автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Двухканальные приводы с электромагнитными компенсаторами

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РГ Б ОД

на правах росписи

БАРАНОВ Сергей Борисович

УДК 658.52.011.56.004.68 ДВУХКАНАЛЬНЫБ ПРИВОДЫ, С аЛЕКТРОМАГНИТШИ КОМПЕНСАТОРАМИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кэ,нд;1дата технических наук

Санкт-Петербург

1934

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете.

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент И.Г. Ефимов.'

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор В.В. Рудаков, кандидат-технических наук В.Н. Филатов.

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики СцНЖРЖ), г.С.-Петербург.

оащита состоится " " ¿"йирх-^ 1994 г. в_часов ка заседании специализированного совета К 063.38.25 в Санкт-Петербургском Государственном техническом университете по адресу: 195251, С.-Петербург» Политехническая ул., 29, корцус 9, ауд.34.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной, библиотеке университета.

Автореферат разослан " " 1994 г.

Ученый секретарь специализированного •

совета, кандидат технических наук А.Н. Кривцов

х \

ДВШАНАЛЬНЫЕ-ПРИВОДЫ С ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМИ КОМПЕНСАТОРАМИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБ.ОТЫ

Актуальность_работы. ' • Среди актуальных направлений

совершенствования систем электропривода в документах Всесоюзных совещаний • (Душанбе, 1983г., Воронеж, ,1988г.,- Ульяновск, 1989г.) по проблемам автоматизированного •электропривода, а также конференций (Пермь, 1385г., ЛДНТП, 1983г., 1987г.) отмечаете? необходимость развития работ в области линейного электропривода с г • :'.тромзгк;тными двигателями ЭМД. В. частности, признано необходимым проведение исследования возможности применения ЭВД в качестве исполнительного элемента точного канала в двужакалькой системе привода.

. Идея построения двухканальных систем привода основана на принципе двухканальноети, сформулированном В.Н. . Петровым, согласно которому точность системы относительно рассматриваемого воздействия повышается за счет введения '■; дополнительной компенсирующей связи по этому воздействию. Для того, чтобы новый дополнительный контур внес новое качество -в ---систему, суммирование его выходного сигнала с сигналом основного канала должно производиться в: той части системы, где происходит преобразование сигналов энергетического уровня, т.е. в силовой части объекта управления.

Для■ класса линейных приводов следует особо подчеркнуть работы, проводите А. А.Никольским по разработке и использованию точных двухканальных. следящих приводов с пьезокошексаторами. Область их применения, в. основном, связана с современными технологически.« процессами металлобработки, производством измерительной аппаратуры и оптических изделий, сборочными и микроманипуляционными процессами, а также тарировкой прецизионных, датчиков.'

Применение ' двутканалького . привода с электромагнитным компенсатором (ЭЫК). перспективно для большее перемещений, например, в установках плазменной и дуговой обработки материалов -для перемещения' плазмотрона, в сварочных агрегатах для коррекции положения электрода, в системах лазерной.обработки материала в качестве привода'фокусировки лагерного излучения и т.п. При этом' он мог бы решать, задачу компенсации динамической ошибки главного привода, или ошибку шагового движения, если последний шаговый. Сравнительный анализ показал, что двухканальный привод с ШК занимает свою "нишу" по. перемещениям, усилиям, быстродействию в классе двухканальных линейных приводов. Однако его практическое внедрение сдерживается недостаточно разработанной методикой их построения.

Вышеизложенное определяет актуальность работы.,

• " ' о

Дель работы заключается в исследовании возможности использования электромагнитного двигателя в качестве компенсатора и создание на его основе двухканальных приводов.

В соответствии с поставленной целью, сформулированы следующие задачи исследования:

1. Определение требований к ЭВД при использовании его в качестве компенсатора,исходя из требований к двухканальной системе в целом.

2. Выявление возможных методов анализа и синтеза привода с ЭМК.

3. Проведение исследования различных функциональных назначений ЭМК, анализ их особенностей.

4. Выработка рекомендаций по синтезу регуляторов системы привода с ЭМК.

