерным иаговим двигателем при ПИ - регуляторе тока имеет вид (пренебрегая малыми составляющими) :

. Untzn 49) - tw+w« (ЯГ{- -12} -.(fi.'fr-dijst* 49*

(C,0$~ <?jt Sin Oft f ¿>) (S)

Рассмотрение скоростей, при которых инвертор тока пере-

ходит в реким источника напряжения, показывает, что на скоростях, с которыми работают прецизионные иаговне приводи, насыщением инвертора и его инерционностью можно пренебречь.

С учетоы этих обстоятельств была построена уточненная модель шагового привода, структура которой представлена на рис 2.

По результатам исследования уточненной модели было рекомендовано добавление в токи фаз ЕД третьей гармоники тона с амплитудой от 5 до 10 У. от амплитуды первой гармоники задания токов для устранения систематической оигибки позиционирования.

В третьей глазе работы показано, что в силу конструктивных особенностей планарного ОД, оптические линейки непригодны для определена положения якоря. Поэтому для замкнутого планарного привода был предлоген и разработан емкостный датчик положения планарного 9Д. показаны возможности повынения его точности и использование датчика для определения качества изготовления индуктора планарного 0Д, представлен« результат« аттестации датчика, анализируется возыояность детектирования разворотов якоря ЭД этим датчиком, описаны алгоритмы работы замкнутого планарного привода с емкостным датчиком при ресе-нии задач позиционного и контурного двииений при разворотах якоря планарного ЗД.

На рис.3 представлена структурная схема емкостного датчика положения ДПЕ, состоящего из емкостных элементов ЕЗ, представляпцих собой поликоровув пластину с обкладками из серебра, и вклеиваекык в якорь планарного !!Д и вторичного преобразователя ВПЕЯ . Ответной частьа емкостных элементов является зубцовая структура индуктора ВД. Емкостной элемент состоит из четырех модулей обкладок М1...й4, имеющих такие взаиккие сдвиги, что переменные составлявшие емкости имеит вид:

С1.СЗ = +/- Ся*51пб ; С2,С4 - +/- Са*со;8 (8) На эти модуля от генератора Г подается синусоидальиое напряжение частотой 1 НГц; далее сигнала с этих модулей подаится на соответствуйте преобразователи емкости в ток ПЕТ, далее с дифференциальные усилители ДУПТ, иа выходе когорих получаются сигнала, пропорциональные синусу и косинусу полевения якоря,

В работе показано, что реально зависимости емкости ЕЗ отличаются от чисто синусоидального вида, что .приводит к

систематической оиибке иа выходе, изменявшейся в функции синуса учетверенного угла полевения якоря. Эта систематическая ошибка ыояет быть устранена з.зтпсьв в ПЗУ аналого-цифрового преобразователя, в котором происходит преобразование выходных сигналов емкостного датчика в ц'/фро'-ой код положения, функций. аналогичных реальным выходным сигналам датчика полевения. Аттестация емкостного датчика положения с тскиии харак-. теристикаии показала, что он обеспечивает точность измерения с погрешность» +/- 10 м;;к. Для дальнейшего повышения точности емкостного датчика целесообразно использовать емкостные .элементы больией площади. Конструкция я.:оря пленарного ИД позволяет установить ЕЭ с плоцадьв, двукратно превращу?1 плодадь ЕЭ исследуемого датчика.

Основный недостатком п.чанарных ЕЛ является возможность разворота якоря на вокруг центра масс ввиду отсутствия яеет-1 их. направляющих якоря, что вызывает уход центров электромагнит модулей ЕД на угол У^ • Емкостный датчик позволяет детектировать развороты якоря.Зд и активно парировать их.

В работе показано, что если ВТ1ЕД емкостного датчика положения замкнутого привода, с которой управление двумя элект-роиа'пмпшкк модулями одной координаты происходит от одной 'системы управлен;;-, работает двумя включенными параллельно ЕЗ и разнесенными относительно центра якоря так яе, как и электромагнитные ..модули одной координаты, то при развороте .якоря выходные сигналы датчика имеют вид:

Ui=liE*siniHcos fj ; U2=Ue*cos8*cos (?)

Т.е., при развороте якоря изменяется-амплитуда, но не фаза выходных сигналов и не появляется овибки измерения выходной координаты б" ; значит обратная евьзь обеспечит компенсации оаиОкк по положению дс^, что чокет быть использовано с замкнутых приводах контурного движения.

Для, определения величины угла разворота по амплитуде выходного енгнзла ДНЕ разработан датчик разворота, структурная схека которого показана на рис.4. На вход потенциочетрическо-го i-ззоврацателя ПФ подаются два сигнала ДПЕ; на выходе ПФ иияеи два сигнала,сдвинутых на ^ относительно входных. Лалсэ все четыре сигнала подаются на блок выпрямления БВ, выходной сигнал которого Uiucos yj сравнивается в блоке сравнения с опоркь'м напряжением Don, которое поступает с контроллера при-

зода и определяется углом , при котором синхронизируют^ момент ОД максимален, т.е. ЕД еце способен компенсировать разворот. При Ua*coslion, контроллер видает сигнал на электронный клвч К, которой через нлаг.ан ililfiîl отключает аэростатическую опору ЕД и видает сигнал аьарии.

При раздельном управлении эл.магнитными модулями одной координаты в обратной свя к каждого модуля работает свой ДПЕ, выходные сигналы которых инепт вид: ДПЕ 1 : Ии»51п(8+!г^) Ut,*cosiO+ ДПЕ 2 : UutsintB-^')' Ua*cos(S-^').

