автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Исследование и разработка следящих электроприводов на базе вентильных двигателей с управлением от сигнального процессора для шагающего робота

На правах рукопЯси

Джанхотов Валентин Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ НА БАЗЕ ВЕНТИЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С УПРАВЛЕНИЕМ ОТ СИГНАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА ДЛЯ ШАГАЮЩЕГО РОБОТА

Специальность: 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель —

доктор технических наук, профессор Микеров А.Г.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шестаков В.М. кандидат технических наук, доцент Толмачев В. А.

Ведущая организация — ЦНИИ «Электроприбор»

Защита диссертации состоится « » 2004 г. в ( часов на

заседании диссертационного совета Д 2f2.238.05 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертационной работой можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « Г9 » Ж&^ТсЗ • 2004 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Дзлиев С.В.

"7Тч~

гюаоъ 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в технике появляются устройства, предназначенные для работы с высокой точностью и быстродействием в тяжёлых условиях эксплуатации. К таким устройствам относятся, в частности, автономные шагающие роботы, предназначенные для индивидуальной и командной работы в шахтах; горячих цехах; ядерных, космических и военных объектах; в качестве антитеррористических устройств; медицинских сиделок; для игры в футбол. Спецификой таких роботов является необходимость использования для управления их суставами следящих электроприводов (ЭП), к которым предъявляется ряд жёстких требований по надёжности и сроку службы, массе и габаритам, энергетическим показателям, устойчивости. Полный спектр этих требований может быть выполнен при использовании вентильных двигателей (ВД).

Могут быть выделены режимы работы робота, при которых необходимо увеличение его скорости передвижения или грузоподъёмности. В этом случае полезным оказывается принцип интенсивного использования ВД, при котором, в отличие от номинального использования, нормируются только некоторые предельные параметры, образующие область безопасной работы. В соответствии с принципом интенсивного использования для двухфазных четырёхсекционных и трёхфазных односекционных ВД существуют методики и таблицы, позволяющие изменять их свойства посредством перемены структуры По экономическим и конструктивным соображениям в роботе предпочтительно применение трёхфазных ВД При этом значительное расширение функциональных возможностей ВД может быть достигнуто при выполнении обмотки в виде шести секций, т к. при этом увеличивается количество вариантов схем соединений. Однако в литературе для шестисекционных ВД не существует расчётных таблиц

Для улучшения статических характеристик ВД используются схемы статической коррекции характеристик (СКХ). Применение СКХ также выражается в значительном улучшении энергетических показателей ЭП с ВД. Однако существующие алгоритмы СКХ сложны для практической реализации. Получившие широкое распространение в ВД большой мощности алгоритмы СКХ с компенсацией реактивной составляющей вектора тока статора ¡¡¡, вследствие своей сложности малопригодны для использования в ВД малой мощности. При этом для ВД малой мощности практически отсутствуют алгоритмы СКХ, удобные при микропроцессорной реализации и учитывающие запаздывание электронной части. При этом известные методики проектирования ЭП с ВД не учитывают этапы выбора и расчёта алгоритма СКХ, средства цифрового управления, и, таким образом, нуждаются в существенной переработке.

В литературе рассматривается влияние электронной и электромагнитной постоянных времени на динамику системы стабилизации скорости с ВД. При эт! ир&^КХ позволяет; значительно улучшить переходные

процессы. Однако неисследованным остаётся вопрос о влиянии нелинейности механических и регулировочных характеристик ВД на динамику следящего ЭП и эффекте, оказываемом при этом СКХ

Целью диссертационной работы является разработка структуры и алгоритмов управления вентильным электродвигателем с использованием сигнального процессора для улучшения статических и динамических характеристик электроприводов шагающего робота

Методы исследования- В работе используется комплексная методика, включая теоретические исследования, имитационное моделирование и эксперимент Теоретические исследования основываются на современных методах теории автоматического управления, теории автоматизированного электропривода и теории электрических машин Имитационное моделирование и расчёт характеристик электропривода проводились на основе математического описания трёхфазного ВД в программах МАТЪАВ и 8сПаЬ. Экспериментальные исследования и доказательство адекватности полученных результатов проводились в лабораторных условиях на макете и опытных образцах электроприводов суставов шагающего робота АРНЭ-02 Научная новизна диссертации:

1 Предложена модель шестисекционного вентильного двигателя интенсивного использования (учитывающая инерционность усилительно-преобразовательного устройства и обмотки якоря), проанализированы и рассчитаны 25 вариантов возможных схем включения и управления такого двигателя.

2 Путём моделирования и экспериментальных исследований с использованием сигнального процессора проверены полный и упрощённые алгоритмы статической коррекции характеристик вентильного двигателя, включающие компенсацию влияния постоянной времени якоря, и предложен новый табличный алгоритм, компенсирующий все постоянные времени вентильного двигателя

3 Установлено существенное влияние (подтверждённое моделированием и экспериментом) нелинейности статических характеристик вентильного двигателя на показатели качества следящего электропривода, а также показана эффективность алгоритмов статической коррекции характеристик на улучшение переходных процессов при больших рассогласованиях

4 Предложена методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем интенсивного использования, отличающегося процедурами выбора шестисекционного электромеханического преобразователя и схемы его включения, расчёта алгоритма статической коррекции характеристик, выбора микроконтроллера и его программирования.

На защиту выносятся: 1. Структура, алгоритмы, программная реализация и математические модели исполнительных вентильных двигателей интенсивного использования на базе шестисекционного синхронного электромеханического преобразователя с

управлением от сигнального процессора для следящих электроприводов шагающего робота.

2. Методы статической коррекции характеристик и их программная реализация для исполнительных вентильных двигателей, обеспечивающие повышение линейности характеристик и улучшение энергетических показателей электроприводов.

3 Теоретическое объяснение и экспериментальное обоснование степени влияния статической коррекции характеристик вентильного двигателя на динамические показатели следящего электропривода.

4. Методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем интенсивного использования с управлением от сигнального процессора, включающая этапы выбора синхронного электромеханического преобразователя, схемы его включения и управления, проектирования статической коррекции характеристик, расчёта регулятора, выбора и программирования микроконтроллера.

Практическая ценность диссертационной работы:

1. Разработана структура, конкретные схемы и проведены испытания следящих электроприводов на базе шестисекционных вентильных двигателей с управлением от сигнального процессора, обеспечивающие интенсивное использование двигателя, статическую коррекцию его характеристик и заданную точность и качество переходных процессов. Такие электроприводы пригодны к использованию не только в шагающих роботах, но и в высококачественных системах управления малой мощности различных областей народного хозяйства.

2. Созданы алгоритмы и программы для сигнальных процессоров, реализующие статическую коррекцию характеристик исполнительных вентильных двигателей, обеспечивающие существенное улучшение энергетических показателей электроприводов и не требующие значительных затрат ресурсов микроконтроллера.

3. Выработаны практические рекомендации по улучшению качества переходных процессов следящих электроприводов с вентильными двигателями при больших рассогласованиях путём улучшения линейности механических и регулировочных характеристик двигателя с помощью методов статической коррекции характеристик.

4. Предложенная методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем позволит существенно сократить время, затрачиваемое инженером-проектировщиком на выбор типа двигателя и схемы его включения, подготовку алгоритмов коррекции, выбор и программирование микроконтроллера, настройку и испытания электропривода.

Реализация и внедрение результатов работы: 1. Результаты диссертационной работы использованы в процессе проектирования, настройки и испытаний шагающего робота АРНЭ-02,

разработанного ОАО «Новая Эра», что отражено в соответствующем акте внедрения.

2 Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах РАПС и САУ ЭТУ-ЛЭТИ при проведении лекций и лабораторных работ по дисциплинам «Электрические машины систем автоматики» и «Вентильные двигатели» Выпущено учебное пособие по дисциплине «Малые электрические машины и приводы» (на английском языке) для студентов специальностей 210500, 180900, 180100, 180400 факультета электротехники и автоматики Кроме того, на кафедре САУ ЭТУ-ЛЭТИ разработана экспериментальная установка для исследования двухфазного вентильного двигателя.