5. Проведение сравнительного ' анализа ЭМК и пьеэокомпенсаторов с целью определения границ рационального , использования исследуемой системы привода.

6. Экспериментальная проверка основных теоретических положений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. разработана методика определения ограничений в двухканальной системе (модификация метода условных частотных характеристик).

2. Предложен алгоритм синтеза регулятора по линеаризованной модели системы с применением принципа автономности.

3. Сформулированы критерии выбора двигателя для ЭМК и на этой основе определена взаимозависимость основных параметров каналов.

Практическая ценность результатов работы:

1. Предложенный метод определения - ограничений позволяет установить основные соотношения параметров двухканальной системы .

2. Разработаны ' рекомендации -.по проектированию двухканальиого привода с ЭМК. .

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Метод., определения ограничений, в двухканальной системе (модификация метода УЧХ).. . -

2. Соотношения между основными ограничениями в приводе с ЗЫК.

3. Рекомендуемые' соотношения параметров, двигателя ЭМК и параметров перекрестного регулятора ■ в зависимости от степени взаимосвязкости каналов.

4. Достаточность и рациональность использования перекрестного регулятора скорадти для уменьшения гзаимоееязйости каналов системы с сИК. '

Общая методика выполнения работы.

При выполении работы применялись как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. При рассмотрении условных частотных характеристик, анализе взаимосвязности использовались частотные методы теории' автоматического управления. При синтезе алгоритмов управления использовались теория многоканальных итерационных систем, принцип автономности систем, теория матричного исчисления. При анализе динамических свойств синтезированных систем управления применялись методы математического моделирования с привлечением . современных вычислительных средств. чериментальные исследования проводились на макетном образце, разработанном на основе достижений современной электронной техники.

результаты внедрения.

Основные , результаты теоретических. и экспериментальных исследований диссертационной работы были использованы при проведении яаучно-исследовательских работ по следующим темам:

1. Разработка и создание испытательного стенда сложных движений ЗСИ-1.

. 2. Разработка и создание линейного электропривода для системы тарировки штриховых и концевых мэр. •

Результаты работы использовались в учебном процессе в СПбГТУ при проведении -НИРС и дипломного проектирования студентов специальности 3623.

Апробация работы.

• Основные результаты работы докладывались ■ и обсуждались в ходе земинара "Опыт автоматизации исследования, проектирования и управления электромеханическими системами в условиях ГАП в. свете реализации трограммы "Интенсификация-90" (Ленинград, 1986г.); на краевой научно-технической конференции "Автоматизация электроприводов и оптимизация эежимов электропотребления" .(Красноярск, 1935г.); на Всесоюзном тучно-техническом совещании • "Проблемы управления, промышленными электромеханическими системами" (Ульяновск, 1089г.); на научно-техническом семинаре кафедры САУ СПбРТУ.

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано б печатных )абот.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссерташгл НУ

страниц' машинописного текста, 59 рисунков и таблиц, перечень литературы из 57 наименований, _3_ приложения. .. . .

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируются цель и задачи исследования, научная новизна, практическая ценность результатов, основные положения, выносимые на 'зашлту. -

В первой главе ставится и обосновывается задача разработки даухкзнзльного привода с электромагнитным компенсатором. Известно, что реализация одноканальных систем с малыми динамическими ошибками и широкой полосой пропускания частот ' яаляегся сложной задачей. Среди основных причин: необходимость детального определения динамических свойств отдельных элементов и учета малых параметров, применения сложных и дорогих устройств коррекции, влияние помех. Другой, радик альный и эффективный'способ- яспольеование принципа двухканальности с суммированием выходных сигналов на энергетическом уровне, т.е. в силовой части объекта управления.

