автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электромеханическая система компенсации силы тяжести с асинхронным частотно-регулируемым электроприводом

На правах рукописи

Барыльник Дмитрий Владимирович

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОМПЕНСАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С АСИНХРОННЫМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

05.09.03 - «Электротехнические комплексы и системы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 ШОН 2003

Новочеркасск 2009 г.

003472823

Работа выполнена в Государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования Южно-Российском государственном техническом университете (Новочеркасском политехническом институте)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Пятибратов Георгий Яковлевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Гайтов Багаудин Хамидович кандидат технических наук, профессор Валгокевич Юрий Анатольевич

Ведущая организация:

Южно-Уральский государственный университет (г. Челябинск)

Защита диссертации состоится 30 июня 2009 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.304.01 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)» в 309 ауд. главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «ЮжноРоссийский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)», с авторефератом - на сайте www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан 2&_ мая 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Колпахчьян П.Г.

Актуальность. Наземная отработка динамики космических манипуляторов, кинетики процессов стыковки, раскрытия и сборки крупногабаритных космических конструкций, предназначенных для работы в условиях невесомости, обучение космонавтов выполнению работ на космических станциях становится всё более ответственным, трудоёмким и дорогостоящим этапом создания и освоения космической техники. Особенно ответственными с точки зрения обеспечения безопасности являются задачи обучения космонавтов. Используемые в настоящее время средства имитации невесомости на Земле, такие как самолёт-лаборатория и бассейн нейтральной плавучести, не позволяют в полной мере решать задачи обучения космонавтов в штатных скафандрах. Существующие на данный момент тренажеры с электромеханическими системами компенсации силы тяжести (СКСТ), выполненные на базе электроприводов (ЭП) постоянного тока, требуют улучшения технических параметров и расширения функциональных возможностей. Для решения перспективных задач подготовки космонавтов необходимы тренажеры с более высокими качественными характеристиками и интеллектуальными возможностями, которые могут быть обеспечены с применением микропроцессорного ЭП переменного тока. Дальнейшее повышение эффективности работы тренажеров с электромеханическими системами компенсации силы тяжести являются важной и актуальной задачей. Тема диссертационной работы соответствует научному направлению ЮРГТУ (НПИ) «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы, комплексы».

Объектом исследования являются электромеханические системы (ЭМС) с повышенными колебательными свойствами, способные обеспечить качественное управление усилиями в упругих механически?: передачах.

Предметом исследования является система регулирования усилия, осуществляющая имитацию в земных условиях движения объекта в невесомости путем компенсации силы тяжести обезвешиваемого объекта и других сил сопротивления его движению.

Цель диссертационной работы: создание электромеханической системы регулирования усилий с использованием асинхронного частотно-регулируемого электропривода, обеспечивающей повышение качества, надежности и безопасности функционирования тренажерных комплексов, осуществляющих на Земле подготовку космонавтов к работе в невесомости.

Задачи диссертационной работы:

- обосновать выбор электропривода СКСТ, который обеспечит требуемые показатели качества имитации невесомости в земных условиях;

- разработать обобщенную математическую модель, адекватно описывающую силовые взаимодействия в СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП с учетом реальных свойств механических передач (упругости связей, зазоров, сил трения и т.д.);

- обосновать рациональную структуру ЭМС регулирования усилия при использовании современного асинхронного ЭП;

- выполнить синтез управляющего устройства, обеспечивающего требуемые статические и динамические показатели работы СКСТ с асинхронным ЭП;

- выполнить моделирование синтезированной СКСТ при изменении ее параметров;

- реализовать СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, выполнить ее экспериментальное исследование, определить достигнутые показатели качества имитации невесомости и пути дальнейшего совершенствования СКСТ;

- разработать технические решения и рекомендации по созданию СКСТ тренажера «Выход» на базе ЭП переменного тока.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы операционное и вариационное исчисления, методы активной идентификации, физического и математического моделирования в частотной и временной областях с применением ПЭВМ, теория синтеза дискретно-непрерывных систем управления, теория оптимального управления.

Достоверность полученных результатов работы определяется обоснованностью принятых допущений, корректным применением методов теории автоматического управления, адекватностью используемых при исследованиях математических моделей и экспериментальным подтверждением основных полученных результатов.

Научная новизна диссертационной работы:

- впервые научно обоснована целесообразность использования для построения СКСТ перспективных тренажерных комплексов по подготовки космонавтов асинхронного частотно-регулируемого ЭП с векторным управлением;

- разработана математическая модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, отличающаяся тем, что позволяет адекватно описывать электромагнитные и упругие силовые взаимодействия в ЭМС при учете сил трения и кинематических погрешностей механических передач;

- обоснована рациональная структура СКСТ с контуром регулирования усилия, отличающаяся наличием дополнительных каналов адаптации системы регулирования усилия к весу обезвешиваемого объекта, компенсации сил сухого и вязкого трения, ограничения на заданном уровне скорости и положение объекта при его перемещениях в рабочем пространстве тренажера;

- предложена методика синтеза оптимального регулятора усилия СКСТ, отличающаяся возможностью ее применения к дискретно-непрерывной системе управления асинхронным ЭП при учете реальных свойств механических передач;

- впервые обоснована минимально необходимая дискретность цифрового контура регулирования усилия, обеспечивающая требуемые статические и динамические свойства СКСТ.

Практическая ценность диссертационной работы:

- реализована компьютерная модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, которая позволяет исследовать ее работу в различных режимах с учетом свойств механических передач (упругих связей, сил трения, зазоров, кинематических погрешностей) и реальном изменении параметров ЭМС;

- предложены рекомендации по определению структуры и аналитические выражения для расчета параметров оптимального регулятора усилия в СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП;

- получено аналитическое выражение, позволяющее определить требуемое быстродействие и период квантования микропроцессорной системы управления ЭП, при которых обеспечивается требуемое качество переходных процессов в СКСТ с упругими механическими передачами;

- получено аналитическое выражение, позволяющее с учетом требуемых свойств замкнутой СКСТ определить минимально необходимую дискретность по уровню цифрового контура регулирования усилия;

- предложены рекомендации по практической настройке регулятора усилия, позволяющие реализовать качественное управление усилием в условиях изменяющихся параметров электромеханической части СКСТ;

- разработана структура СКСТ, обеспечивающая автоматическую настройку системы регулирования усилия на вес обезвешиваемого объекта, эффективную компенсацию сил сухого и вязкого трения, ограничение скорости и положения объекта при его перемещениях на заданном уровне.

К защите представляются следующие основные положения:

- обобщенная математическая модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, адекватно описывающая электромагнитные и упругие силовые взаимодействия в ЭМС с учетом реальных свойств механических передач;

- структура СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, обеспечивающая требуемые показатели качества имитации невесомости;

- методика и результаты синтеза оптимального регулятора усилия для дискретно-непрерывной СКСТ с асинхронным ЭП;

- рекомендации по определению областей рационального применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия в дискретно-непрерывной СКСТ;

- результаты теоретического и экспериментального сопоставления возможностей СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока;

Использование результатов диссертационной работы. Исследования выполнены в соответствии с государственным контрактом №041-8543/97 от 10.04.97 между Российским космическим агентством и РГНИИЦПК им. Ю. А.Гагарина. Разработаны и переданы в Донской филиал центра тренажеростроения (г. Новочеркасск) предложения по модернизации системы вертикального перемещения существующего тренажера «Выход-2» (Звездный городок, Московская обл.). Результаты исследований и рекомендации использованы при разработке проекта и создании комплекса имитации деятельности космонавта в открытом космосе, выполняемого по заданию Мемориального музея космонавтики (г. Москва). Результаты теоретических и экспериментальных исследований частично были использованы при разработке проекта и наладке ЭП намоточного станка РПН380. Результаты диссертационной работы используются в ЮРГТУ (НПИ) при обучении студентов специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III (30 мая - 10 июня 2003 г.) Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы управления ими» (г. Новочеркасск), V (13-14 октября 2004 г) научно-техническом семинаре «Технические средства и технология для построения тренажёров» (г. Москва), 13-ой (14-18 марта 2005 г.) Международной научно-технической конференции «ЭППТ-05» (г. Екатеринбург), V (18-21 сентября 2007 г.) Международной (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП-2007» (г. Санкт-Петербург), научно-технических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей ЮРГТУ (НПИ) в 2003-2008 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований всего опубликовано 11 печатных работ общим объемом 12,6 пл., в том числе монография, 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, результаты экспериментальных исследовании отражены в отчете о НИР.

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем диссертации: 178 страниц основного текста, 64 рисунка, 7 таблиц, 9 страниц списка используемой литературы из 87 наименований, 2 страницы приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, определена цель исследований, представлена их научная новизна и практическая значимость. Сформулированы основные результаты, выносимые на защиту. Показаны перспективы развития исследований по теме диссертации.

В первом разделе диссертационной работы рассмотрены существующие подходы к имитации невесомости при отработке изделий космической техники и обучении космонавтов.