Достоверность результатов работы. Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в работе, подтверждается результатами имитационного моделирования электропривода с ВД малой мощности с использованием программ MATLAB и Scilab, а также исследованиями на экспериментальных установках, реализованных на предприятии «Новая Эра» и на кафедре «Систем автоматического управления» ЭТУ-ЛЭТИ.

Апробация результатов работы. Основные теоретические и практические положения диссертации были доложены:

1. На ежегодной конференции петербургских отделений (Chapters) международного института инженеров электротехники и электроники ШЕЕ, Санкт-Петербург, 07.12.2001 г и 12.06.2003 г.

2. На научном семинаре секции «Электромеханические системы и средства управления ими» Международной энергетической академии и Российского научно-технического общества электротехники и электроэнергетики, СПбГИТМО, Санкт-Петербург, 15 мая 2003 г.

3. На ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЭТУ-ЛЭТИ (№№ 54, 55, 56, 57), Санкт-Петербург, 2001, 2002,2003,2004 гг.

4. На научных семинарах кафедр ЭМ, РАПС и САУ ЭТУ-ЛЭТИ 2001-2004 гг.

Публикации: По теме диссертационной работы опубликованы 4 научные работы, из них: 3 статьи и одно учебное пособие.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 210 наименований, и 15 приложений. Основная часть работы изложена на 127 страницах машинописного текста. Работа содержит 77 рисунков и 9 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цели и задачи исследования, изложены основные научные результаты, полученные в работе, ее практическая значимость, приводятся сведения об апробации и публикациях по теме диссертации.

В первой главе содержатся общие сведения о роботах, производится выбор типа электродвигателя для шагающего робота и общий анализ электроприводов с ВД малой мощности, рассматриваются существующие средства микропроцессорного управления и из них выбирается наиболее подходящее для управления электроприводами суставов шагающего робота.

В качестве примера рассмотрен двуногий шагающий робот АРНЭ-02, разрабатываемый ОАО «Новая Эра». В качестве исполнительных двигателей суставов прототипа робота АРНЭ-01 использовались двигатели постоянного тока. Прототип позволил определить, что двигатели суставов могут быть разделены на слабо- и сильнонагруженные. К первым относятся, главным образом, суставы верхней части робота, ко вторым — суставы ног. Исполнительные двигатели слабонагруженных и сильнонагруженных суставов должны обеспечивать мощность соответственно 25 Вт и 100 Вт.

Двигатели постоянного тока, применённые в прототипе а также широко используемые в электроприводах других роботов, не подходят для управления слабонагруженными суставами из-за больших габаритов, а для управления сильнонагруженными суставами — главным образом, по мощности При этом такие двигатели характеризуются наличием щёточно-коллекторного узла и обусловленными им искрением и помехами, плохим теплоотводом якоря и, как следствие, малыми надёжностью и сроком службы, особенно в тяжёлых условиях эксплуатации.

Однако при необходимости получения высокой точности управления требуются линейные регулировочные и механические характеристики исполнительного двигателя. Известно, что идеальный ВД с быстродействующей электроникой обеспечивает характеристики, аналогичные характеристикам двигателей постоянного тока. Однако характеристики реального ВД нелинейны, вследствие наличия электромагнитной (Гф) и электронной (T'y) постоянных времени. Для компенсации этих постоянных времени предназначены алгоритмы статической коррекции характеристик (СКХ). Скорректированный ВД имеет характеристики, близкие к характеристикам идеального. По сравнению с двигателями постоянного тока ВД, оказываются более надёжными, благодаря, главным образом, бесконтакгности. В ВД малой мощности, вследствие сравнительной простоты управления, наиболее предпочтительно применение магнитоэлектрических синхронных электромеханических преобразователей (СЭМП). Однако единственная отечественная серийно выпускаемая марка таких преобразователей ДБМ не может обеспечить необходимые мощности в требуемом габарите. Поэтому фирма «Новая Эра» разработала для робота АРНЭ-02 СЭМП ДБ-50 (для слабонагруженных суставов) и ДБ-70 (для сильнонагруженных суставов).

Предварительный анализ показал, что аналоговая реализация ВД сустава робота оказывается неоправданно затруднительной. В то же время для управления двигателями многие зарубежные фирмы предлагают высокоэффективные 16-разрядные микроконтроллеры. Однако большинство

микроконтроллеров общего назначения, таких как Intel MCS-196, Siemens SAB-16x для управления электроприводом сустава не подходят, поскольку не могут обеспечить решение полного спектра задач электропривода робота, включающих преобразование координат, СКХ и динамическую коррекцию, а также алгоритмы защиты и диагностики за необходимый интервал времени В то же время многие современные контроллеры, такие как Motorola DSP56F80x, обладая требуемым для управления двигателями набором периферийных устройств, позволяют эффективно решать основные задачи

Бортовая сеть постоянного тока

«вх!

3*2 МД2

вд;

Mocl

ЩУ+ рп -ЦБ

иж2

и„

ПК иь УМ

ис

44, МП

t V Фио

\фвь|х ч \

V /

_ J \

ОУ

Микроконтроллер

Рис 1.

цифровой обработки сигналов, благодаря чему оказываются предпочтительными для управления двигателями суставов шагающих роботов. На рис 1 показана функциональная схема следящего ЭП с ВД с обратной связью по скорости, управляемого микроконтроллером, где УМ — усилитель мощности; ПК — преобразователь координат; ДУ — кодовый датчик угла; ПР — узел микроконтроллера, вычисляющий первую разность положений (скорость); МП — механическая передача; ОУ — объект управления; РС — регулятор скорости; РП — регулятор положения.

Во второй главе рассматриваются способы обеспечения заданных характеристик ВД для шагающего робота. Для этого производится сравнение двухфазных и трёхфазных ВД с точки зрения электроники, программного обеспечения, функциональных возможностей и энергетических характеристик. На основании проведённого анализа в качестве двигателей суставов шагающего робота рекомендуются трёхфазные ВД.

Рассматриваются возможности интенсивного использования трёхфазного ВД и методы программирования параметров, подразумевающие

изменение свойств ВД самим потребителем путём перемены его структуры. В шагающем роботе интенсивное использование может быть применено при необходимости мгновенного усиления параметров двигателя, например, для увеличения скорости передвижения при возникновении экстренной ситуации. Анализируется 25 возможных схем соединения секций трёхфазного шестисекционного ВД при различных способах управления, разрабатываются таблицы пересчёта параметров для рассмотренных схем включения.

В заключительной части рассматриваются способы СКХ ВД. Алгоритм СКХ, обеспечивающий компенсацию инерционности электроники в общем случае может бьггь реализован по формуле

*уИв сов0у зш(0„ + 0Ф)-С£Шш 0ф

М(?=——-1-1- -——, (1)

ку сое 6уСоз(ву +6ф)

где щ, щ — соответственно напряжения на входах й и ку — коэффициент передачи усилительно-преобразовательного устройства; 0У — фазовый сдвиг, определяемый электронной постоянной времени Ту\ 9ф— фазовый сдвиг между током и напряжением в обмотке статора, зависящий от электромагнитной постоянной времени СЭМП 7ф; Се — коэффициент ЭДС;

— механическая скорость вращения вала. Для ВД малой мощности 0ф—>-0, для двигателей средней и большой мощности 0У—>0. Это позволяет получить из (1) упрощённые алгоритмы СКХ.

Основным неудобством при СКХ ВД микропроцессорными средствами по формулам является сложность её программной реализации.