Хорошо известны работы по линейным двухканальным системам с пьезокомпексаторами (ПК), проводимые в МЗИ под руководством проф. А.А.Никольского. В этих системах грубый канал, выполненный как обычнш редукторныи или беэредукгорный привод, сочленяется с перемещаемы, объектом ч%рез ПК. Благодаря атому, диапазон частот, активнс отрабатываемых , двухкаяальньм приводом,' расширяется до нескольки: килогерц и достигается значительное повышение динамической точности ] малом при обеспечении больного общего диапазона перемещений объекта Однако такая система привода . является ,, взаимосвязной, и уменьшен» взаимовлияния пригодов достигается 'эа счет соответствующего выбор ■ соотношения масс приводов, ограничения диапазона входных воэдействи по амплитуде, и частоте, введения перекрестных связей. Неизменна жесткость прэдает ПК способность передавать усилия от привода грубо? канала к объект/ дал® при отсутствии управляющего "»напряжения Естественное динамическое рагсбцение ■ грубого, канала и ПК упрошу проСлему спя тега системы, т.к. позволяет использовать метод ЛАХ, хот в структуре.дзухканаяьной системы,имеются параллельные цепи. При все своих достоинствах, льезокомленсзторы имеют существенные недостатка с-к:-:ь малую величину линейных перемещений (единицы'микрон), а так.-! крг-ичкость к условиям эксплуатации и связанную с ней нестабильна:'! парч'/етгсг. Это значительно ограничивает область ПК-

Еля увеличения дизпааока работы точного каяэ->73 и рэшкргж йблипк п?;Шн&ккя згухкакальных систеи в работе ь качест] 6

Рис.1 Линеаризованная модель реверсивного аМД.

компенсатора использован линейный . электромагнитный двигатель, названный электромагнитным ' компенсатором (8ЫК). Достоинства SKK-простота, надежность в эксплуатации и существенно большие по сравнению с ПК перемещения (до 0.1 м) открыли дополнительные зогмолности для решения многих технических задач. Существует несколько типов электромагнитных двигателей, отличающихся основным параметре«, га счет изменения которого совершается полезная работа по перемещен™ якоря относительно статора: 1. глоади сечения рабочих зазоров ( двигатель 5 -типа); 2. длины рабочего зазора ( двигатель <£" -типа); S. магнитной проницаемости (двигатель у" -типа); 4. количества витков ■обмотки, участвующих в создании рабочего магнитного потока (двигатель "V -типа). Эти двигатели ушют, различные по виду тяговые характеристики и величины рабочего хода и в то т гремя единук математическую модель. Б работе использована линеаризованная модель реверсивного ЭМД, представленная на . рис.1. Наибсльшш интерес представляет коэффициент К-« этой модели:

КссАДгоДо) -¿(li^LVa.,1и,)/ЭХ*)/г) + 2Fc (я.)/9Х. , (1) называемый коэффициентом обратной связи по лолодангао. Первые двг слагаемых (1) определяются наклоном тягоеых характеристик, а третье-характеристикой нагрузки. Благодаря разнообразив тяговых характеристик различных ЭВД K«z может быть принят отрицательным, близким к нудх или положительным, и соответственно этому выбирается тип двигателя. Взриахшя Kocj расширяет возможности при синтезе двухканальногс привода с SMK. Таким образом, на этапе разработки ЗМК существуем возможность активно подойти к Еыбору Кох путем подбора типа ДЕИгател; и,характеристики нагрузки.

Проведенные ■ в рамках • данной работы экспериментальные i теоретические' исследования показали,, что наиболее рациональны способом управления выходными координатами одноканального ЭВД являете; использование принципа, подчиненного управления с контурами тока ] линейного перемещения (подоиения), или другого хехнслогическоп параметра, являющегося функцией последнего (например, давления гааа : редукционном устройстве). Для повышения качества рзгудировани вводятся;'- дополнительные _ контуры .. ускорения, :, скорости ка соответствующие, ' им усложнения регулятора положения. Конструкци >.:е:санической части ЭЗД, в частности, подшипников скольжения, позволяв ввести демпфирование путем создания 'дополнительного вязкого трени (э£фзкт поршня), что упрощает регулятор системы.