В настоящее время для решения поставленных задач наиболее универсальными и перспективными являются активные СКСТ (см. рис. 1), которые под действием внешних силовых воздействий FB должны обеспечивать движение центра масс обезвешиваемого объекта с параметрами близкими к движению в невесомости. Такие СКСТ позволяют решать многие задачи обучения космонавтов элементам внекорабельной деятельности при длительном пребывании в штатных скафандрах с различным оборудованием, предназначенным для работы в космосе. В активных СКСТ необходимая для обезвешивания объекта сила, создается электродвигателем М, управление которым осуществляется в замкнутой системе регулирования усилия Fyo. Усилие от двигателя, через редуктор Y и барабан, передается к обезвеши-ваемому объекту с весом Р0, где измеряется с помощью датчика усилия BQ, ус-

Рис. 1 Активная СКСТ.

тановленного в точке подвеса. В этом случае, при приложении внешнего воздействия Рв, должно быть обеспечено движение обезволиваемого объекта с параметрами близкими к его движению в невесомости. Перемещения в горизонтальной плоскости, с целью уменьшения сил трения, обеспечиваются с помощью опор на воздушной пленке.

Существующий в настоящее время тренажер "Выход-2" с активной СКСТ, созданный в 2002 году в РГНИИЦПК им. Ю.А. Гагарина, обеспечивает силу тро-гания 50 Н, что составляет 2,0 % от веса объекта обезвешивания и ошибку воспроизведения ускорения 5-40 %.

На основании анализа перспективных задач подготовки космонавтов были сформулированы основные требования, предъявляемые к тренажерам:

- обезвешивание оператора в скафандре общей массой до 200-250 кг;

- перемещение по шести координатам в любую точку рабочего пространства в горизонтальной плоскости 5-30 м, в вертикальной плоскости 0,5-10 м;

- сила трогания не более 1 % от действующей силы тяжести оператора;

- сопротивление перемещению операторов не более 2 % от действующей силы тяжести;

- перемещение обезвешиваемого объекта в любом направлении с линейной скоростью У0 до 0,4 м/с и максимальным ускорением а0 до 0,2 м/с2;

- относительная ошибка воспроизведения требуемых ускорений не более 5 %;

- одновременное проведение тренировок для двух операторов в скафандрах;

- время сеанса моделирования невесомости до 4 часов.

- высокая надежность, безопасность эксплуатации, удобство управления и обслуживания.

Анализ показал, что для повышения качества имитации невесомости и повышения эффективности функционирования тренажерных комплексов по подготовке космонавтов, их СКСТ целесообразно реализовывать на базе асинхронных частотно-регулируемых ЭП с векторным управлением моментом двигателя.

На основании выполненного анализа и результатов предварительных исследований обоснована цель и сформулированы задачи диссертационной работы.

Во втором разделе рассматриваются особенности математического описания СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП. При разработке математического описания СКСТ использовано ее поэлементное представление в виде механической, электрической и информационной частей.

С учетом реальных значений резонансных частот ЭМС и требуемого быстродействия ЭП обоснована целесообразность использования дискретных много массовых моделей при математическом описании упруго-диссипативньгх свойств механической части СКСТ.

Для корректного учета влияния упругости, зазоров и сип трения в механической передачи обоснована целесообразность применения трехмассовой расчетной схемы для исследования реальных свойств механической части СКСТ.

Исследования показали, что при использовании асинхронного двигателя (АД) основное действие сил трения сосредоточено в редукторе и составляет

1СН-20 % от веса объекта, что необходимо учитывать в математической модели СКСТ.

Жесткость канатной передачи при перемещениях обезвешиваемого объекта не является постоянной величиной, а изменяется в зависимости от его длины в широких пределах, поэтому модель механической части СКСТ была дополнена выражением, позволяющим учесть влияние этого фактора.

При использовании в СКСТ современных частотно-регулируемых ЭП, реализующих векторное управление моментом с ориентацией по потокосце-плению ротора, систему дифференциальных уравнений, описывающих электромагнитные переходные процессы в АД с короткозамкнутым ротором, рекомендовано записывать в проекциях на оси системы координат (х - у), вращающейся с электрической частотой поля статора, а вычисление электромагнитного момента АД осуществлять по выражению: Мд = Кму/2х1Ху, где

Км =(3/2)рпК2, К2 - коэффициент электромагнитной связи ротора; рп -число пар полюсов АД; ¡¡у, ц/2х - проекции тока статора и потокосцепления ротора на соответствующие оси вращающейся системы координат (х - у).

На основании выполненных исследований с учетом общепринятых допущений получена обобщенная математическая модель СКСТ в виде структурной схемы, показанной на рис. 2, где приняты следующие обозначения: 3д, JБ, Jм

- моменты инерции двигателя, барабана и объекта обезвешивания, разделенных упругими элементами; сы, ск,Ьм,Ьк - коэффициенты жесткости и демпфирования, учитывающие эквивалентные упругодиссипативные свойства механических передач; ск - минимальная жесткость канатной передачи при максимальной ее длине 1Ктах; С1Д, С1Б, Пл, - скорости двигателя, барабана и объекта обезвешивания; <рд, <рБ, (ри - угловые положения вала двигателя, барабана и объекта обезвешивания; А<р3 — эквивалентный зазор в приводном устройстве; Афд, А<рц - приведенные к валу двигателя кинематические погрешности; <р0 -

начальное значение углового положения вала двигателя, соответствующее длине канатной передачи 1К; Мд, Му — электромагнитный момент двигателя и момент в упругой канатной передаче; Мт — момент в упругом элементе между двигателем и барабаном; Мв, М0 - моменты создаваемые внешним возмущающим воздействием и весом обезвешиваемого объекта; МТР — моменты сил трения; Т[ = /.,//?,' — электромагнитная постоянная времени статора АД; Г2=12/Я2 - электромагнитная постоянная времени ротора АД; = /?, + К\Я2

- эквивалентное активное сопротивление двигателя; /?, — активное сопротивление обмотки статора; Д2 — активное сопротивление обмотки ротора; К2-Ьт1 ¿2 - коэффициент электромагнитной связи ротора; Ц, Ь2, Ьт - полные индуктивности обмоток статора, ротора и цепи намагничивания; сг — общий коэффициент рассеяния двигателя; си,, со2, со - электрическая частота вращения

поля статора, ротора и вала двигателя;

Рис.2 Структурная схема обобщенной математической модели СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП.

№„.(8), IVРП {¡5) - передаточные функции регуляторов тока и потокосцепления; IVп(Б), - передаточные функции преобразователя при регулировании на-

пряжения и частоты; 1У,0СП(Б), и ИксФ) - передаточные функции об-

ратных связей по потокосцеплению ротора, току статора и канала измерения скорости; изм — сигнал задания, пропорциональный моменту М0. В приведенной математической модели все параметры и координаты ЭМС с упругими связями приведены к валу двигателя. На специально созданном стенде была выполнена активная идентификация параметров математической модели и экспериментально подтверждена ее адекватность реальным процессам в СКСТ.

В третьем разделе предложена и исследована рациональная структура ЭМС регулирования усилия при использовании асинхронного ЭП с векторным управлением, обоснована методика и решена задача синтеза управляющего устройства для СКСТ, реализуемых на базе цифровых ЭП.

В виду сложности исходной математической модели СКСТ решение задачи синтеза регулятора усилия предложено осуществлять поэтапно.

Был выполнен обзор и анализ существующих методов синтеза непрерывных и дискретно-непрерывных систем управления по возмущающему воздействию, в результате которого обоснован подход к синтезу регулятора усилия, включающий следующие этапы:

- определить структуру и параметры непрерывного регулятора усилия в линеаризованной СКСТ с использованием метода оптимального синтеза, основанного на трудах профессора Ю.П. Петрова;

- используя преобразование Тастина, получить дискретную передаточную функцию регулятора усилия;

- выполнить исследование влияния дискретности управления на показатели качества работы СКСТ и определить область рационального применения предлагаемой методики синтеза.

Анализ параметров механической части СКСТ с АД, применительно к тренажеру «Вы-ход-2» показал, что при малых значениях отклонения координат для математического описания СКСТ допустимо использовать двухмас-совую расчетную схему.

Экспериментальные исследования частотных характеристик замкнутого контура регулирования момента (см. рис.3) и тензометри-ческого датчика усилия показали, что их динамические свойства могут быть аппроксимированы апериодическими звеньями вида:

1

1 ! 4

1

I 10 ( 00 1000 й>, рад/с

\ > 1

1

\

1 - Мавигйг^е МС 3 - 5шо<1пуе 611 4 - Б1паш1С5 5120

фаем, ПОД

Рис. 3 Частотные характеристики электроприводов.

Полагая действие момента Ма - р - Ра от составляющей веса объекта Ро~то' £ скомпенсированным работой контура регулирования момента двигателя, структурную схему замкнутой системы регулирования усилия можно представить в приращениях в ви-

М.

1 7-^ + 1 ЛМу

* г Ту Б1 + -1

И'ду(.Ь')

В V Кзкм иу кду

ТтБ + 1

Рис.4 Математическая модель системы регулирования усилия в приращениях для решения задачи синтеза

де линейной математической модели, показанной на рис. 4. Обозначено: р = У0Ю.д -радиус приведения; Тд = JдQ.н|Mн , Тм = J/Мн -механические постоянные времени инерционных масс двигателя и объекта; Тс = Мн[(скС1н), Та =Ьк/ск — постоянные времени, учитывающие эквивалентную жесткость и диссипативные свойства упругой канатной передачи; С1Н, Мн - номинальные значения скорости и момента двигателя; Кзкм, Тзкм - коэффициент усиления и постоянная времени замкнутого контура регулирования момента; Кду, Тду - коэффициент усиления и постоянная времени датчика усилия; IVРУ (5) - передаточная функция регулятора усилия.