В то же время основная идея СКХ заключается в компенсации угла рассогласования между вектором тока статора и осью # вращающейся системы координат. Поэтому при микропроцессорной реализации можно предложить алгоритм СКХ с помощью таблиц с экспериментально или моделированием подобранными значениями кодов угла опережения для различных управляющих напряжений ич при различных скоростях вращения П, то есть СКХ сводится к улучшению вида механических (а, следовательно, и регулировочных) характеристик в фиксированных диапазонах управляющих напряжений. Табличный алгоритм СКХ обладает рядом преимуществ перед СКХ по формулам: он позволяет не задумываться о природе задержки, компенсируя не только электронную и электромагнитную, но и все другие постоянные времени; является простым и наглядным; позволяет, как показано в экспериментом в главе 5, резко сократить время вычислений микропроцессора. Основным недостатком является несовместимость таблиц для схем соединения с различными параметрами механической характеристики (при программировании параметров) и непереносимость напрямую табличных значений на программы управления двигателями с иными параметрами.

В третьей главе исследуется типичный следящий ЭП сустава робота, анализируется его структура, рассматриваются особенности разработки программного обеспечения. Выявлены следующие особенности использования ЭП с ВД в шагающем роботе, обусловленные необходимостью обеспечения высоких пусковых моментов: большое число пар полюсов рп, большое число витков в фазах СЭМП и, следовательно, значительное влияние 7'у и 7$,; все ЭП являются следящими и поэтому необходимо помимо СКХ осуществлять динамическую коррекцию, часто требующую учёта нежёсткости конструкции; к системе предъявляются высокие требования по точности и устойчивости как при малых, так и при больших рассогласованиях. В то же время эффективность управления ЭП может быть значительно увеличена за счёт использования сигнальных процессоров (СП), лучшие качества которых проявляются при непрерывной цифровой обработке входных отсчётов, при реализации задач преобразования координат, СКХ и динамической коррекции.

Передаточная функция ВД по углу поворота №ц,(р) может бьггь приближённо представлена формулой:

ад = ^п / \р(Тнр + 1) (ГфР + 1) (Тур + 1)], (2)

где Кп — коэффициент передачи по скорости, 7'м — электромеханическая постоянная времени.

С помощью передаточной функции (2) с использованием примеров рассматриваются возможные варианты динамического синтеза системы управления суставом робота при последовательной коррекции и коррекции с введением тахометрической обратной связи.

Проведённые исследования показали, что существующая методика проектирования следящих электроприводов с ВД должна быть изменена. В ней необходимо учесть этапы выбора типономинала двигателя и схемы его управления применительно к трёхфазному шестисекционному ВД, выбора контроллера и разработки программного обеспечения. При выборе типономинала двигателя и схемы управления в случае трёхфазного шестисекционного ВД рекомендуется использовать расчётные таблицы, предложенные в главе 2. При выборе контроллера рекомендуется учитывать, что для обеспечения наилучших энергетических показателей следящего электропривода с ВД, рекомендуется выбирать малые значения постоянной времени контроллера Тк, поскольку для ВД малой мощности как правило справедливо соотношение Т^ТУ, что обусловливает целесообразность применения сигнальных процессоров. При разработке программного обеспечения в случае определяемой на этапе моделирования целесообразности СКХ, рекомендуется использовать алгоритм табличной СКХ, как наиболее простой и эффективный способ улучшения энергетических показателей и показателей качества переходных процессов электропривода при больших рассогласованиях.

Таким образом, методика проектирования следящих электроприводов с ВД включает: этапы выбора вида привода (редукторный или

безредукторный) и механической передачи; выбора типономинала двигателя и схемы его управления; выбора контроллера (преобразователя координат) и усилителей мощности; расчёта теплоотвода; конструирования узлов ВД и всей системы управления; моделирования; разработки программного обеспечения (проектирования электронной схемы управления).

Четвертая глава посвящена исследованию трёхфазного ВД в неподвижной системе координат с помощью компьютерного моделирования В модели, помимо электромагнитной постоянной времени 7ф, учтена электронная постоянная времени Ту и основные нелинейные факторы ВД, для компенсации влияния Ту и 7ф применен алгоритм СКХ.

Дифференциальные уравнения фазных напряжений ВД имеют вид' Ту ¿и/Ж + ил = ку{и„ со^в - во) - «</ соя[я/2 - (9 - 0О)]}, (3)

Ту скв/Л + ив = ку{ич со8[2тс/3-(е-0о)]-м^ со8[(9-90)-я/6]}, (4)

Ту ¿ис/А + ис = ку {-Щ соз[я/3 - (9 - во)] Щ соз[я/6 + (0 - 0О)]}. (5) Уравнения токов обмотки статора:

Гф йШ +1а = Щ,Л (иА - СЕП совв), (6)

7ф бЩА +/в = йф"' [ив + С£1 соз(я/3 + в)], (7)

Гф Ас/А + /с = ЛФ[ис - СеО. со5(л/3 - в)]. (8)

Уравнение для вращающего момента имеет вид: М=СыЬа сов9 - 1В со$(к/1 + 9) - 1С соб^З - 9)]. (9)

Уравнение равновесия моментов на валу двигателя:

J—=M-MB. (10)

А

В уравнениях (3) — (10) 90 — начальный угол выставки датчика положения ротора; ку — коэффициент передачи усилительно-преобразовательного устройства; и¿¡, ич — напряжения на входах с1 и ид, ив, ис — напряжения в фазах А, В, С; и, 1В, 'с — токи в фазах А, В, С; См — коэффициент момента; Мв — возмущающий момент нагрузки (трение), J — момент инерции ротора с учётом нагрузки.

В соответствии с уравнениями (3) — (10) в программах МАТЪАВ и БсПаЬ создаются компьютерные модели идеализированного и реального ВД, в которых учитываются параметры экспериментальной установки, определяемые главе 5 (рис. 2). На модели идеализированного ВД подтверждаются разработанные в главе 2 таблицы программирования параметров трёхфазного шестисекционного ВД. Модель реального ВД позволяет учитывать («нелинейная модель») и не учитывать («линейная модель») такие факторы, как насыщение усилителей мощности и трение. На линейной модели реального ВД производится рассмотрение влияния электронной и электромагнитной постоянных времени на статические характеристики трёхфазного ВД без СКХ и при СКХ. Установлено, что СКХ позволяет устранить нелинейность регулировочных и механических характеристик и снизить ток потребления ВД. Аналогичный эффект был

вход

X

тпгг

1А

<хЬ

мв

►—>

с.

м.

О <Р

42-

Яф

выход

ТСК

,_. ,_. Г-4Ж1

СОв -4 ^

к

Рис. 2

получен при введении СКХ в нелинейную модель Так, при параметрах ВД с СЭМП ДБ-70 (7ф=0,63 мс, 7'у=50 мкс) скорость холостого хода может быть повышена в 1,18 раза (от 1083 об/мин до 1280 об/мин) при снижении потребляемого тока в 2 раза (от 0,73 А до 0,37 А) При параметрах ВД с ДБ-50 максимальная механическая мощность на валу возрастает в 1,1 раза 23,1 Вт до 26 Вт.

Особое внимание уделяется предложенному в главе 2 алгоритму табличной СКХ Исследования проводятся в программе ЯсйаЬ. Выявлено, что регулировочные и механические характеристики при табличной СКХ имеют некоторые малозначительные для реальных приложений ступенчатые неравномерности, уменьшающиеся по мере снижения скорости и являющиеся следствием дискретности коррекции. Нелинейная модель ВД с табличной СКХ в приложении визуального моделирования Беков программы БсПаЬ представлена на рис. 2, где £ф — амплитуда противоЭДС, а ТСКХ — таблица статической коррекции характеристик

Вместе с тем установлено, что с точки зрения электропривода влияние электронной и электромагнитной постоянных времени ВД аналогично влиянию насыщения усилителей мощности и приводит к изменению динамики замкнутого электропривода с таким двигателем при больших рассогласованиях. Для этого моделированием исследовались переходные процессы в следящем ЭП с ПИ-регулятором (система с астатизмом второго порядка). Некоторые результаты исследований представлены в табл. 1, где Л<е — число переходов через ноль, бщах — амплитуда динамической ошибки при амплитуде задающего воздействия 0,1 рад.