Структура двухкакзльннх систем зависит от способа суммирован« д?//л9кин грубого ' и точного каналов. Иа возможных варианте санирован;:;? линейного дг;айкия в • пространстве при переиецени юте;каленого оСгекта ь работе был;; использованы:

АЛЛ/

Рг

Мг

м

Ъ Рн Ртр! . '

/уУ

а). Кинематическая схема

4/КАИ

ЪрН

1/Катз Кр2

ТгО+1

Ртрг

б). Структурная схема модели

Рис.2 Двухканальная система с динамическим суммированием координат*

1. Суммирование движений обоих каналов бег механической связи между ними.

2. Динамическое суммирование движений с механической взаимосвязью каналов, когда силовая часть точного канала расположена на выходной платформе грубого канала (компоновка типа "платформа на платформе").

Второй вариант требует проведения дополнительных исследований ЗМК как исполнительного элемента компенсационного канала с точки арения вэанмосвяэности и согласования его с .нагрузкой. С этой целью была разработана модель двухканальной системы при динамическом суммировании координат (рис.2.), в которой привод грубого канала принят также электромагнитным. На рис.2. обозначено: постоянные времени -для

31Я и Тг -для грубого канала; и соответственно, Крц и Крг -коэффициенты передачи между током л усилием. Под ХоТН и Нощ понимается перемещение и скорость подвижной .части ШК относительно части, соединенной с промежуточной платформой.

Для выбора типа двигателя ■ необходимо определение связи динамических показателей двухканальной системы как единого целого с реальными физическими ограничениями- перемещением и усилием ЗЭД и другими его показателями. Действительно,, по требуемым показателям качества эквивалентной одноканальной системы в виде желаемой и передаточной функцией грубого ' привода [л!т ,можно определить требуемую передаточную функции точного канала . • Однако при этом должен

быть определен такой диапазон ■ отрабатываемых воздействий, чтобы координаты системы не превышал!! предельных значений. Это особенно относится к 5МК как исполнительному элементу.

Рассмотренные выше проблемы определили содержание последующих исследований. •

Во второй главе реааегея одна из поставленных задач- определение требуемых рабочего хода и усилия ЭМК. При этом принято допущение об отсутствии взаимного влияния каналов, что справедливо, есл* суммирование движений осуществляется без механической связи, или онс устранено путем коррекции. На этапе выбора двигателя этс5 позволяет определить его тип, , либо сделать вывод о нецелесообразности применена пли физической нереалигумости ЩК.'

Проведенный анализ показал, что • наиболее близким для этого ш цели исследования .является метод условных частотных, характеристга (УЧХ), который позволяет определить зависимость .максимальной амплитуд гармонических колебаний выходкой координаты от частоты при условии что ых едко из ограничений к.рордикат (типа "насыщение") не наступает фектте-ски, образуется запретная' гс>нз "сгерлу"' логари^лгг-еско чгеюхной яэратристзка аамедутей систеш: . .0

ч

Wp)

а. yÀ

V/зФ)

2tÎ

б). Одноканальная система с ограничением типа "насыщение"

Рис.3

П

где передаточная функция райомкнутси систеыы;ЗСс^ХПрЕД/0С^н,

5^лГ£д - максимальная, предельная амплитуда выходной координаты, при которой ни одно из ограничений координат не наступает. Однако, если на вход двухканадъной системы подать гармонический сигнал, то для определенной частоты со амплитуду выходного сигнала ОС;, можно получить множествам выходных сигналов локальных систем (рис. За)). Это означает, что метод" условных частотных характеристик не может быть использован в классическом виде, т.к. оценить влияние ограничений каждого канала на суммарный сигнал не представляется возможным. Поэтому в диссертации разработана его модификация, в которой в-, качестве основной координаты предложено использовать входное воздействие, характер и диапазоны изменения которого по амплитуде и частоте известны по техническому заданию. Для одноканальной системы (рис. 36)) условие,определяющее УЧХ в функции входной координаты, запишется в виде: .