В соответствии с требованиями, предъявляемыми к тренажерным комплексам и полученными результатами экспериментальных исследований СКСТ, определены диапазоны возможного изменения параметров математической модели: Тд =0,034-0,039 с; Тм = 0,029-0,073 с; Тс = 0,076-Ю,461 с;

Тй = 0,001-Ю,002 с; Тзш =0,0004+0,001 с; Гду =0,002-Ю,003 с; У=(ТД+ТМ)1ТД, /) = Тм/(уТд) - обобщенные коэффициенты; Ту = Тд ТС)/(ТД +Ти), ~ Т(1/(2ТУ) — постоянная времени и коэффициент демпфирования колебаний в упругой канатной передаче.

Анализ реальных параметров СКСТ с асинхронным ЭП показал, что постоянная времени датчика усилия Тду >(3-^4) -Т зкм. Это позволяет аппроксимировать динамические свойства канала обратной связи по усилию и замкнутого контура регулирования момента эквивалентной передаточной функцией вида: IV, (5) = 1Уду (Б) ■ \Узт (5) - К^ Кзш /(7у> +1), где Г, = Тду +ТЗШ.

Для решения задачи синтеза оптимального регулятора усилия в рассматриваемой СКСТ, в соответствии с требованиями её функционирования, предложено минимизировать средний квадрат (дисперсию) отклонения момента в упругом элементе в течение времени выполнения оператором тренировочного задания . При решении задачи минимизации момента АА/У в соответствии с правилами решения изопериметрических задач вариационного исчисления предложено учитывать ограничения, накладываемые на мощность управляющего воздействия, определяемые коэффициентом Лагранжа т.

В этом случае минимизируемый функционал можно представить в виде:

1 h. ч J = lim — \{m2AMl + Ul)dt h о

При синтезе регулятора усилия необходимо учитывать свойства возмущающего воздействия, которые изменяются случайным образом. В случае использования частотных методов, влияние возмущающего воздействия удобно задавать в виде спектральной плотности мощности Рм (со). При этом задачу синтеза оптимального регулятора усилия предлагается решать при действии на систему наиболее неблагоприятного воздействия, когда Рм(й>) будет сосредоточена на резонансной частоте а>-сор, на которой АЧХ замкнутой ЭМС имеет максимальное значение.

Исследования свойств рассматриваемой ЭМС с упругими связями, показали, что частота тР не постоянна, а существенно зависит от параметров канала регулирования усилия. Причем с повышением точности регулирования усилия резонансная частота т,, замкнутой СКСТ увеличивается.

Поэтому синтез оптимального регулятора усилия был выполнен при внешнем воздействии, спектральная плотность мощности которого равномерно распределена по всем частотам полосы пропускания ЭМС (Рм (ft)) = const), что характерно для воздействия в виде «белого шума».

При решении задачи синтеза с использованием предлагаемого подхода, определена передаточная функция оптимального регулятора усилия:

(7^ + 1)(7У? + 1)

WPy(S) = Kry

(T2S + \\TjS +1)

и аналитические выражения для расчета его параметров:

КРУ -

1-М

+ т,

Р ■ К дуКжм

2gTyi-6£2--

1

обозначено:

тп]=тг{рК![УКжм

У-

£ = 4*1 +2Re(x23)];

(2 t-gTy)

где

xt=-jD + L-f

\3

z4z2

-(f)

L^-l-S;

+ zn, v = | — I +1

X2,3 — tl

D + L z,

3 ±J%P-L):

4 £2Г/

Zd =

Z, =

_ 2Tj{2f + 2mf£2 -1 )+Tj _ \ + m]

— Zfi —

z +Ty — 2T-£

tJTI

TjTi

Для исследования влияния дискретности управления на показатели качества работы СКСТ и определения области допустимого применения предлагаемой методики синтеза, с использованием преобразования Тастина, пу-

тем подстановки Б - (2/Т0)(г - \)1{г +1), была получена даскретная передаточная функция регулятора усилия:

п2г +щг + п0

где щ =Тд +2Г0(Г, щ = 2(7* -4Т&); щ = 7* -2Т0{Т, +

п2 =Т02 + 2Т0(Тг + Та) + 4Т2Тц; пх = 2(Т02 -4ВД; л0 =Г02 -22*0(Г2 +Та) + 4Т2Т,.

При исследовании дискретно-непрерывной модели системы регулирования усилия в канале обратной связи по усилию учитывались свойства квантователя по времени, расположенного после звена 1¥ду(Б). Для согласования дискретной и непрерывной части системы, между звеньями ¡Уру(г) и 1УЗШ {Я), использовался экстраполятор нулевого порядка с передаточной функцией = (1 - е"7оЛ)/Г05.

Результаты исследований, полученные в виде зависимостей а - /(к^) и /я = Дках), позволяют определить область рационального применения синтезированного регулятора усилия в цифровой СКСТ. Обозначено: кох. = <х>ы/сос, аы = л /Т0 - частота Найквиста, сос - полоса частот пропускания замкнутой системы регулирования усилия; Т0 = п1{каКшс) - период квантования в системе.

Моделирование СКСТ выполнялось при следующих пара- Табл. 1 Параметры оптим;шьного регулятора

8У, % ас, рад/с Кру т„ с Т2, с ~23~ 122,93 ~ 34,15 0,0153 0,0022" 9,6 56,12 7,52 0,0327 0,0027 17,2 40,17 3,34 0,0494 0,0029

Ту = 0,045 с; о)у = 22,2 рад/с; £ = 0,017; / = 2,1; /? = 0,53. Параметры оптимальных регуляторов усилия, представлены в табл.1 при различных значениях ошибки регулирования усилия, рассчитываемой по выражению: 5у = АМУI Мв = (И у) /(1 + РК,,УК1КМ Кду). Для вычисления частоты шс, использовалось аналитическое выражение: ас 0)/2-дА, где Я,=-Т2%(2Т^-Ту); Чг = Кк(Т^ + Г2Г,-ТгТЛ) + ТУ(2Т^-Ту) + Т?, Чо = КЕ + \, к Е = рк Ру К зш К ду •

Для примера, на рис.5 показаны графики переходных процессов усилия ДМу при ступенчатом возмущающем воздействии Мв в СКСТ, обеспечивающей ошибку регулирования усилия 8у = 2,5 %.

Анализ результатов исследований позволил оценить влияние дискретности управления на динамические свойства замкнутой системы регулирования усилия и определить область рационального применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия в дискретно-непрерывной СКСТ:

- при Т0 < л / (\5сис) цифровая система регулирования усилия практически соответствует свойствам непрерывной системы, поэтому применение

метрах: 1 д=уз,юшс; 1М =и,и^бс Тс = 0,114с; Т11 =0,0015 с Тду =0,0025 с; Тзкм =0,0008 с Кю/=К,ии= 1: 7\,= 0,0033 с

разработанной методики синтеза обеспечит требуемые показатели качества переходных процессов с перерегулированием по усилию не более 8 %;

-при л/(15ас)<Т0 <л7(9<мс) применение разработанной методики синтеза допустимо, однако из-за дискретности управления возможно увеличение перерегулирования по усилию до 12-45 %;

- при Т0 > я/(9а)с) предлагаемый подход к синтезу регулятора усилия применять не рекомендуется.

а) б)

Рис.5 Графики переходных процессов в разомкнутой (а) и замкнутой (б) системе регулирования усилия.

При реализации СКСТ с использованием современного ЭП переменного тока, подключение аналогового датчика усилия к микропроцессорной системе управления необходимо осуществлять через аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который имеет нелинейную характеристику, осуществляя квантование входного сигнала по уровню. Определено, что при разрядности АЦП выше 15 бит, квантование по уровню не оказывает существенного влияние на качество регулирования усилия и его можно не учитывать.

Методами математического моделирования были исследованы динамические свойства замкнутой системы регулирования при реальном изменении жесткости канатной передачи и массы обезвешиваемого объекта. Определено, что увеличение жесткости канатной передачи и массы обезвешиваемого объекта приводит к уменьшению перерегулирования по усилию в замкнутой СКСТ. Поэтому для получения качественных переходных процессов при изменении параметров механической части СКСТ, настройку регулятора усилия рекомендуется осуществлять при минимальных значениях жесткости канатной передачи и массе обезвешиваемого объекта.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие правильность принятых решений и рассмотрены вопросы практической реализации СКСТ на базе ЭП переменного тока.

Для проверки результатов синтеза и апробации предлагаемых технических решений, на кафедре ЭПА ЮРГТУ (НПИ) был разработан экспериментальный стенд СКСТ, который позволяет корректно, в идентичных условиях, сопоставить работу СКСТ с ЭП постоянного и переменного токов.