Влияние Ту и Гф на динамику электропривода с ВД._Таблица 1.

СКХ Ту, мс 7ф, мс мв, Нм Малые рассогласования Большие рассогласования 5щах, мрад

'п.п> С с,% Nо 'пп> С а, % N0

нет 5 0 0 0,57 13 1 2,6 56 2 0,56

да 0,57 13 1 0,57 13,5 1 0,56

нет 0 5 0,21 0,64 7,6 1 1,5 48 1 0,72

да 0,64 7,6 1 0,57 12,4 1 0,72

В качестве примера на рис. 3 представлены переходные процессы для больших рассогласований при 7^=5 мс, 7ф=0 и 7^=0, 7ф=5 мс при СКХ (кривые 2) и без СКХ (кривые 1). Как видно из табл. 1, при больших рассогласованиях СКХ позволяет значительно улучшить динамические характеристики системы, уменьшая продолжительность переходного процесса в 2,5*4,5 раза, перерегулирование примерно в 4 раза, число переходов через ноль в 2 раза При этом вид переходных процессов близок к процессу при 7'у=0, 7ф=0. Исследования модели также показали, что введение СКХ практически не оказывает влияния на устойчивость системы при малых

рассогласованиях и точность при гармоническом задающем воздействии Таким образом, исследование созданной модели показало улучшение характеристик ВД и электропривода с ним при введении СКХ

Гу=5 мс, 7ф=0 Гу=0, 7ф=5 мс

Рис.3

В пятой главе производится экспериментальное исследование электроприводов шагающего робота. Экспериментальная установка создана на предприятии «Новая Эра». В качестве СЭМП использовались двухфазный (ДБМ-85) и трёхфазные (ДБ-50, ДБ-70 и ДБМ-70) электромеханические преобразователи. Система также содержит датчик угла, ШИМ-усилитель мощности, контроллер KR1-04 с сигнальным процессором Motorola DSP56F805 и волновой редуктор. Управление осуществляется с персонального компьютера. В главе предлагается методика испытания СЭМП малой мощности, ВД и электроприводов с микропроцессорным управлением на их основе, позволившая провести успешные испытания партии двигателей для шагающего робота АРНЭ-02. Результаты испытаний приводятся в этой же главе.

Испытания СЭМП, позволяющие определить их качество, включают определение сопротивлений и индуктивностей фаз Лф и £ф, а также коэффициентов момента См и/или ЭДС Се- По результатам эксперимента вычисляется постоянная времени 7ф, амплитуда пускового тока, а также расчётно-экспериментальные (идеальные) параметры ВД — скорость холостого хода Охрэ и пусковой момент А/Прэ.

При исследовании ВД снимаются его характеристики холостого хода (регулировочная и зависимость потребляемого тока от скорости), а также механические характеристики; производится их сопоставление с расчётно-экспериментальными зависимостями и данными моделирования, доказывается адекватность модели. Сравнение экспериментальных

характеристик с расчбтно-экспериментальными позволяет определить — нуждается ли система в СКХ.

При экспериментальных исследованиях ВД использовался табличный алгоритм СКХ. При этом удалось значительно снизить влияние Ту, наиболее сильно проявляющееся на холостом ходе. Установлено, что влияние электронной постоянной времени Ту на характеристики ВД возрастает с увеличением числа пар полюсов ротора, поскольку при этом увеличивается электрическая частота вращения ротора со, вследствие чего увеличивается сдвиг фаз ву=га:<Л$((оТу). Так, при использовании ДБ-70 с числом пар полюсов Рп=16 вместо ДБ-50 (р„=8) скорость скорректированного ВД при номинальном напряжении питания возрастает в 1,18 раза от 1083 об/мин до 1280 об/мин, ток потребления 7гкпр уменьшается в 1,97 раза от 0,73 А до 0,37 А. На рис. 4, а линией показаны результаты моделирования, точками — эксперимента с ДБ-50; линии соответствуют случаям нескорректированного (1) и скорректированного (2) ВД. На рис. 4, б показаны механические характеристики ВД с ДБ-50 при СКХ (кривая 2) и без СКХ (кривая 1) Линией показаны результаты моделирования, точками — эксперимента. Очевидно, СКХ эффективно устраняет прогиб механической характеристики, вызванный электромагнитной постоянной времени 7ф. При этом максимальная механическая мощность на валу также возрастает. Приведённые на рис. 4 графики доказывают адекватность созданной модели.

а. б.

Рис. 4

Исследования следящего электропривода с ВД проводились при подаче на вход системы скачка угла при малых и больших рассогласованиях, а также в режиме качки с амплитудой А 1=0,5 рад на рабочей частоте в)р=1 рад/с. Созданный электропривод, использующий тахометрическую обратную связь, соответствует предъявляемым требованиям: показатель колебательности Л/к=1,3, добротность по скорости £"^>100. При этом СКХ позволяет снизить время переходного процесса в 1,2 раза от ?п.пр=1,44 с до гппр=1,2 с. Сравнение результатов расчёта, моделирования и экспериментальных исследований

этого электропривода с ВД сведено в табл. 2, (где МР — малые рассогласования, БР — большие рассогласования), откуда следует их взаимная эквивалентность. Следовательно, приближённая передаточная функция (2) пригодна для синтеза линейной следящей системы с ВД, а модель, предложенная в главе 4, — для исследования ЭП с ВД при учёте факторов нелинейности. Расхождения данных эксперимента и моделирования с расчётными объясняются неучтённым при расчёте влиянием редуктора.

Сравнение данных расчёта, моделирования и эксперимента._Таблица 2

Расчёте учётом уравнения (2) без учёта нелинейностей Модель с нелинейностями Эксперимент

Вид коррекции (регулятора) MP БР бщах, мрад MP БР мрад

МРи БР ^тахг мрад без СКХ при СКХ без СКХ при СКХ

Последовательная ^ППр, С 0,7 0,6 6 4,9

сПИ-регуля- о, % 13,8 3 9,5 83 81 5,9 — — — —

тором N0 1 1 3 2

С тахомет- 'ппр, С 0,064 0,064 1,44 1,2 0,064 1,44 1,2

рической обратной о, % 13,8 3,5 6 0 0 3,7 6 0 0 4

связью No 1 1 0 0 1 0 0

Также производилась экспериментальная оценка времени, затрачиваемого на вычисление основных модулей программы электропривода с двухфазным и трёхфазным ВД в микроконтроллере Motorola DSP56F805. Результаты показывают, что табличная СКХ позволяет сократить время вычисления полного алгоритма (1) в 41 раз от 61,7 мкс до 1,5 мкс. Эксперимент также позволил сформулировать рекомендации по оптимизации программы. Так, количество элементов таблицы должно быть кратным количеству импульсов инкрементального датчика, а число импульсов инкрементального датчика — кратным числу пар полюсов. Анализ результатов эксперимента показал, что для управления суставами шагающего робота целесообразно использовать сигнальные процессоры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные научные результаты, полученные в диссертационной работе, можно сформулировать следующим образом:

1. Предложена методика расчёта характеристик трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя при различных схемах соединения секций при различных вариантах непрерывного и дискретного управления, обеспечивающая его интенсивное использование в составе следящих электроприводов;

2 Проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния параметров основных узлов вентильного двигателя в составе электропривода на его характеристики; проведён анализ способов улучшения характеристик; исследовано влияние алгоритмов статической коррекции на устранение нелинейности характеристик и снижение потребления тока вентильного двигателя посредством компенсации влияния постоянных времени; предложены упрощённые алгоритмы табличной статической коррекции характеристик вентильного двигателя, выявлены особенности их использования для улучшения статических характеристик вентильного двигателя, моделированием доказана его близость методу статической коррекции характеристик по полному алгоритму;