а» ) Wl(p^Kа/fMv'(P))|p^• ,(3)

Физическое . трактование ■ условия границы ' насыщения следующее: коэффициент усиления разомкнутой системы-.при определенной амплитуде входного сигнала должен быть тагам, чтобы произведение ошибкг .замкнутой системы на коэффициент передачи звеньев до нелинейности былс не больше уровня насыщения. После, преобразования (3) с учета \А/(р)-Цр)/Рб>),' имеем:

Ы(р))- КсЛр»^ < ]У(р)1Р^

и> I (4]

Фактически,• последнее неравенство позволяет к традиционным запретны зонам по , точности для ЛАХ разомкнутой. системы . добавить "снизу' запретные . зоны по условию линейности системы. В' работе показан, работоспособность предложенного метода на примере типовых ЛА: однокакальных систем типа.-1-2, -2-1-2 и определена связь межд; ограничениями типа "насыщение", настройкой системы и входным сигналом что выражено в виде запретных зон. •

; Предложенный .метод .'позволил ', провести . .анализ -» структур двухканального привода...с Шк.;В линейной.модели двухканального привод обозначены: . а,. ¿'ограничение ,,по. амплитуде ускорения; ограничени по амплитуде рабочего 'хода; ■ с -.ограничение" по амплитуде скорой грубого канала. ■ Тогда .'керавенства^/ определяющие УЧХ: этим . методом оСщем Еиде, записываются: '' , ',■ ' '■

хен (»).IУгСр)Рг . У*(Р> . к. 1 ■ \А/ Го)! о- I к^ке р,(р)+.ы9(р) 4 I »

хьЫПЩ1г__¿Ш-./кП Ср)|

и

-

\л/т Р* Ил. К»

а.

Р"

У

¿ш

о

-о-

с /*С

КС Р

-а-

а) Двухканальная система с введенными ограничениями типа "насыщение"

б) Расположение запретных зон для модульной настройки " каналов

Рис .4

.(6,

где обозначено: зависимость амплитуды.входного .сигнала

от частоты; \^т(р) Мг(р), передаточные функции скорректированных

САУ точного, грубого каналов к эквивалентной системы. Упрощение системы неравенств (5) возможно, благодаря сужению рассматриваемого диапазона частот, когда справедливо выражение | N3 (р)/(Рэ (р) N¡¿р))| 1 . . Тогда система (5) прямег вид:

« \ \о9С&\р-^ьо ,Св)

где обзначе.но: \г/£,(р) ,С?)> ^/¿(р)~ запретные зоны "снизу". На примере модульных настроек каналов на рис.4. показано расположение запретных зон и 1л/9 Ср) . Еыбор параметров й, , 8 , с в зависимости от настроек каналов, заданных в виде , Iл/г(р), (Л^Ср). и в Функция от

СС£Н (Ь->) заключается в процедуре взаимного- расположения исследуемых запретных вон -и \л19(р) так, как это делается при динамическом синтезе САУ.. Таким образом, ЛАХ. запретных зон' и ЛАХ системы должны иметь наиболее близкое взаимное расположение. Этим достигается рациональный выбор а , 6 , с , стоящих в знаменателях (6), уменьшение значения которых приводит в движению запретных зон вверх и, в то хе время, к уменьшению требуемых габаритов двигателя ШК. Так, например, для т.2 рис.4 получены следующие выражения:

с.*!Хвм-ьц 'С")

где - граничная .'частота . входного воздействия. . Эти значения | .нужно- рассматривать как рекомендуемые при выборе элементов двухканахьного привода.

В подтверждение изложенного в работе проведено исследование путем численного моделирования двухканальной системы.. и ' построения ее • реальных ЛАХ и запретных зон при соотношении параметров,, близких и системе с ПК. . Показано ' наличие так называемого двухзонногс регулирования, когда система может отрабатывать ■ рЦИ до определенно!" частоты, но в дальнейшем требуется его снижение по ' определенному закону ввиду проявления нелинейности- ограничение хода ПК.