При исследовании СКСТ с ЭП постоянного тока на экспериментальном

стенде были использованы высокомомептные ДПТ серии 1 ПИ 12.11-11-202М (Рди =0,49 кВт; Мт = 4,7Н-м; С1ДИ =104,7 рад/с; Зд = 0,0054 кг-м2) с питанием от широтно-импульсного преобразователя напряжения типа ЭИШМ1 (60 В, 8 А). При реализации ЭП переменного тока был применен АД марки:

АИР71В4

{Рди =0,75 кВт,

Мдн = 5,3 Нм,

=141,4 рад/с,

Jл = 0,00143 кг-м ), на валу которого был установлен инкрементальный датчик марки ЛИР158А (2048 имп./об). Управление АД осуществляется от преобразователь частоты (ГГЧ) с векторным управлением, серии Simovert Masterdrive МС Plus ( Рн = 0,75 кВт), на базе которого была реализована система регулирования усилия. Настройка ПЧ и осциллографирование необходимых сигналов выполнялось с помощью программного обеспечения Drive Monitor (Siemens), установленного на персональный компьютер.

Обезвешиваемый объект, максимальная масса которого может составлять 250 кг, моделируется набором грузов массами по 10 и 20 кг. Передача усилия от вала двигателя к обезвешиваемому объекту, осуществлялась с помощью редуктора и канатной передачи при р= 0,001 м/рад. Измерение усилия выполнялось тензометрическим датчиком типа «Тензо-М С2-500».

Анализ параметров Табл.2 Параметры физической модели СКСТ

механической части СКСТ с АД и ДПТ (см. табл.2), показал более чем 3 кратное увеличение параметра Д что позволяет обеспечить требуемую ошибку регулирования усилия при меньших коэффициентах усиления регулятора КРУ.

На рис.6, рис.7 представлены результаты экспериментальных исследований статических и динамических характеристик СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока при массе обез-вешиваемого объекта 140 кг.

Анализ зависимостей /у = /(КРУ) (см. рис.6) позволяет сделать вывод, что использование асинхронного ЭП обеспечило уменьшение силы трогания /у до значений менее 1 % от веса объекта.

Масса обезвешиваемого объекта т0 = 140 кг

Параметр Ед.изм. АД ДПТ

Тд с 0,038 0,121

Тм с 0,004 0,0034

р - 0,095 0,027

Td с 0,001-Ю,002 0,001-Ю,002

Тс с 0,048-4), 146 0,058+0,175

Ту с 0,013+0,023 0,014-Ю,024

(Оу = \/Ту рад/с 43-77 42-72

FT, Н 100 80 60

20

1 Д тг

ЭК( |]ери wem альн je д ЯНЫ .

уасчс niut зав* СИМ СТИ1

AJ L

о

50

100

0 200 Кп

Рис.6 Зависимость Fr = f(Kpy).

Также улучшились основные динамические показатели СКСТ (см. рис.7). Исследования динамики СКСТ выполнялись, когда замкнутый контур регулирования усилия обеспечивал требуемую точность при необходимом демпфировании упругих колебаний.

Точность регулирования усилия 8У и воспроизведения ускорения да при перемещениях обезве-шиваемого объекта увеличилась в 1,6 и 1,4 раза соответственно, а логарифмический декремент затухания вырос в 2 раза (см. табл.3).

Табл.3 Характеристики СКСТ с ЭП

Параметр Ед.изм. АД ДПТ

% 3,5 5,8

«а % 4,6 6,4

Я - 1,3 0,64

--лг

— №

— V/

— — — -- -- —

|

» .1

1 лп

а) тйу- \Ы Н/кл; /»„-23,5 (рад'с)/|сл; б) тлр-165 Н/кл; й/0=23,5 (рад/с)/кл; в) п>лр-: 10,3 Н/кл; то - 94 (раа/с)/кл;

{У АА № 1А/ /V АД

—

1

"1 — —

-1 н

¡л»

—

1 № 1

1 Л 1 — _

1 1,.

о 0.1 1.0 1.1 1.0 (г о 0.1 1.0 1.1 г.о I. I о 0,2 0.4 0.1 0,1 1,е Г) Ш4, -183 Н/кл; уИо-28,3 (рад/с)/кл; Д) т^-183 Н/кл; та--28,3 (рад/с)/кл, в) Шл.-! 1,4 Н/кл; ет0-141 (рад/сУкл;

Рис. 7 Графики переходных процессов в СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока: а), г) в разомкнутой системе; б), д) в замкнутой системе при импульсном возмущающем воздействии; в), е) в замкнутой системе при ступенчатом возмущающем воздействии.

Улучшение основных показателей качества имитации невесомости в предлагаемой СКСТ стало возможным благодаря увеличению в 3,5 раза значения параметра р, применению асинхронного ЭП с быстродействием, в 3 раза превышающим быстродействие ЭП постоянного тока, а также уменьшению в 2-К? раза сил трения в механической части СКСТ.

С учетом полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований системы регулирования усилия, была разработана, реализована и экспериментально опробована СКСТ с ЭП переменного тока. Спроектированная СКСТ позволяет обеспечить требуемую точность регулирования усилия, повышает качество имитации невесомости и расширяет функциональные возможности перспективных тренажерных комплексов.

Работа спроектированной СКСТ может выполняться в двух режимах: перемещения и обезвешивания. Перемещение осуществляется в замкнутой системе регулирования скорости и используется для реализации вспомогательных операций, например, установки объекта в исходное положение. Ре-

жим обезвешивания объекта является основным и осуществляется в замкнутой системе регулирования усилия. При этом возможна автоматическая настройка СКСТ на фактический вес объекта, определение и компенсация реальных сил трения. Реализация дополнительных каналов регулирования, осуществляющих ограничение скорости движения и перемещения обезвеши-ваемого объекта, позволила обеспечить высокий уровень безопасности обучаемого персонала при эксплуатации СКСТ. Для целей безопасности, в случае отключения силового питания или выхода из строя ЭП, на выходном валу редуктора было установлено тормозное устройство.

Практическая реализация и исследования предложенной СКСТ показали правильность принятых технических решений. Была отмечена высокая эффективность работы СКСТ при обезвешивании объектов с различными массами, удобство эксплуатации и высокий уровень безопасности. Выполненные экспериментальные исследования показали возможность уменьшения ошибки регулирования усилия до 2% и воспроизведения ускорения до 4 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основании теоретических и экспериментальным исследований решена актуальная научно-техническая задача создания активных СКСТ с ЭП переменного тока для перспективных тренажерных комплексов по подготовке космонавтов к работе в невесомости. В ходе выполненных исследований получены следующие выводы и результаты, имеющие научное и практическое значение:

1. Обоснованы обобщенные требования к СКСТ тренажерных комплексов, обеспечивающие решение перспективных задач подготовки космонавтов к работе в невесомости.

2. Анализ функционирования активных СКСТ показ;ш, что для расширения решаемых задач подготовки космонавтов и улучшения основных показателей качества имитации невесомости, при их реализации целесообразно использовать современные асинхронные частотно-регулируемый ЭП.

3. Разработанная обобщенная математическая модель СКСТ, позволяет адекватно описывать упруго-диссипативные свойства ЭМС при векторном управлении моментом асинхронного двигателя. Использование трех-массовой модели механической части СКСТ, позволяет корректно учитывать влияние сил сухого и вязкого трения, изменение жесткости канатной передачи при перемещениях обезвешиваемого объекта, а также кинематических погрешностей механических передач.

4. Предложенная структура ЭМС регулирования усилия при использовании асинхронного ЭП с векторным управлением, позволяет обеспечить требуемые показатели качества имитации невесомости при создании СКСТ.

5. Выполнен синтез оптимального регулятора усилия для СКСТ с асинхронным ЭП, получены аналитические выражения для расчета его параметров и предложены рекомендации по практической его настройке, позволяющие реализовать качественное управление усилием в условиях изменяющихся параметров механической части СКСТ.

6. Определены условия и область целесообразного применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия, при реализации СКСТ на базе микропроцессорного ЭП переменного тока. Получено аналитическое выражение, позволяющее определить требуемое быстродействие и период квантования микропроцессорной системы управления ЭП, при которых обеспечивается требуемое качество переходных процессов в СКСТ с упругими механическими передачами.

7. Получено аналитическое выражение, позволяющее с учетом требуемых свойств замкнутой СКСТ определить минимально необходимую дискретность по уровню цифрового контура регулирования усилия.

8. На специально созданном экспериментальном стенде, в идентичных условиях,, сопоставлены возможности и определены области рационального применения ЭП постоянного и переменного токов при реализации СКСТ тренажерных комплексов.

9. Предложенные рекомендации и технические решения по реализации СКСТ с ЭП переменного тока, позволяют повысить качество имитации невесомости, безопасность и удобство эксплуатации тренажерных комплексов для подготовки космонавтов к работе в невесомости.

Научные публикации по теме диссертации в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Барыльник Д.В. Проблемы и перспективы применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилий исполнительных механизмов / Д.В. Барыльник, O.A. Кравченко // Изв. вузов. Электромеханика. - 2005. - №6. - С.ЗЗ - 36.

2. Барыльник Д.В, Методика синтеза и результаты исследования цифровой системы регулирования усилия механизмов / Д.В. Барыльник // Изв. вузов. Электромеханика. - 2008. - №3. - С.48 - 50.