3 Выполнен обзор и анализ математических моделей вентильного двигателя с непрерывным управлением; разработано математическое описание трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя с учётом электронной постоянной времени в неподвижной системе координат; на основе разработанного математического описания создана компьютерная модель с учётом влияния электронной и электромагнитной постоянных времени, насыщений в микроконтроллере и усилителях мощности, сухого трения; с помощью расчёта и экспериментальных исследований статических и динамических характеристик макетов доказана адекватность предложенной компьютерной модели, установлено существенное влияние электронной и электромагнитной постоянных времени на динамику электропривода; показано, что введение статической коррекции характеристик в ряде случав может не только улучшить энергетаческие показатели самого вентильного двигателя, но также и повысить качество регулирования следящего электропривода путём улучшения переходных процессов при больших рассогласованиях;

4 Предложена методика проектирования электроприводов с вентильными двигателями при микроконтроллерном управлении, включающая этапы выбора вида привода (редукторный или безредукторный) и механической передачи; выбора типономинала двигателя и схемы его включения и управления; выбора контроллера (или аналоговой электронной схемы преобразования) и усилителей мощности; расчёта теплоотвода; разработки программного обеспечения; конструирования узлов ВД и всей системы

управления; моделирования; разработки программного обеспечения (проектирования электронной схемы управления);

5. Реализована, настроена и испытана экспериментальная установка с сигнальным процессором Motorola DSP56F805 для исследования электромеханических и электромеханотронных преобразователей разной мощности и габаритов. Разработана программа для сигнального микроконтроллера трёхфазного вентильного двигателя установки, обеспечивающая инициализацию периферийных модулей контроллера, преобразование координат, преобразование числа фаз, алгоритм табличной статической коррекции характеристик, динамическую коррекцию следящей системы на языке Си Предложена методика испытаний электроприводов суставов роботов с вентильными двигателями На экспериментальной установке- испытаны 52 двигателя ДБ50 и ДБ70 (разработанных предприятием «Новая Эра»); испытаны вентильные двигатели с синхронными электромеханическими преобразователями ДБМ70, ДБМ85, ДБ50, ДБ70 и сняты их статические и динамические характеристики; исследован следящий электропривод с такими двигателями; настроены и испытаны 20 следящих электроприводов суставов шагающих роботов АРНЭ-02 Результаты испытаний отражены в акте внедрения предприятия

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Модель вентильного двигателя малой мощности в пакете MATLAB и экспериментальное подтверждение её адекватности. / В.В Джанхотов, А.Г. Микеров, М.Н. Мустафа, Д.В. Самохвалов // Изв СПбГЭТУ «ЛЭТИ», сер. «Автоматизация и управление» — СПб., 2002 — Вып. 1. — С. 7 — 11

2 Mikerov A G The Improvement Of Permanent Magnet Synchronous Motor Static And Dynamic Characteristics by Introducing of the Static Correction Algorithm (Улучшение статических и динамических характеристик вентильного двигателя введением алгоритма статической коррекции) / AG. Mikerov, M.N.Mustafa, V.V.Djankhotov // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Proceedings of St.-Petersburg IEEE Chapters (SPb., ETU) — СПб., 2001. — С. 45-50.

3. Микеров А.Г. Малые электрические машины и приводы: [учебное пособие на английском языке] = Small electrical machines and Drives: Textbook / А.Г. Микеров, B.B Джанхотов; СПбГЭТУ «ЛЭТИ». — СПб' Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2002. — 67 с.

4. Mordovchenko D D DSP Controlled Drives With Embedded Permanent Magnet Synchronous Motors For Biped Walking Robot (Электроприводы с управлением от сигнальных процессоров на базе встраиваемых вентильных двигателей для двуногого шагающего робота). / D.D. Mordovchenko, А V. Yakovlev, AG. Mikerov, A.N Doroshenko, V.V.Djankhotov // Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Сер Proceedings of St.-Petersburg IEEE Chapters (SPb, ETU) — СПб., 2003. — С.78-81.

ЛР№ 020617 от 24.06. 98

Подписано в печать 17.03.04. Формат 60*84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л.' 1,0. _Тираж 100 экз. Заказ 18._

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Издательства СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 197376, С.-Петербург, ул. Проф. Попова, 5

РНБ Русский фонд

2006-4 1298

О 5 ДПР 2004

Введение

Глава 1. Электроприводы шагающих роботов

1.1. Общие сведения о роботах

1.2. Выбор типа электродвигателя для сустава шагающего робота

1.3. Электроприводы с вентильными двигателями

1.4. Микроконтроллерное управление веитильными двигателями

1.5. Постановка задачи

Глава 2. Обеспечение заданных характеристик вентильного двигателя для шагающего робота, выбор структуры и коррекции

2.1. Сравнение двухфазных и трехфазных вентильных двигателей для системы управления суставом робота

2.2. Программирование параметров трёхфазного шестисскционного вентильного двигателя для системы управления суставом робота

2.3. Алгоритмы статической коррекции характеристик вентильного двигателя

2.4. Алгоритм табличной статической коррекции характеристик 60 Выводы но главе

Глава 3. Исследование электроприводов шагающего робота

3.1 Схема электропривода с вентильным двигателем для шагающего робота

3.2. Особенности разработки программного обеспечения для электропривода шагающего робота с вентильным двигателем

3.3. Динамическая коррекция электропривода робота с вентильным двигателем

3.4. Пример динамического синтеза системы управления локтевым суставом робота

3.4. Методика проектирования замкнутого электропривода с вентильным двигателем

Выводы по главе

Глава 4. Моделирование электропривода с вентильным двигателем

4.1. Моделирование электропривода с трёхфазным вентильным двигателем

4.2. Анализ модели трёхфазного вентильного двигателя

4.2.1. Проверка таблиц программирования параметров трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя

4.2.2. Исследование вентильного двигателя без статической коррекции характеристик

4.2.3 Исследование вентильного двигателя со статической коррекцией характеристик

4.2.4. Исследование вентильного двигателя с табличной статической коррекцией характеристик

4.3. Исследование модели электропривода с вентильным двигателем 130 Выводы по главе

Глава 5. Экспериментальные исследования электроприводов шагающего робота

5.1. Методика проведения экспериментальных исследований вентильных двигателей малой мощности

5.1.1. Исследования синхронных электромеханических преобразователей для вентильного двигателя

5.1.2. Исследования вентильного двигателя

5.1.3. Исследование динамических характеристик вентильного двигателя

5.2. Описание экспериментальной установки и программы управления вентильным двигателем

5.3. Результаты экспериментальных исследований вентильного двигателя со статической коррекцией характеристик

5.4. Доказательство адекватности модели трёхфазного вентильного двигателя

5.5. Экспериментальная проверка таблиц программирования стр. параметров трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя

5.6. Результаты экспериментальных исследований электропривода с вентильным двигателем

5.6.1. Методика испытаний следящего электропривода с вентильным двигателем

5.6.2. Экспериментальное исследование следящего электропривода

5.7. Экспериментальное определение времени вычисления алгоритмов электропривода с вентильным двигателем в сигнальном 180 процессоре.

Выводы по главе

Электропривод является неотъемлемой частью многих агрегатов и комплексов, используемых в различных отраслях науки и техники. Научно-технический прогресс, автоматизация и комплексная механизация технологических и производственных процессов определяют постоянное совершенствование и развитие электропривода [72, 105]. В авиационной автоматике и в электроприводах многих общепромышленных механизмов получили широкое применение вентильные двигатели [5, 10, 12, 21, 23, 102, 127]. Электропривод с вентильным двигателем малой мощности является сейчас одним из самых перспективных. Это объясняется его высокой перегрузочной способностью, большой гибкостью и многофункциональностью, программируемостью, возможностью построения высококачественных систем управления, хорошими регулировочными свойствами, разнообразием конструкций и схем построения, бесконтактностью, возможностью работы в тяжёлых условиях эксплуатации, большим сроком службы и высокой надежностью [4, 5, 10, 32, 75, 93, 100, 122, 123].