В третьей главе исследуется взаимосвязный двухканальный привод < ЗШ и способы его коррекции. Высокие размерности задач регулирована и порядка уравнений,, сложность динамических процессов . в многосблзны: системах приводят к стремлению декомпозировать исходную сисгему на ря; - сепаратных лги автономных. К сепаратным системам могут быть-'применен! модифицированные способы исследования одномерных систем управления, •14 •-."'..''■,.-''

Многие методы исследования многосвязных систем нацелены на получение простых в 'вычислительном- отношении оценок, имеющих по возможности ясную содержательную интерпретацию в противовес трудоемким метода!/., дающим точный ответ. Основной способ расчета основывается на слабости перекрестных связей, когда считается, что не нарушается качество ранее синтезированных каналов. ■ Поэтому в работе решается задача исследования способов развязывания каналов как аа счет перекрестных связей в регуляторе, так и за счет возможных целенаправленных изменений соотношения параметров объекта управления, приводящих к уменьшению взаимосвязи. В работе показано, что решение этой задали возможно благодаря способу оценки и определения границ, когда допустим независимый анализ и синтез сепаратных каналов. Для этого исследуются в частотной области элементы матрицы возвратной разности (МВ?) объекта или ■ Е С^)- объекта и перекрестного регулятора. Именно индивидуальный расчет ЭЭД на заданную совокупность параметров, варьирование способов • согласования с нагрузкой обеспечивают возможность не только анализа МЕР объекта, но и ее "коррекцгпо".

Если это необходимо, далее осуществляется настройка при помощи регулятора. В литературе обосновано, что при исследовании МЕР.следует пользоваться условиями диагональной доминантности (ДЦ):

или _

\ 4 и СИ >.?I & СП 1 1 £ * *-< . (3)

где - элемент и размерность матрицу Р(£м)или матрицы

^(¿со) , т.к. при их выполнении обеспечивается независимость каналов как по устойчивости, гак и по синтезу: выбор локальных регуляторов так, что не ухудшается качество в ранее синтезированных каналах. Это физически означает, что удается локализовать частотные характеристики, соответствующие эквивалентным передаточным функциям. разомкнутых каналов VI^Цо/) вблизи частотных характеристик ^/¿¿^м)основных каналов полностью разомкнутой системы,1 причем гак, что ширина областей локализации не зависит от регуляторов других каналов. Поэтому при синтезе приходится оперировать с областью локализации частотных характеристик, ширина которых определена и успех синтеза во многом зависит от их малости. Удовлетворять по качеству :должна любая характеристика из . этой области. Таким образом, в диссертации обоснован ,метод, на основа • которого решается задача получения "рационально согласованного" двухканального объекта управления , под которым понимается объект со слабым взаимовлиянием каналов. С целью применения этого метода разработана матричная передаточная функция объекта на основе принятой линеаризованной модели . неизменяемой части двухканалькой системы. Исследование* проводглась методом сравнительного

'15

анализа расположения ЛАХ элементов' матрицы возвратной разности. Оно. позволило дать качественную оценку, влияния изменений параметров объекта на выполнение условии (8),. Для'получения количественных оценок необходимо использование итерационных интерактивных алгоритмов синтеза с использованием, ЭВМ, ; гарантируя сходимость этого алгоритма выполнением условий (8). Проведен.качественный анализ неравенств типа: |Н-Msplfef t Kfz-' <Дс2 MzP*- \ Kh-Ka« I I M Mvp* . KATi-Ир-в+ТгР)' ' Mtp2 Ip^wj Кдт+М-рС^Р) Itf.*. & представляй щих 'собой-, условия . (8) (рис.5). .Для .компенсатора динамической ошибки подтверждено (рекомендуемое и для.ПК) соотнашениг масс подвижных чаотей, М^Мг , приводящее, к тому, «то.условия (8) выполняется в силу и \jfu j-* I . Возможность варьирования

K-xz. привела к появлении множества частных решений по удовлетворении условий ДЦ в виде рекомендуемых .соотношений параметров двухкаяального объекта. Наиболее общим из них является выражение' ы*»УКлг7Нг Ti-1" которому соответствует ЛАХ . I с наклоном -4. Если Ц^Т^"1, то вводится Kxs^K^p+Kz -,. за счет которого I ' принимает вид ЛАХ • -3-2-1-2 шги с резонансным • всплеском, .который рассчитывается 'по • выражению: ■'; . Для

компенсатора ошибки шагового движения рекомендуемое соотношение масс такие М ИЕ , а коэффициент суммарной жесткости должен' иметь нулевое значение. .;.'.■ ; '."•■-,'■•'-■ • ,•'■',

Практическое значение сделанных .выводов и. предлагаемого .способа оценки взаимовлияния состоит в том, что по рассчитанным таким образом коэффициентам. - линеаризации • и соотношению масс И/Mi и другим

параметрам можно построить .■'■ "рационально ' .согласованный"; -. объект управления иди решить обратную аадачу- проверить готовый двигатель в совокупности с двигателем грубого канала по критерию : диагональной доминантности объекта.. , '.• - - ...