Другие научные публикации по теме диссертации

3. Пятибратов Г.Я. Математическое описание и моделирование систем компенсации силы тяжести с асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами / Г.Я. Пятибратов, Д.В. Барыльник, O.A. Кравченко // Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск, 2006. - 154 с. - Деп. в ВИНИТИ 19.07.06, № 971-В2006. - Аннот. в БУ ВИНИТИ Деп. науч. работы. -2006. - №9. - С.25. - Б.0.187

4. Барыльник Д.В. Возможность применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилия / Д.В. Барыльник, O.A. Кравченко, Г.Я. Пятибратов // Электроприводы переменного тока: Труды Междунар. 13-й науч.-техн. конф., г. Екатеринбург, 15-18 марта 2005 г. - Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. - С. 303-306.

5. Кравченко O.A. Состояние и перспективы совершенствования силоком-пенсирующих электромеханических систем / O.A. Кравченко, Д.В. Барыльник // Труды V Междунар. (XVI Всерос.) конференции по автоматизированному элеюроприводу АЭП-2007, г. Санкт-Петербург, 18-21 сент. 2007 г. - СПб: 2007. - С. 298 - 301

6. Кравченко O.A. Особенности применения асинхронных частотно-регулируемых электроприводов для реализации системы вертикальных перемещений тренажера «Выход-2» / O.A. Кравченко, Д.В. Барыльник, М.А. Рузаков // Технические средства и технологии для построения тренажеров: материалы науч.-техн. семинара, Звездный городок Моск. обл. РФ., 13-14 окт. 2004 г. - М.: РГНИЖЩК, 2004. - Вып. 5. - С. 149 - 150.

7. Барыльник Д.В. Построение систем прямого регулирования усилиями с электроприводами переменного тока / Д.В. Барыльник, O.A. Кравченко // Современные энергетические системы и комплексы управления ими: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 30 мая - 10 июня 2003 г.: в 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. - Ч. 2. - С. 76-78.

8. Барыльник Д.В. Исследование возможностей применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилий / Д.В. Барыльник, O.A. Кравченко // Студенческая научная весна - 2004: материалы 53-й на-уч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ) /Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ООО НПО "Темп", 2004. -С. 116 -118.

9. Барыльник Д.В. Проблемы и особенности математического описания систем компенсации силы тяжести с асинхронными электроприводами / Д.В. Барыльник // Студенческая научная весна - 2006: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ(НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). - Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. - С. 266 - 269.

10. Барыльник Д.В. Принцип построения макета много-координатной системы обезвешивания объектов массой до 250 кг / ДВ. Барыльник, Соломатин Р.Ю. // Студенческая научная весна - 2008: материалы межрегион. науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых Южного федерального округа / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. - Новочеркасск: ЛИК, 2008. - С. 406 - 407.

11. Кухаренко В.В. Системы электроприводов сбалансированных манипуляторов / В.В. Кухаренко, Д.В. Барыльник, И.В. Хасамбиев // Новые технологии управления движением технических объектов: сб. ст. по материалам 8-й Междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 14-16 дек. 2005 г. - Ростов н/Д: Изд-во СКНЦ ВШ, 2006. - Вып. 6 - С. 95 - 99.

Все основные положения диссертации разработаны автором. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат следующие результаты: [1], [4], [7], [8] - анализ проблем построения качественных СКСТ, обоснование целесообразности использования асинхронного электропривода с векторным управлением для улучшения технических характеристик СКСТ, формулирование требований к асинхронному электроприводу СКСТ; [3], [9] - постановка задачи разработки обобщенной математической модели СКСТ, обоснование подходов к математическому описанию механической части, асинхронного двигателя, информационно-измерительных и управляющих элементов системы регулирования усилия; [2] - постановка и решение задачи синтеза регулятора усилия СКСТ; [5], [6], [10], [11] — определение возможности и обоснование подходов к реализации перспективных СКСТ и сбалансированных манипуляторов на базе современных серийно-выпускаемых электроприводов переменного тока с векторным управлением.

Подписано в печать 2.?-.05.2009 г. Формат 60x84 1/16. Печать оперативная. Объем п.л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ № к7" т936

Южно-Российский государственный технический университет Типография ЮРГТУ (НПИ) Адрес ун-та и типографии: 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ СИСТЕМ КОМПЕНСАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ.

1.1 Существующие подходы и способы имитации невесомости в земных условиях.

1.2 Особенности функционирования и реализации электромеханических систем компенсации силы тяжести.

1.3 Проблемы создания высокоточных и надежных электромеханических систем компенсации силы тяжести.

1.4 Перспективы применения асинхронных электроприводов для построения качественных систем компенсации силы тяжести.

1.5 Постановка задачи исследований.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С АСИНХРОННЫМ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.

2.1 Разработка математической модели механической части.

2.2 Математическое описание асинхронного электродвигателя при частотном регулировании.

2.3 Математическое описание управляющих и информационно-измерительных устройств.

2.4 Получение обобщенной математической модели системы компенсации силы тяжести с асинхронным частотнорегулируемым электроприводом.

Выводы.

3. СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ.

3.1 Проблемы решения задачи синтеза системы компенсации силы тяжести с асинхронным электроприводом.

3.2 Анализ подходов и обоснование выбора метода синтеза исследуемой системы.

3.3 Обоснование рациональной структуры системы компенсации силы тяжести с асинхронным электроприводом.

3.4 Определение математической модели системы компенсации силы тяжести для решения задачи синтеза.

3.5 Синтез оптимального регулятора усилия.

3.6 Анализ возможностей использования синтезированного регулятора усилия в цифровой системе компенсации силы тяжести.

Выводы.

4 РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСГШРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ КОМПЕНСАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА.

4.1 Создание экспериментального стенда для комплексных исследований систем компенсации силы тяжести обеспечивающих имитацию невесомости обезвешиваемых объектов.

4.2 Экспериментальное исследование макета системы компенсации силы тяжести тренажерного комплекса с электроприводами постоянного и переменного тока.

4.3 Разработка технических решений по созданию системы компенсации силы тяжести тренажерного комплекса

Выход-2» с электроприводом переменного тока.

Выводы.

Повышение требований к производительности и надежности технологических установок целлюлозно-бумажной, металлургической, химической, горной промышленности, качеству выпускаемой продукции и энергосбережению обуславливает необходимость расширения функциональных возможностей систем управления электроприводов. Проведенные в работах [1-6] исследования показали, что для решения этой задачи необходимо осуществлять качественное управление усилиями в упругих механических передачах и обрабатываемом материале. При этом стандартные настройки регуляторов электропривода, выполненные без учета упругих свойств механизмов приводят к появлению значительных колебаний координат, которые ухудшают качество управления выходными координатами системы, затрудняют реализацию высокого быстродействия современных электроприводов, увеличивают динамические нагрузки элементов механических передач, что уменьшает срок их службы. Это обуславливает необходимость комплексного исследования электромагнитных и механических процессов в электроприводе при создании систем управления усилиями.

Исследования, выполненные отечественными учеными Борцовым Ю.А., Квартальновым Б.В., Ключевым В.И., Соколовским Г.Г. и др., позволили разработать фундаментальные вопросы теории электромеханических систем с упругими связями, определить основные пути их анализа и синтеза. В результате в промышленности нашли широкое применение системы управления скоростью и положением механизма, учитывающие упругие свойства механических передач и обрабатываемого материала. Задача регулирования усилий также является актуальной и выполненные в настоящее время исследования систем электроприводов с учетом упругих связей наиболее часто относятся к горным машинам, летательным аппаратам и локомотивам [6-9], а также к промышленным роботам и манипуляторам [10-12].

В последнее время, в некоторых областях техники возникали специфические задачи регулирования усилий, которые не могут быть решены с помощью существующих технических решений. Такие задачи необходимо решать при создании систем компенсации силы тяжести (СКСТ), в которых объект обезвешивания должен двигаться в направлении, определяемом приложенной к нему внешней силой, с минимальным сопротивлением и заданными динамическими показателями. Необходимость компенсации силы тяжести объектов возникает в различных подъемных устройствах, при работе с массивным электроинструментом, при создании тренажеров для подготовки космонавтов и систем отработки крупногабаритных изделий космической техники. При этом сложные задачи требуется решать при создании специальных тренажеров для подготовки на Земле космонавтов к внекорабельной деятельности в открытом космосе. В этом случае требуется реализация высокоточных систем регулирование усилий с учетом упругих свойств протяженных механических передач, зазоров и значительных сил трения, обеспечивая безопасность и надежность работы системы при высоких требованиях к статической и динамической точности регулирования усилий, в условиях случайных внешних воздействий.

Существующие в настоящее время тренажеры для подготовки космонавтов с электромеханическими СКСТ, например «Выход-2», реализуются на базе электроприводов (ЭП) постоянного тока. С помощью них решаются многие задачи по обучению космонавтов элементам внекорабельной деятельности при длительном пребывании в штатных скафандрах с различным оборудованием, предназначенным для работы в космосе. Однако, появление новых перспективных программ по освоению космоса, требует постоянного повышения уровня подготовки космонавтов. А для этого необходимы тренажеры с более высокими качественными характеристиками, широкими функциональными и интеллектуальными возможностями. Исследования, выполненные в работах [13, 14], и опыт эксплуатации СКСТ тренажера «Выход-2» показали, что на основные показатели качества имитации невесомости значительное влияние оказывают дополнительно присоединенные массы (механизм подвеса), инерционность приводного устройства и силы трения, действующие в механических передачах, основная доля которых принадлежит двигателю постоянного тока (ДПТ).