В области теории и разработки электроприводов видное место занимают работы учёных: Л.В. Башарина, В.А. Бесекерского, Ю.А. Борцова, С.В.Дсмидова, Н.Ф. Ильинского, С.А. Ковчина, Н.И. Лебедева, А.Г. Микерова, Б.В.Новосёлова, В.А. Новикова, В.И. Ключева, А.Д. Поздеева, JT.B. Рабиновича, В.В. Рудакова, Ю.А. Сабинина, А.А.Сиротина, Г.Г. Соколовского, В.М. Терехова, Б.К. Чемоданова, М.Г. Чиликина, В.М. Шестакова и др. [6-12, 18-23, 47, 48, 72, 82, 90, 92-100, 107, 117, 120-124, 129, 142, 143, 148, 149, 162].

Робототехника является новой областью применения электроприводов с вентильными двигателями, что накладывает определённый отпечаток на их проектирование, разработку и испытания. Шагающие роботы представляют собой новый и перспективный класс роботов, предназначенный для замены человеческого труда в изнурительных и жизнеопасных условиях, благодаря использованию в них наиболее удобного для передвижения по неподготовленной местности способа передвижения шаганием. Использование вентильных двигателей в суставах шагающего робота позволяет добиваться высокой точности управления и необходимых массогабаритных показателей. Разнообразие задач, подлежащих выполнению за один цикл управления, определяет необходимость применения для управления электроприводами шагающего робота с вентильными двигателями сигнальных процессоров с высокой тактовой частотой. При этом алгоритмы управления электроприводами с двигателями постоянного тока не могут быть автоматически перенесены на электроприводы с вентильными двигателями. В то же время малопригодны для практического использования (особенно для микропроцессорной реализации) существующее алгоритмы улучшения статических характеристик вентильного двигателя (алгоритмы статической коррекции характеристик), не изучено влияние нелинейности характеристик вентильного двигателя на динамику следящего электропривода с ним. Таким образом, необходимы дополнительные исследования, а также корректировка методик проектирования и испытаний следящих электроприводов вентильными двигателями.

Отсюда может быть сформулирована цель диссертационной работы: разработка структуры и алгоритмов управления вентильным двигателем с использованием сигнального процессора для улучшения статических и динамических характеристик электроприводов шагающего робота.

Таким образом, могут быть сформулированы научные положения, выносимые на защиту:

1. Структура, алгоритмы, программная реализация и математические модели исполнительных вентильных двигателей интенсивного использования на базе шестисекционного синхронного электромеханического преобразователя с управлением от сигнального процессора для следящих электроприводов шагающего робота.

2. Методы статической коррекции характеристик и их программная реализация для исполнительных вентильных двигателей, обеспечивающие повышение линейности характеристик и улучшение энергетических показателей электроприводов.

3. Теоретическое объяснение и экспериментальное обоснование степени влияния статической коррекции характеристик вентильного двигателя на динамические показатели следящего электропривода.

4. Методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем интенсивного использования с управлением от сигнального процессора, включающая этапы выбора синхронного электромеханического преобразователя, схемы его включения и управления, проектирования статической коррекции характеристик, расчёта регулятора, выбора и программирования микроконтроллера.

Новизна результатов диссертационной работы заключается в том, что:

1. Предложена модель шестисекционного вентильного двигателя интенсивного использования (учитывающая инерционность усилительно-преобразовательного устройства и обмотки якоря), проанализированы и рассчитаны 25 вариантов возможных схем включения и управления такого двигателя.

2. Путём моделирования и экспериментальных исследований с использованием сигнального процессора проверены полный и упрощённые алгоритмы статической коррекции характеристик вентильного двигателя, включающие компенсацию влияния постоянной времени якоря, и предложен новый табличный алгоритм, компенсирующий все постоянные времени вентильного двигателя.

3. Установлено существенное влияние (подтверждённое моделированием и экспериментом) нелинейности статических характеристик вентильного двигателя на показатели качества следящего электропривода, а также показана эффективность алгоритмов статической коррекции характеристик па улучшение переходных процессов при больших рассогласованиях.

4. Предложена методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем интенсивного использования, отличающегося процедурами выбора шестисекционного электромеханического преобразователя и схемы его включения, расчёта алгоритма статической коррекции характеристик, выбора микроконтроллера и его программирования.

Практическая ценность диссертационной работы:

1. Разработана структура, конкретные схемы и проведены испытания следящих электроприводов на базе шестисекционных вентильных двигателей с управлением от сигнального процессора, обеспечивающие интенсивное использование двигателя, статическую коррекцию его характеристик и заданную точность и качество переходных процессов. Такие электроприводы пригодны к использованию не только в шагающих роботах, но и в высококачественных системах управления малой мощности различных областей народного хозяйства.

2. Созданы алгоритмы и программы для сигнальных процессоров, реализующие статическую коррекцию характеристик исполнительных вентильных двигателей, обеспечивающие существенное улучшение энергетических показателей электроприводов и не требующие значительных затрат ресурсов микроконтроллера.

3. Выработаны практические рекомендации по улучшению качества переходных процессов следящих элеюроприводов с вентильными двигателями при больших рассогласованиях путём улучшения линейности механических и регулировочных характеристик двигателя с помощью методов статической коррекции характеристик.

4. Предложенная методика проектирования следящего электропривода с вентильным двигателем позволит существенно сократить время, затрачиваемое инженером-проектировщиком на выбор типа двигателя и схемы его включения, подготовку алгоритмов коррекции, выбор и программирование микроконтроллера, настройку и испытания электропривода.

Реализация и внедрение результатов работы:

1. Результаты диссертационной работы использованы в процессе проектирования, настройки и испытаний шагающего робота АРНЭ-02, разработанного ОАО «Новая Эра», что отражено в соответствующем акте внедрения.

2. Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс на кафедрах РАПС и САУ ЭТУ-ЛЭТИ при проведении лабораторных работ по дисциплинам «Электрические машины систем автоматики» и «Вентильные двигатели». Выпущено учебное пособие по дисциплине «Малые электрические машины и приводы» (на английском языке) для студентов специальностей 210500, 180900, 180100, 180400 факультета электротехники и автоматики. Кроме того, на кафедре САУ ЭТУ-ЛЭТИ разработана экспериментальная установка для исследования двухфазного вентильного двигателя.

Основные теоретические и практические положения диссертации были доложены:

1. На ежегодном семинаре петербургских отделений (Chapters) международного института инженеров электротехники и электроники IEEE СПбГЭТУ, Санкт-Петербург, 07.12.2001 г и 12.06.2003 г.

2. На научном семинаре секции «Электромеханические системы и средства управления ими» Международной энергетической академии и Российского научно-технического общества электротехники и электроэнергетики, СПбГИТМО, Санкт-Петербург, 15 мая 2003 г.

3. На ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЭТУ-ЛЭТИ (№№ 54, 55, 56), Санкт-Петербург, 2001, 2002, 2003 гг.

4. На научных семинарах кафедр ЭМ и ЭМТ, РАПС и САУ ЭТУ-ЛЭТИ.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих печатных работах:

1. Джанхотов В.В., Микеров А.Г., Мустафа М.Н., Самохвалов Д.В. Модель вентильного двигателя малой мощности в пакете MATLAB и экспериментальное подтверждение её адекватности. — Известия СПбГЭТУ (ЛЭТИ), серия «Автоматизация и управление», выпуск 1 — СПб.: СПбГЭТУ (ЛЭТИ), 2002, с. 7 — 11.

2. A.G. Mikerov, M.N.Mustafa, V.V.Djankhotov. The Improvement Of Permanent Magnet Synchronous Motor Static And Dynamic Characteristics by Introducing of the Static Correction Algorithm. Proceedings of St.-Petersburg IEEE Chapters. Year 2001, ETU "LETI" Publishing House, St.-Petersburg, 2001, pp. 45-50.

3. Микеров А.Г., Джанхотов B.B. Малые электрические машины и приводы (учебное пособие на английском языке). — СПбГЭТУ. СПб.: 2002, 68 с.