Далее разработан второй . способ , коррекции;'объекта- с помощью матричного регулятора. Исследование проведено с постоянным' усложнением его . структуры, что позволило проследить и выяснить необходимость той или иной компоненты матричного ., регулятора.'. Для структурного синтеза перекрестного матричного.'] регулятора в основу системной - концепции положено использование 'матричного устройства, обпцзго .вида, совмещающего последовательную и параллельную коррекции. При, определении элементов регулятора использовался'' принцип автономности по управляющему - и возмущающему воздействиям. Показано, что при . »о - . возможно использование простого регулятора скорости W (У-V) . В свою очередь, -для устранения влияния .на , грубый канал ■ последний* должен иметь достаточно большую массу М / . Ери Kccz >0 требуется-применение более сложного регулятора V/У-U/^ lT , структура которого представлене 16 • - ' • '• ----- ' ■ ' ;

Рис.6 К анализу взаимосаязности, графическая интерпретация неравенства

У*

у*

Ми

Ц/

/отн .

<

'И? <

Рис.6 Полный матричный регулятор:

входное воздействие,^- вшидлое иэАО^'спше

на рис.6. Выбор регулятора скорости для компенсатора ошибки шагового движения производится аналогичным образом. Однако при этом учитываются особенности построения внешних контуров по отношению к контуру скорости с учетом наличия требуемых датчиков и проводится • анализ их конкретных реализаций.

В четвертой главе' приведены результаты экспериментальны? исследований на базе макетного образца •электромагнитной дьухкоординатного транспортного модуля,.' спроектированного на основе двигателей Ю" -типа. . •

Показана работоспособность разработанного метода определена предельных характеристик привода на примере ,одноканального привода. Задача исследования формулировалась следующтРобразом. Для известны: параметров настройки электромагнитного привода, а также неизменяемы исходных данных, экспериментально определить величины ограничений тип "насыщение", в частности, по силе (ускоренна) и по перемещению Экспериментально определено, что для данной конструкции двнгател ограничение по перемещению нехарактерно. Выведена формула рассчет значения развиваемого динамического усилия .двигателя в функци амплитуды. входного гармонического • сигнала для условий данног эксперимента. Определенные экспериментально общеизвестным способом исследуемым способом значения динамического усилия • практичен .совпадают. Это добывает правильность к'корректность выбранной моде; и способа определения ограничения усилия,. . Экспериментально было сня: значение статического усилия исследуемого реверсивного ЛЭЭД, котор( показало, что в условиях данного .эксперимента ограничение усшп двигателя наступает по причине- ограничения ,напряжения исгочнш питания и отсутствия требуемой форсировки.

Во второй части эксперт,{витальных исследований доказывает работоспособность и .практическая ценность, а также выявляют особенности разработанных регуляторов. Для данной конкретной установ задача состояла в практическое реализации различных структур-систе управления положением й выявления' лучшей . поминимуму^ динашческ ошибки. Подтверждено положение об- эффективности органигаг компенсационных связей в контурах скорости. Показано соответств данной линейной модели , реальной системе в -плане использовав неадаптивных, линейных 'способов коррекции. Проверены различг варианты замыкания обратных'связей по скорости и положению, праве; их сравнительный анализ и выработаны рекомендации.

В_приложении приводятся, результата исследования типовых :ЛАХ

предложенной модификации метода условных частотных характеристик, ; 10 : - ■ •

внедрения.

В заключении сформулированы- основные результаты диссертационной работы.