Руководство по подготовке космонавтов [15] указывает, что должны использоваться все резервы для повышения экономической эффективности космической техники, то есть должен соблюдаться принцип минимизации затрат на подготовку космонавтов при обеспечении требуемого уровня подготовки экипажа.

Анализ технических характеристик и возможностей современных ЭП показал, что высокие требования к качеству имитации невесомости и функциональности, предъявляемые к СКСТ перспективных тренажерных комплексов по подготовке космонавтов, могут быть обеспечены применением микропроцессорных ЭП переменного тока. В работе [16] показано, что для этой цели целесообразно использовать асинхронные частотно-регулируемые ЭП. Основными преимуществами асинхронного двигателя (АД) является меньший момент инерции ротора, меньшее трение и более высокая надежность из-за отсутствия щеточно-коллекторного узла, а при использовании преобразователя частоты, реализующего векторное управление моментом с ориентацией по потокосцеплению ротора, возможна реализация ЭП с высокими динамическими характеристиками, который обеспечит эффективное демпфирование колебаний в упругих передачах. Поэтому для создания тре-нажных комплексов с улучшенными технико-экономическими показателями, повышения надежности и уровня безопасности их эксплуатации, нами предлагается реализовывать тренажерные системы на базе активных СКСТ с применением асинхронного частотно-регулируемого ЭП.

Область возможного применения активных СКСТ достаточно широка. В последнее время растет коммерческий интерес к системам имитации невесомости. Например, компания Walt Disney Company (США) создает аттракционы с имитацией невесомости, а компания Atlas aerospace (Россия) использует тренажную базу российских космонавтов в коммерческих целях. Принципы построения активных СКСТ могут быть также использованы в робототехнике при создании сбалансированных манипуляторов, в системах отработки и диагностики крупногабаритных изделий, таких как корпуса кораблей, на производствах, требующих работ с массивными ручными инструментами, такими как шлифовальные круги для зачистки металлических отливок, крупные фрезерные пилы, что расширяет область применения активных СКСТ.

Поэтому дальнейшее повышение эффективности работы тренажеров с электромеханическими СКСТ, улучшения их качественных характеристик, является важной и актуальной научно-технической задачей, требующей дальнейшего развития научных и экспериментальных исследований.

Тема диссертационной работы соответствует научному направлению Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института) «Интеллектуальные электромеханические устройства, системы, комплексы».

Объектом исследования являются электромеханические системы (ЭМС) с повышенными колебательными свойствами, способные обеспечить качественное управление усилиями в упругих механических передачах.

Предметом исследования является система регулирования усилия, осуществляющая имитацию в земных условиях движения объекта в невесомости путем компенсации силы тяжести обезвешиваемого объекта и других сил сопротивления его движению.

Цель диссертационной работы: создание электромеханической системы регулирования усилий с использованием асинхронного частотно-регулируемого электропривода, обеспечивающей повышение качества, надежности и безопасности функционирования тренажерных комплексов, осуществляющих на Земле подготовку космонавтов к работе в невесомости.

Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи: - обосновать выбор электропривода СКСТ, который обеспечит требуемые показатели качества имитации невесомости в земных условиях;

- разработать обобщенную математическую модель, адекватно описывающую силовые взаимодействия в СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП с учетом реальных свойств механических передач (упругости связей, зазоров, сил трения и т.д.);

- обосновать рациональную структуру ЭМС регулирования усилия при использовании современного асинхронного ЭП;

- выполнить синтез управляющего устройства, обеспечивающего требуемые статические и динамические показатели работы СКСТ с асинхронным ЭП;

- выполнить моделирование синтезированной СКСТ при изменении ее параметров;

- реализовать СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, выполнить ее экспериментальное исследование, определить достигнутые показатели качества имитации невесомости и пути дальнейшего совершенствования СКСТ;

- разработать технические решения и рекомендации по созданию СКСТ тренажера «Выход» на базе ЭП переменного тока.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использованы операционное и вариационное исчисления, методы активной идентификации, физического и математического моделирования в частотной и временной областях с применением ПЭВМ, теория синтеза дискретно-непрерывных систем управления, теория оптимального управления.

Достоверность полученных результатов работы определяется обоснованностью принятых допущений, корректным применением методов теории автоматического управления, адекватностью используемых при исследованиях математических моделей и экспериментальным подтверждением основных полученных результатов.

Научная новизна диссертационной работы:

- впервые научно обоснована целесообразность использования для построения СКСТ перспективных тренажерных комплексов по подготовки космонавтов асинхронного частотно-регулируемого ЭП с векторным управлением;

- разработана математическая модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, отличающаяся тем, что позволяет адекватно описывать электромагнитные и упругие силовые взаимодействия в ЭМС при учете сил трения и кинематических погрешностей механических передач;

- обоснована рациональная структура СКСТ с контуром регулирования усилия, отличающаяся наличием дополнительных каналов адаптации системы регулирования усилия к весу обезвешиваемого объекта, компенсации сил сухого и вязкого трения, ограничения на заданном уровне скорости и положение объекта при его перемещениях в рабочем пространстве тренажера;

- предложена методика синтеза оптимального регулятора усилия СКСТ, отличающаяся возможностью ее применения к дискретно-непрерывной системе управления асинхронным ЭП при учете реальных свойств механических передач;

- впервые обоснована минимально необходимая дискретность цифрового контура регулирования усилия, обеспечивающая требуемые статические и динамические свойства СКСТ.

Практическая ценность диссертационной работы:

- реализована компьютерная модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, которая позволяет исследовать ее работу в различных режимах с учетом свойств механических передач (упругих связей, сил трения, зазоров, кинематических погрешностей) и реальном изменении параметров ЭМС;

- предложены рекомендации по определению структуры и аналитические выражения для расчета параметров оптимального регулятора усилия в СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП;

- получено аналитическое выражение, позволяющее определить требуемое быстродействие и период квантования микропроцессорной системы управления ЭП, при которых обеспечивается требуемое качество переходных процессов в СКСТ с упругими механическими передачами;

- получено аналитическое выражение, позволяющее с учетом требуемых свойств замкнутой СКСТ определить минимально необходимую дискретность по уровню цифрового контура регулирования усилия;

- предложены рекомендации по практической настройке регулятора усилия, позволяющие реализовать качественное управление усилием в условиях изменяющихся параметров электромеханической части СКСТ;

- разработана структура СКСТ, обеспечивающая автоматическую настройку системы регулирования усилия на вес обезвешиваемого объекта, эффективную компенсацию сил сухого и вязкого трения, ограничение скорости и положения объекта при его перемещениях на заданном уровне.

К защите представляются следующие основные положения:

- обобщенная математическая модель СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, адекватно описывающая электромагнитные и упругие силовые взаимодействия в ЭМС с учетом реальных свойств механических передач;

- структура СКСТ с асинхронным частотно-регулируемым ЭП, обеспечивающая требуемые показатели качества имитации невесомости;

- методика и результаты синтеза оптимального регулятора усилия для дискретно-непрерывной СКСТ с асинхронным ЭП;

- рекомендации по определению областей рационального применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия в дискретно-непрерывной СКСТ;

- результаты теоретического и экспериментального сопоставления возможностей СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока;

Использование результатов диссертационной работы. Исследования выполнены в соответствии с государственным контрактом № 0418543/97 от 10.04.97 между Российским космическим агентством и РГНИ-ИЦПК им. Ю.А.Гагарина. Разработаны и переданы в Донской филиал центра тренажеростроения (г. Новочеркасск) предложения по модернизации системы вертикального перемещения существующего тренажера «Выход-2» (Звездный городок, Московская обл.). Результаты исследований и рекомендации использованы при разработке проекта и создании комплекса имитации деятельности космонавта в открытом космосе, выполняемого по заданию Мемориального музея космонавтики (г. Москва). Результаты теоретических и экспериментальных исследований частично были использованы при разработке проекта и наладке ЭП намоточного станка РПН380. Результаты диссертационной работы используются в ЮРГТУ (НПИ) при обучении студентов специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов».

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на III (30 мая - 10 июня 2003 г.) Международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы управления ими» (г.Новочеркасск), V (13-14 октября 2004г) научно-техническом семинаре «Технические средства и технология для построения тренажёров» (г. Москва), 13-ой (14-18 марта 2005 г.) Международной научно-технической конференции «ЭППТ-05» (г. Екатеринбург), V (18-21 сентября 2007 г.) Международной (XVI Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП-2007» (г. Санкт-Петербург), научно-технических конференциях студентов, аспирантов и преподавателей ЮРГТУ (НПИ) в 2003-2008 г.

164 Выводы

По результатам выполненных экспериментальных исследований статических и динамических характеристик СКСТ при использовании ЭП различного типа, можно сделать следующие выводы:

1. Применение в СКСТ асинхронного ЭП позволяет в 2-КЗ раза уменьшить величину сил трения в механической части, по сравнению с ЭП постоянного тока.

2. Основная доля сил трения, при использовании в СКСТ асинхронного ЭП, сосредоточена в редукторе, а не в двигателе, как это имеет место в СКСТ с ЭП постоянного тока, что позволяет осуществить их уменьшение за счет использования качественных редукторов или путем перехода к безре-дукторному ЭП.

3. Благодаря значительной массе обезвешиваемого объекта обеспечивается выборка всех зазоров и люфтов в передаточных устройствах, поэтому их влияние в математической модели СКСТ можно не учитывать.