Под действием этих сигналов обратные связи электромагнитных модулей будут компенсировать , т.е. будет происходить активная кпцпенсагчя разворота с одновременным слеяениеи за координатой с? .

В четвертой главе разработана методика синтеза параметров аналого-цифрогого преобразователя датчика положения, продставляацего собой следяцуа систему с астатизно>- второго порядка, так называемого R/D-конвертора, приведена Функциональная схена синтезированного преобразоватечя и приведены результаты его экспериментального исследования.

Принцип действия R/D-конвертора основан на подстройке фазы Ф выходного цифрогсго синусно-косинусного сигма" к фчзе 9 входного аналогового синуско-косинусного сигнала, гоитупаа-цего с датчика полоаеняя. Нулевая скоростная ошибка - характерная особенность подобных систем. Дополнительное преимущество рассматриваемой системы - возможность получения аналогового сигнала, пропорционального скорости, с точностно ' '/..

3 работе показано, что синтез параметров й/В-клнвертора, структурная схема которого приведена на рис.5, сводился к выбору его разрядности, выбору скорости слежения и к определения параметров П'й-регулятора цепи обратной связи конвертора. Разработана методика синтеза этих параметров исходя кз требований к измерительной системе, по которой синтезированы конверторы для работы с оптической линейкой и с емкостным датчиком положения.

Экспериментальное исследование синтезированного R/D-конвертора заклячалось в снятию графиков переходных процессов в конверторе (рис.б) при ступенчатом воздействии по полояенив на входе на 30 эл.градусов.

Д (>fHHM.

If

1С

Г С

-s

■ а

■ii

A M«

M>

<iS

Pkc. 8.

£4

im i

fff 20 ÎC <i О Рис. 9.

¿./TS

- 19 -

В пятой главе приведены экспериментальные исследования разомкнутого и замкнутого по положении планерного привода.

Экспериментальное исследзвание разомкнутого пленарного электропривода заклпчалось в определении погрешности его позиционирования внутри полисного деления пленарного ОД, при различных законах задания токов фаз ИД. На рис.? линией 1 показаны опибки позиционирогания прп синусно-косинусном задании токов фаз. Линия 2 показывает ошибку позиционирования при добавлении в закон задания токов .раз 5'/, третьей гармоники; линия 3 показывает оиибку позиционирования при добавлении 102 третьей гармоники тока. Устранение подобным образом систематической ошибки позиционирований экспериментально "подтверждает предложения по увеличении точности привода, приведенные в первой и второй главах работи.

Экспериментальное исследование замкнутого привода, например, при отработке половины целого зага (рис.8 линия 1) при коэффициентах обратной связи, синтезированных по упроченной модели (2) ИД. и сравнение с результатам моделирования по цпрощенной модели (линия 2) и по уточненной модели (линия 3), доказывают адекватное отражение уточненной моделью реального поведения замкнутого пленарного привода. На рис.9 показаны результаты моделировапа по уточненной модели программного перемещения с постоянной скорсстьи (линия 1 - требуеинй угол положения; линия 2 - поведение привода при отсутствии обратной связи; линия 3 - поведение закинутого по положении привода с коэффициентами [Щ-регулятора, емнтеэированныки по уточненной модели).

В заключении обобщены основные результаты работ».

В прилояении приведена уточненная модель пленарного ИД, использующая программу для моделирования нелинейных систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены оптимальные способ управления, структура управления и тип регулятора (ПИД) цепи обратной связи по положении замкнутого прецизионного планерного сагового привода,

2. Показаны и экспериментально подтверждены пути повышения точности в 3-5 раз позиционирования разомкнутых шаговых приводов,

3. Уточнена модель 0Д с учетом высших гзрмоник проводи-

мости воздцикого зазора и насыщения нагнитопооводов пллпсов пленарного БЛ. по которой в дальнейшей синтезирован оптимальный регулятор обратной связи закинутого шагового привода,

4. Разраоотан емкостний датчи:; положения планарного ва-гового привода, позволявший детектировать развороты якоря 2Д.

5. Разработана негодика синтеза параметров универсально- > го блока электронной интерполяции сигналов датчиков положения.

6. В результате сконструирован заикнупгй прецизионный дискретный иланарный электропривод.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. Калашников ll.fi., Иухакетгалеев Т.Х. Поеицение точности механизмов с ¡саговкн "приводов // Респб. научг.о-техн. конф. Повышение эффективности знергоснабаения промышленных предприятий: Тез. докл. - Казань,-1330.- с. 38-39.

2. Балковой Й.П., Кухамгтгалеев Т.Х., Рьшов С.Н. Уточненная недель готового электропривода. "Электротехника", 1993, К 2, с.54-58.

3. Емкостный датчик положения для шагового электропривода /Белковой А.П., ИухаметгалееЕ Т.Х., Чемерис Д.Н.-И., 1994,

- 12'е.- Деп. в Инфирмзлектро 20.04.94. К 19-ЗТ 94.

4. Синтез системы измерения полокения дискретного электропривода/ Балковой А.П., йухакетгалеев Т.Х.- М., 1994.-11 с.

- Цеп. в Информэлентро 20.04.94. N 20-ЗТ 94.

П^Л'ШСЯЦЛ.К Щ'Ч.11»!

Тшмгргфик Крчсппьа-мрмсикац, 13.