4. D.D. Mordovchcnko, A.V. Yakovlev, A.G. Mikerov, A.N.Doroshenko, V.V.Djankhotov. DSP Controlled Drives With Embedded Permanent Magnet Synchronous Motors For Biped Walking Robot. Proceedings 2003 of St.-Petersburg IEEE Chapters, ETU "LETI" Publishing House, St.-Petersburg, 2003, pp.78-81.

Достоверность научных положений и выводов, сформулированных в работе, подтверждается результатами имитационного моделирования электропривода с вентильным двигателем малой мощности с использованием программ MATLAB и Scilab, исследованиями на экспериментальной установке для изучения электроприводов шагающего робота, а также результатами настройки и испытаний 52 комплектов электроприводов для двух шагающих роботов АРНЭ-02.

Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав, краткий обзор содержания которых приведён ниже.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

I. Экспериментальная установка, созданная для исследования электромеханических и электромеханотронных преобразователей малой мощности с микропроцессорным управлением и электроприводов на их основе, позволяет организовывать вентильные двигатели с двухфазными (ДБМ85) и трёхфазными синхронными электромеханическими преобразователями (ДБ-50 и ДБ-70) и электроприводы с ними. Экспериментальная установка включает также кодовый датчик положения ротора, волновой редуктор, ШИМ-усилитель мощности, блок ^ управления, микроконтроллер, электромагнитный тормоз, персональный компьютер и вторичные источники питания.

2. Экспериментальные исследования показали, что влияние электронной постоянной времени на характеристики вентильного двигателя возрастает с увеличением числа пар полюсов и выражается главным образом в значительном ухудшении энергетических показателей системы на высоких скоростях. Так, в случае ВД с ДБ-50 с числом пар полюсов рп=8 потребляемый ток возрастает в 1,14 раза, в то время как в случае с ДБ-70, у которого число пар полюсов рп=\6 потребляемый ток возрастает в 1,97 раза.

3. Экспериментально показана эффективность алгоритма табличной статической коррекции характеристик, позволяющего не задумываться о природе постоянной времени и компенсировать задержки в системе без значительных затрат вычислительных ресурсов. Введение этого алгоритма в программу управления вентильными двигателями экспериментальной установки позволило устранить ф прогиб механической характеристики, обусловленный электромагнитной постоянной времени Гф. При этом максимальная механическая мощность вентильного двигателя с ДБ-50 возрастает на 10%. Вместе с тем время вычисления алгоритма табличной статической коррекции характеристик (1,47 с) по сравнению с полной формулой (61,7) меньше в 42,3 раза.

4. Экспериментальные регулировочные характеристики вентильных двигателей с ДБ-50 и ДБ-70 и механические характеристики вентильного двигателя с ДБ-50 близки таковым, полученным с помощью модели в программах MATLAB и Scilab. Максимальное расхождение характеристик не превышает 10%, что подтверждает адекватность созданной в диссертационной работе нелинейной компьютерной модели трёхфазного вентильного двигателя малой мощности.

5. Эксперимент с электроприводом слабонагружепного сустава подтвердил пригодность упрощённой передаточной функции вентильного двигателя малой мощности (3.13) для динамического синтеза электроприводов с такими двигателями, а также пригодность модели, предложенной в п. 4.3, для исследования динамических свойств электроприводов с вентильными двигателями при учёте нелинейностей, например, насыщений и сухого трения. Разработанный электропривод с вентильным двигателем удовлетворяет требуемым показателям качества (показатель колебательности М= 1,1 и добротность по скорости Kv 100 1/с) и может быть применён для управления слабонагруженными суставами шагающего робота АРНЭ-02. Экспериментальные исследования подтвердили необходимость использования сигнальных процессоров для управления электроприводами суставов шагающего робота, требующих от средства цифрового управления повышенного быстродействия по сравнению с микроконтроллерами общего назначения.

185

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Создание шагающих роботов является одной из приоритетных задач развития электротехнических комплексов отечественной мехатроники и робототехники, требующей разработки высококачественных систем автоматического управления и электроприводов на базе наиболее перспективных вентильных двигателей с управлением от сигнальных процессоров. В результате ряда теоретических и экспериментальных исследований и участия в разработке первого российского шагающего робота АРНЭ-02 на ОАО «Новая Эра» могут быть сформулированы основные научные результаты:

1. предложена методика расчёта характеристик трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя при различных схемах соединения секций при различных вариантах непрерывного и дискретного управления, обеспечивающая его интенсивное использование в составе следящих электроприводов;

2. проведены теоретические и экспериментальные исследования влияния параметров основных узлов вентильного двигателя в составе электропривода на его характеристики; проведён анализ способов улучшения характеристик; исследовано влияние алгоритмов статической коррекции на устранение нелинейности характеристик и снижение потребления тока вентильного двигателя посредством компенсации влияния постоянных времени; предложены упрощённые алгоритмы табличной статической коррекции характеристик вентильного двигателя, выявлены особенности их использования для улучшения статических характеристик вентильного двигателя, моделированием доказана его близость методу статической коррекции характеристик по полному алгоритму;

3. выполнен обзор и анализ математических моделей вентильного двигателя с непрерывным управлением; разработано математическое описание трёхфазного шестисекционного вентильного двигателя с учётом электронной постоянной времени в неподвижной системе координат; на основе разработанного математического описания создана компьютерная модель с учётом влияния электронной и электромагнитной постоянных времени, насыщений в микроконтроллере и усилителях мощности, сухого трения; с помощью расчёта и экспериментальных исследований статических и динамических характеристик макетов доказана адекватность предложенной компьютерной модели; установлено существенное влияние электронной и электромагнитной постоянных времени на динамику электропривода; показано, что введение статической коррекции характеристик в ряде случав может не только улучшить энергетические показатели самого вентильного двигателя, но также и повысить качество регулирования следящего электропривода путём улучшения переходных процессов при больших рассогласованиях;

4. предложена методика проектирования электроприводов с вентильными двигателями при микроконтроллерном управлении, включающая этапы выбора вида привода (редукторный или безрсдукторный) и механической передачи; выбора типономинала двигателя и схемы его включения и управления; выбора контроллера (или аналоговой электронной схемы преобразования) и усилителей мощности; расчёта теплоотвода; разработки программного обеспечения; конструирования узлов ВД и всей системы управления; моделирования; разработки программного обеспечения (проектирования электронной схемы управления);

5. реализована, настроена и испытана экспериментальная установка с сигнальным процессором Motorola DSP56F805 для исследования электромеханических и электромеханотронных преобразователей разной мощности и габаритов. Разработана программа для сигнального микроконтроллера трёхфазного вентильного двигателя установки, обеспечивающая инициализацию периферийных модулей контроллера, преобразование координат, преобразование числа фаз, алгоритм табличной статической коррекции характеристик, динамическую коррекцию следящей системы на языке Си. Предложена методика испытаний электроприводов суставов роботов с вентильными двигателями. На экспериментальной установке:

• проведены испытания 52 двигателей ДБ50 и ДБ70 (разработанных предприятием «Новая Эра»);

• проведены испытания вентильного двигателя с синхронными электромеханическими преобразователями ДБМ70, ДБМ85, ДБ50, ДБ70 и сняты их статические и динамические характеристики;

• проведено исследование следящего электропривода с такими двигателями; проведена настройка и испытания 20 следящих электроприводов суставов шагающих роботов ЛРНЭ-02. Результаты испытаний отражены в акте внедрения предприятия.

187

1. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке MATLAB. — СПб.: Наука, 1999.

2. Андриевский Б.Р., Фрадков А.Л. Элементы математического моделирования в программных средах MATLAB 5 и Scilab. — СПб.: Наука, 2001.

3. Антонов Ю.В., Бурев А.В., Гориловский А.А. Следящий моментный привод с сигнальным процессором. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромехаиотронике, Л., 1987.

4. Аракелян А.К., Афанасьев А.А. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод. — М.: Энергоатомиздат, 1997.