4. Анализ экспериментальных и расчетных частотных характеристик показал, что для описания упругодиссипативных свойств механической части СКСТ в диапазоне частот до 200 рад/с, допустимо использовать математическую модель в виде двухмассовой ЭМС.

5. При работе СКСТ в полосе частот до 200 рад/с, для математического описания динамических свойств замкнутого контура регулирования момента, допустимо использовать передаточную функцию в виде апериодического звена с постоянной времени тзшз = 1,0 мс.

6. Использование «белого шума» в качестве тестового воздействия для идентификации параметров объекта управления, исключает проявления неблагоприятных резонансных эффектов, что значительно снижает перегрузки в механических передачах, обеспечивая целостность установки, и повышает безопасность при выполнении экспериментальных исследований.

7. Быстродействие асинхронного ЭП при векторном управлении моментом более чем в два раза превышает быстродействие ЭП постоянного тока, что позволяет обеспечить более эффективное ограничение упругих колебаний в канатной передаче.

8. Благодаря меньшему трению в СКСТ с асинхронным ЭП, требуемое значение силы трогания может быть обеспечено при меньшем коэффициенте усиления регулятора усилия.

9. Рациональный выбор параметров ЭП механической части СКСТ при использовании АД позволяет значительно уменьшать соотношение моментов инерции в СКСТ, что создает возможность использования параметрического способа понижения ошибки регулирования усилия.

10. Реализация СВП тренажерных комплексов по подготовке космонавтов на базе современного ЭП переменного тока позволяет:

- повысить качество имитации невесомости за счет снижения инерционности приводного механизма и реализации эффективных алгоритмов автоматической настройки системы.

- улучшить эксплуатационные характеристики тренажерных комплексов по подготовки космонавтов и высокий уровень безопасности.

- расширить возможности для постоянного улучшения показателей качества функционирования СВП без изменения электрической части тренажерного комплекса, за счет совершенствования программных алгоритмов управления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основании выполненных теоретических и экспериментальным исследований решена актуальная научно-техническая задача создания активных СКСТ с ЭП переменного тока для перспективных тренажерных комплексов по подготовке космонавтов к работе в невесомости. При выполнении исследований получены следующие выводы и результаты, имеющие научное и практическое значение:

1. Обоснованы обобщенные требования к СКСТ тренажерных комплексов, обеспечивающие решение перспективных задач подготовки космонавтов к работе в невесомости.

2. Анализ функционирования активных СКСТ и выполненные экспериментальные исследования показали, что для расширения решаемых задач подготовки космонавтов и улучшения основных показателей качества имитации невесомости, при их реализации целесообразно использовать современные асинхронные частотно-регулируемый ЭП.

3. Разработанная обобщенная математическая модель СКСТ, позволяет адекватно описывать упруго-диссипативные свойства ЭМС при векторном управлении моментом асинхронного двигателя. Использование трехмас-совой модели механической части СКСТ, позволяет корректно учитывать влияние сил сухого и вязкого трения, изменение жесткости канатной передачи при перемещениях обезвешиваемого объекта, а также кинематических погрешностей механических передач.

4. Предложенная структура ЭМС регулирования усилия при использовании асинхронного ЭП с векторным управлением, позволяет обеспечить требуемые показатели качества имитации невесомости при создании СКСТ.

5. Выполнен синтез оптимального регулятора усилия для СКСТ с асинхронным ЭП, получены аналитические выражения для расчета его параметров и предложены рекомендации по практической его настройке, позволяющие реализовать управление усилием с требуемой точностью в условиях изменяющихся параметров механической части СКСТ.

6. Определены условия и область целесообразного применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия, при реализации СКСТ на базе микропроцессорного ЭП переменного тока. Получено аналитические выражения, позволяющее определить требуемое быстродействие и разрядность микропроцессорной системы управления ЭП, при которых обеспечивается требуемое качество переходных процессов в СКСТ с упругими механическими передачами.

7. На специально созданном экспериментальном стенде, в идентичных условиях, сопоставлены возможности и определены области рационального применения ЭП постоянного и переменного токов при реализации СКСТ тренажерных комплексов.

8. Реализация СКСТ с ЭП переменного тока, с использованием предложенных рекомендаций и технических решений, подтвердила возможность повышения качества имитации невесомости, безопасности и удобства эксплуатации тренажерных комплексов для подготовки космонавтов к работе в невесомости.

1. Шестаков В.М. Автоматизированные электроприводы бумаго- и карто-ноделательных машин / В.М. Шестаков. - М.: Лесная промышленность, 1978.-205 с.

2. Филатов А.С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки / А.С. Филатов. — М.: Металлургия, 1973 375 с.

3. Егоров В.Н. Динамика систем электропривода / В.Н. Егоров, В.М. Шестаков. М.: Энергоатомиздат, 1983.-216 с.

4. Иванов Г.М. Автоматизированный многодвигательный электропривод постоянного тока / Г.М. Иванов, Г.М. Левин, В.М. Хуторецкий. М.: Энергия, 1978.-160 с.

5. Иванов Г.М., Никитин Б.К. Автоматизированный электропривод агрегатов непрерывного действия / Г.М. Иванов, Б.К. Никитин. М.: Энергоатомиздат, 1986.-224 с.

6. Ребенков Е.С. Разработка и исследование средств демпфирования упругих колебаний в системе перемещения горных машин с частотно-регулируемым электроприводом: автореферат дис. канд. техн. наук / Е.С. Ребенков. М., 1996.- 17 с.

7. Фридман Л.И. Решение динамических задач теории упругости и их приложения к проектированию и отработке летательных аппаратов: автореферат дис. д-ра техн. наук / Л.И. Фридман. Куйбышев, 199153 с.

8. Набиуллин М.К. Моделирование и исследование устойчивости стационарных движений орбитальных упругих систем: автореферат дис. д-ра физ.-мат. наук / М.К. Набиуллин. М., 1996 - 26 с.

9. Шапшал А.С. Оптимизация и идентификация упругих элементов рессорного подвешивания локомотивов: автореферат дис. канд. техн. наук / А.С. Шапшал. Ростов н/Д, 1994.- 19 с.

10. Джаноян P.P. Анализ упругих характеристик манипулятора и их влияние на волнистость поверхности при абразивной обработке: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.02.05 / P.P. Джаноян. -М., 1992.-27 с.

11. Гукасян А.А. Управление и оптимизация движений манипуляционных роботов с абсолютно твердыми и упругими звеньями: автореферат дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.02.01 / А.А. Гукасян. -М., 1996.- 35 с.

12. Демыдюк М.В. Задачи динамики и управления движением манипуляционных роботов с упругими звеньями: автореферат дис. канд. физ.-мат. наук: 01.02.01 / М.В. Демыдюк. -М., 1993.- 18 с.

13. Экспериментальное исследование системы регулирования усилий на физической модели стенда обезвешивания: отчет о НИР / Новочерк. гос. техн. ун-т; рук. Пятибратов Г.Я. Новочеркасск, 1998 — 45 с.

14. Кравченко О.А. Определение качества функционирования электромеханических стендов имитации невесомости / О.А. Кравченко // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. - №3. - С. 50-55.

15. РПК-99 / РГНИИЦПК им. Ю.А.Гагарина.-Звездный городок, 1999.

16. Барыльник Д.В. Проблемы и перспективы применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилий исполнительных механизмов / Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко // Изв. вузов. Электромеханика. 2005. -№6.-С 33-36.

17. Баженов В.И. Моделирование основных характеристик и процессов функционирования космических аппаратов / В.И. Баженов, М.И. Осин, Ю.В. Захаров.-М.: Машиностроение, 1985.-240 с.

18. Советский энциклопедический словарь М.: Советская энциклопедия, 1979.-1600 с.

19. Состояние, проблемы и пути совершенствования систем имитации невесомости для наземной отработки изделий комической техники / Г.Я. Пя-тибратов, В.П. Папирняк, В.Г. Полежаев и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки 1995.- № 3-4- С. 39-49.

20. Кравченко О.А. Создание и исследование электромеханических систем регулирования усилий стендов имитации невесомости: автореферат дис. канд. техн. наук: 05.09.03 / О. А. Кравченко. Краснодар, 1999.-22 с.

21. Пятибратов Г.Я. Реализация систем регулирования усилий электромеханических комплексов с упругими связями / Г.Я. Пятибратов, О.А. Кравченко, А.А. Денисов // Изв. вузов. Электромеханика 1997 - № 3 - С. 51-54.

22. Дебда Д.Е. Анализ возможностей активных и комбинированных электромеханических систем компенсации силы тяжести обезвешиваемых объектов / Д.Е. Дебда, Г.Я. Пятибратов // Изв. вузов. Электромеханика — 2001.-№2.-С. 33-37.

23. Дебда Д.Е. Проблемы создания комбинированных систем компенсации силы тяжести объектов обезвешивания / Д.Е. Дебда, Г.Я. Пятибратов Новочеркасск: ЮРГТУ, 2000.- 32 е.- Деп. в ВИНИТИ 16.02.2000, № 396-В00.

24. Пятибратов Г.Я. Многокритериальный выбор параметров электромеханических систем компенсации сил тяжести при вертикальных перемещениях объектов / Г.Я. Пятибратов // Изв. вузов. Электромеханика 1993.— №5.-С. 65-70.