1. Доказана необходимость разработки метода учета ограничений в двухканальной системе. На основе метода условных частотных характеристик- предложена и практически опробована его модификация, позволяющая определить основные соотношения между ограничениями в двухканальном приводе с ЭМК.

2. При исследовании двухканального привода с ЗМК предложено и обосновано использование анализа в частотной области матриц возвратной разности объекта или скорректированной системы.

3. Сделан вывод о необходимости получения в двухканальном приводе с ЭЖ рационально согласованного объекта управления за счет изменения его параметров или, ' к случае необходимости, выбора структуры и параметров регуляторов с перекрестными связями.

4. На основе предложенного подхода разработаны системы привода для различных функциональных назначений ЭЬЯ: компенсатора динамической ошибки и компенсатора ошибки шагового движения. Показаны отличия решений для этих вариантов. ' : •

5. При построении перекрестного регулятора показаны возможности различных подходов в. формулировании условий автономности. Предложены конкретные' структуры регуляторов скорости для ЗМК.

6. Проведено сквозное сравнение по всем исследуемы)/ вопросам систем с ЗМК и пьезокомпенсатором как по влиянию ограничений, так и по синтезу двухканального привода. На этой основе - сделан вывод о большей гибкости' ЭМК •' ввиду широкого разнообразия характеристик двигателя и способов сочленения с нагрузкой. Механическая жесткость ЭМК может быть соизмерима с аналогичным параметром ПК, а также занимать . любое положение, вплоть до нулевого значения. Последнее для ПК физически нереализуемо. По электрической -постоянной, времени ЭМК уступает последнему. По величине рабочего хода' ЭШС значительно, на несколько порядков, превышает аналогичный параметр ПК. . ' - '.

7. .Результаты экспериментальных исследований подтвердили основные теоретические положения. На примере одного ' канала электромагнитного привода были определены его. основные ограничения с использованием разработанной методики. По материалам синтеза перекрестного регулятора скорости построзна система двухканального - привода с компенсатором ошибки шагового движения.

Основные положения диссертации опубликованы в работал; 1. Локальный транспортный модуль ГЛП/С.. Б.Баранов, И.Г..

.19 '

А.И.Кирьяноа, В.И.Прихно//Опыт автоматизации исследования, проектирования и управления электромеханическими системами в условиях ГАП в свете реализации программы "Интенсификации-90".-Л. ,1985.-с.63-05. ...•/•■•■■.'.•

2. Ефимов И.Г., Баранов С. Б,, Прихно В.И. Линейный электропривод// Автоматизация , электроприводов . и оптимизация: режимов электропотребления; Тезисы докладов краевой, .научно-технической конференции,-Красноярск, 1S85.-C.37-39. '

3. Баранов С.Б., Викторов O.A., .Ефимов И.Г., Опарко В.Ю. Электромагнитные приводы для автоматизации 'технологического сборудоваш1я//Тезисы докладов к ; Всесоюзному, научно-техническому совещанию "Проблемы управления - промышленными' • электромеханическими системами".-Ульяновск, 19Э9.-С,82-84.

4. Испытательный стенд сложных движений ССД-1: Отчет . по ' НИР/ Ленинградский политехнический институт? Руководитель' Ефимов И.Г.-Н ГР 01.82.6035111.-Л., 1983.-48с. V-"

5. Баранов С.Б., Ефимов И.Г., Кирьянов А.И. Двухканальные системы управления с линейными адэктромагнитными двигателями// Вычислительные, измерительные и управляющие системыs Сборник научных трудов. .-Л.:ЛГТУ, 19S0.-С.107-111. '

6. Баранов С.Б., Ефимов И.Г., Опарко В.Ю. Взаимосвязанный электропривод ' с электромагнитным . компенсатором//Сбо'рник' научных трудов.-Л. гЛРТУ, 1991.-с.в7-104. • , ' ' ; ' ,;,■ '.

Подписан» к печати 1Г.05.9*и Заказ » 2К1. Тираж 100 экз.

Отпечатан« на рвгопринте СПб РТУ. 1952 51» Санкт-Петербург, Политехничеокая ул.,29. ; .