25. Основы автоматизированного электропривода / М.Г. Чиликин, М.М. Соколов, В.М. Терехов, А.В. Шинянский. -М.: Энергия, 1974. 568 с.

26. Шрейнер Р.Т. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами / Р.Т. Шрейнер, Ю.А. Дмитриенко. — Кишинев.: Штиинца, 1982.-223 с.

27. Хашимов А.А. Анализ pi реализация закона поддержания постоянства потокосцепления ротора двигателя в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе / А.А. Хашимов, Н.М. Арипов // Изв. вузов Электромеханика. -2001. №3 с 50-52.

28. Гаврилов А.В. Современный частотно-регулируемый электропривод Электронный ресурс. / А.В. Гаврилов СПб.: Санкт-Петербургская Электротехническая Компания, 2002. - 93 с. - Режим доступа: http://www.spbec.ru

29. Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод: учебное пособие по курсу «Типовые решения и техника современного электропривода» / О.И. Осипов. М.: Изд-во МЭИ, 2004. - 80 с.

30. Башарин А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. JL: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. - 392 с.

31. Рудаков В.В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. Д.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.- 136 с.

32. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский. -М.: Изд. центр «Академия», 2006. 272 с.

33. Браславский И .Я. Адаптивная система прямого управления моментом асинхронного двигателя / И .Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, Е.И. Барац // Электротехника. 2001. - № 11. - С. 35 - 39.

34. Direct Torque Control Электронный ресурс. Режим доступа: http://zeus. polsl.gliwice.pl/~jelen/.

35. Direct Torque Control. Technical Guide No.l Электронный ресурс. Режим доступа: http//www.abb.com.

36. Simovert Masterdrive Motion Control 0.55kW to 250 kW / Catalog DA65.11 2003/2004 Электронный ресурс. Режим доступа: www.automation-drives.com.

37. Sinumerik & Sinamics. Системы автоматизации станков: каталог NC 61 2007/2008 Электронный ресурс. — Режим доступа: www.automation-drives .ru.

38. Киселев Н.В. Электроприводы с распределенными параметрами / Н.В. Киселев, В.Н. Мядзель, JT.H. Рассудов. JL: Судостроение, 1985.-220 с.

39. Кравченко О.А. Создание систем оптимального управления усилиями в упругих передачах электромеханических комплексов / О.А. Кравченко, Г.Я. Пятибратов; Новочерк. гос. техн. ун-т-Новочеркасск, 1999 — 107 е.— Деп. в ВИНИТИ 03.03.99, № 637-В99.

40. Экспериментальное исследование асинхронного электропривода сило-компенсирующих систем: отчет о НИР / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. (НПИ); рук. Пятибратов Г.Я. Новочеркасск, 2004. - 97 с. - № гр 02200406421.

41. Кравченко О.А. Управление электроприводами при учете реальных свойств механических передач: учеб. пособие / О.А. Кравченко / Юж. Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2003. - 73 с.

42. Чиликин М.Г. Теория автоматизированного электропривода: учеб. пособие для вузов / М.Г. Чиликин, В.И. Ключев, А.С. Сандлер. М.: Энергия, 1979.-616 с.

43. Экспериментальные исследования электромеханической системы вертикальных перемещений устройства обезвешивания с комбинированным способом компенсации силы тяжести: отчет о НИР / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т; рук. Пятибратов Г.Я. Новочеркасск, 2002- 63 с.

44. Ковач К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока / К.П. Ковач, И. Рац. М.; JL: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

45. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р.Т. Шрейнер. Екатеринбург: УРО РАН, 2000. - 654 с.

46. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых электроприводах / А.Д. Поздеев. — Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998. 172 с.

47. Сили С. Электромеханическое преобразование энергии: пер. с англ. / Си-ли С. -М.: Энергия, 1968. 376 с.

48. Электроприводы с преобразователями частоты серии ЭПВ (Исполнение 2): техническое описание и инструкция по эксплуатации Электронный ресурс. Режим доступа: www.vectorgroup.ru.

49. Кравченко О.А. Проблемы выбора и реализации силоизмерительных устройств для систем управления усилиями в механически передачах технологических машин / О.А. Кравченко, Г.Я. Пятибратов. Новочеркасск: НГТУ, 1997.-41 с. - Деп. в ВИНИТИ 11.12.97, №3611-В97.

50. Поляков К. Ю. Основы теории цифровых систем управления: учебное пособие / К. Ю. Поляков. СПб.: Изд. Центр СПбГМТУ, 2006. - 161 с.

51. Изерман Р. Цифровые системы управления: пер. с англ. / Р. Изерман. -М.: Мир, 1984.-541 с.

52. Ишматов З.Ш. Использование метода полиномиальных уравнений для синтеза микропроцессорных систем управления электроприводами / З.Ш. Ишматов // Электротехника. 2003. - № 16. - С. 33-39.

53. Волгин JI.H. Оптимальное дискретное управление динамическими системами / Л.Н. Волгин; под ред. П. Д. Кутько. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-240 с.

54. Барковский В. В. Методы синтеза систем управления: Матрично-структурные преобразования и алгоритмы управляющих ЦВМ / В. В. Барковский; под ред. А. С. Шаталова. — 2-е изд. перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1981.- 277 с.

55. Розенвассер Е.Н. Линейная теория цифрового управления в непрерывном времени / Е.Н. Розенвассер. М.: Наука, 1994. — 455 с.

56. Филипс Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филипс, Р. Хар-бор. -М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001. 616 с.

57. Борцов Ю.А. Автоматизированный электропривод с упругими связями / Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский СПб.: Энергоатомиздат, 1992 - 288 с.

58. Топчеев Ю.И. Атлас для проектирования систем автоматического регулирования: учеб. пособие для втузов / Ю.И. Топчеев. М.: Машиностроение, 1989.-752 с.

59. Анхимюк В.Л. Теория автоматического управления: учеб. пособие для втузов / В.Л. Анхимюк. 3-е изд., перераб. и доп. - Минск: Вышэйш. школа, 1979.-350 с.

60. Расчет автоматических систем: учеб. пособие для вузов / под ред. А.В. Фатеева. М.: Высш. шк., 1973 - 336 с.

61. Сабинин Ю.А. Позиционные и следящие электромеханические системы: учеб. пособие для вузов / Ю.А. Сабинин. СПб.: Энергоатомиздат. Санкт-Петербургское отд-ние, 2001 - 207 с.

62. Соколов Н.И. Синтез линейных систем автоматического регулирования при случайных воздействиях / Н.И. Соколов. — М.; Л.: Энергия, 1964 128 с.

63. Справочник по автоматизированному электроприводу / под ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского М.: Энергоатомиздат, 1983 — 616 с.

64. Петров Ю.П. Синтез оптимальных систем управления при неполностью известных возмущающих силах: учеб. пособие / Ю.П. Петров, — Д.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1987 292 с.

65. Титов Б.А., Вьюжанин В.А., Дмитриев В.В. Формирование динамических свойств упругих космических аппаратов / Б.А. Титов, В.А. Вьюжанин, В.В. Дмитриев. М.: Машиностроение, 1995.— 304 с.

66. Новоселов Б.В. Проектирование квазиоптимальных следящих систем комбинированного регулирования / Б.В. Новоселов. -М.: Энергия, 1972 — 198 с.

67. Петров Б.Н. О реализуемости условий инвариантности // Труды I Всесо-юз. совещания по теории инвариантности / ОТН АН УССР, 1959.

68. Петров Ю.П. Вариационные методы теории оптимального управления / Ю.П. Петров. 6-е изд., перераб. и доп. - Д.: Энергия, 1977. — 280 с.

69. Математическая теории оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин, В.Г. Болтянский, Р.В. Гамкрелидзе, Е.Ф. Мищенко. — М.: Физматгиз, 1961.-391 с.

70. Белман Р. Динамическое программирование: пер. с англ. / Р. Беллман. — М.: Изд-во иностр. лит., I960 400 с.

71. Летов A.M. Динамика полета и управление / A.M. Летов- М.: Наука, 1969.-360 с.

72. Асинхронные двигатели серии А4: справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаер, В.И. Афонин и др. М.: Энергоиздат, 1982. - 504 с.

73. Абдуллаев Н.Д. Теория и методы проектирования оптимальных регуляторов / Н.Д. Абдуллаев, Ю.П. Петров. Л.: Энергоатомиздат, 1985 - 240 с.

74. Барыльник Д.В. Методика синтеза и результаты исследования цифровой системы регулирования усилия механизмов / Д.В. Барыльник // Изв. вузов. Электромеханика. 2008. - №3. - С.48 - 50.

75. Терехов В.М. Система управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Терехов, О.И. Осипов. М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 298 с.

76. Васильев В.П. Основы теории расчета цифровых фильтров: учеб пособие для высших учеб заведений / В.П. Васильев, Э.Л. Муро, С.М. Смольский; под ред. С.М. Смольского. М.: Изд. центр «Академия», 2007. - 272 с.

77. Хальфин М.Н. Расчет и эксплуатация крановых канатов: учеб. пособие / М.Н. Хальфин, Б.Ф. Иванов, А.А. Короткий; Новочерк. гос. техн. ун-т-Новочеркасск: НГТУ, 1993. 95 с.