5. Афанасьев А.Ю. Моментный электропривод. — Казань: Казан, гос. тех. Ун-т, 1997.

6. Батоврип С.А., Епифанова Л.М., Микеров А.Г., Яковлев А.В. Датчики положения ротора и синхронные тахогенераторы для бесконтактного момептного привода. Электротехника. — 1991. № 8.

7. Башарин А.Г., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводом. — Л.: Энергоиздат, 1982.

8. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Бесконтактный моментный привод (технико-экономическая информация). — Л.: ЛДНТП, 1990.

9. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Интенсивное использование как средство повышения эффективности бесконтактных моментных приводов. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромехаиотронике, Л., 1987.

10. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов. —Л.: ЛДНТП, 1987.

11. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Проектирование исполнительных электродвигателей для многофункциональных систем автоматического управления. — Электротехника, 1988, № 8.

12. Беленький Ю.М., Микеров А.Г. Выбор и программирование параметров бесконтактного моментного привода.— Л.: ЛДНТП, 1990.

13. Белов С.Ю., Виеман Б.Э., Якушеико А.А. Применение электромсханотронных преобразователей в роботах и манипуляторах. Тезисы докладов ЛДНТП, СПб., 1988.

14. Беляев Н.И., Нагорский В.Д. Выбор двигателя и редуктора следящих систем. — М.: Машиностроение, 1972.

15. Бесексрский В.А. Динамический синтез систем автоматического регулирования. — М.: Наука, 1970.

16. Бортовая и промышленная электроника. Каталог продукции — СПб.: АО «Каскод», 2000.

17. Борцов Ю.А. Адаптивное управление в электротехнических комплексах и системах. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

18. Борцов Ю.А. Математические модели автоматических систем. — Л.: ЛЭТИ, 1981.

19. Борцов Ю.А., Бурмистров А.А. Разработка и исследование адаптивных электрогидравлических следящих приводов. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

20. Борцов Ю.А., Второв В.Б. Адаптивное управление вентильными электродвигателями. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

21. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. — Л.: Энергоатомиздат, 1984.

22. Борцов Ю.А., Соколовский Г.Г. Автоматизированный электропривод с упругими ■ связями. Второе издание, переработанное и дополненное. — СПб.: Энергоатомиздат, 1992.

23. Бродовский В. Н., Иванов Е. С. Приводы с частотно-токовым управлением. / Под ред. В. Н. Бродовского. — М.: Энергия, 1974.

24. Бурдаков С.Ф., Мирошник И.В., Стельмаков Р.Э. Системы управления движением колёсных роботов. — СПб.: Наука, 2001.

25. Бурмистров А.А., Приходько И.А., Соколов П.В., Фёдоров С.В. К вопросу о реализации систем управления асинхронных двигателей средствами микропроцессорной техники. Известия ТЭТУ: Сборник научных трудов. Выпуск497. —СПб.: 1996.

26. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины: Учебное пособие для электромех. и электроэнерг. спец. вузов. — М.: Высшая школа, 1990.

27. Ваганов М.Л., Матюхов В.Ф., Северин В.М. Проектирование вентильных элекромеханотронных преобразователей: Учеб. пособие. ЭТИ. — СПб.: 1992.

28. Вольдек А.И. Электрические машины. —JI: Энергия, 1974.

29. Второв В.Б. Применение метода инверсии для построения математической модели бесконтактного моментного двигателя постоянного тока. Известия ЛЭТИ: Сборник научных трудов. Выпуск 369. — Л.: 1986.

30. Вукобратович М., Стоич Д. Управление манипуляционными роботами.— М.: Наука, 1985.

31. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0 — СПб.: КОРОНА принт, 2001.

32. Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК. — СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002.

33. Герман-Галкин С.Г., Кардонов Г.А. Электрические машины: Лабораторные работы на ПК. — СПб.: КОРОНА принт, 2003.

34. Герман-Галкин С.Г., Линейные электрические цепи: Лабораторные работы па ПК. — СПб.: КОРОНА принт, 2002.

35. Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. — Л.: Энергия, 1973.

36. Глазенко Т.А., Томасов B.C. Методика расчёта и выбора транзисторных инверторов для электромеханотронных систем. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

37. Глазенко Т.А., Хрисанов В.И. Полупроводниковые системы импульсного асинхронного электропривода малой мощности. — Л.: Энергоатомиздат, 1983.

38. Глушко И.А., Поляхов Н.Д. Асинхронный электропривод без измерения механических координат. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

39. Голландцев Ю.А. Метод расчета переходных процессов в вентильном двигателе. Межвузовский сборник. Вып. 116. — Л/.ЛИАП. 1977.

40. Голландцев Ю.А., Дорофеев В.В. Микропроцессорная система управлениявентильным двигателем. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, JI., 1987.

41. Голландцев Ю.А., Овчинников И.Е. Исследование вентильных двигателей. — JI.: ЛИАП. 1983.

42. Грузов Л.Н. Методы математического исследования электрических машин. — Л. Госатомиздат. 1953.

43. Гультяев А. К. MATLAB 5.2. Имитационное моделирование в среде Windows: Практическое пособие. — СПБ.: КОРОНА принт, 1999.

44. Гультяев А.К. Визуальное моделирование в среде MATLAB. — СПб.: Питер, 2000.

45. Демидов С.В., Полищук Б.Б, Быстродействующий тиристорный электропривод с питанием от высокочастотного источника. — М.: Энергия, 1977.

46. Джури Э.И. Робастность дискретных систем. Обзор. Автоматика и телемеханика. 1990. №5, с. 3-28.

47. Дорф Р., Бишоп Р. Современные системы управления. — М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2002.

48. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре. — М.: Высшая школа, 1984.

49. Дьяконов В., Круглов В. Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник. — СПб: Питер, 2001.

50. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В., Круглов В.В. MATLAB 5 с пакетами расширения. — М.: Нолидж, 2001.

51. Ермилов А.С. Исследование и разработка систем управления приборного электропривода переменного тока. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — СПб.: 1994.

52. Залманзон JT.A. Беседы об автоматике и кибернетике. — М.: Наука, 1985.

53. Земляков С.Д., Павлов Б.В., Рутковский В.Ю. Структурный синтез самонастраивающихся систем управления. Автоматика и телемеханика. 1969. № 8, с. 53-63.

54. Зиннер Л.Я., Скороспешкин А.И. Вентильные двигатели постоянного и переменного тока. — М.: Энергоиздат, 1981.

55. Ибрагимов Б.Г., Гулиева Г.И. Влияние длительности импульсов на быстродействие шагового двигателя. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

56. Иванков Н.Н., Медведев В.Т., Полухин В.Ф. Особенности виброакустики двигателей постоянного тока при импульсном питании. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, Л., 1987.

57. Иванов А.А., Лозенко В.К., Панарин А.Н., Санталов A.M., Трифонов II.И., Хоцянова О.Н. Вентильные электродвигатели для бытовых приборов. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

58. Иванов А.А., Лозенко В.К., Санталов A.M., Трифонов Н.И., Хоцянова О.Н. Комплект вентильных электродвигателей для цифрового магнитофона. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

59. Иванов А.А., Лозенко В.К., Санталов A.M., Трифонов Н.И., Хоцянова О.Н. Вентильные электродвигатели для кассетных магнитофонов. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромеханотронике, СПб., 1991.

60. Казаченко А.Т., Куприянов М.С. Принципы организации и проектирования микропроцессорных систем реального времени. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

61. Калабеков Б.А. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. — М.: Горячая линия —Телеком, 2000.

62. Калачиков П.Н. Законы векторного управления синхронным реактивным электромеханическим преобразователем. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая1997 г.

63. Карпенко Е.В. Возможности CAN-протокола. — СТА. 1998. № 4.

64. Касаткин А.И., Вальвачев А.Н. От Turbo С к Borland С++: Справочное пособие. — Мн.: Высшая школа, 1992.

65. Кацман М.М. Электрические машины. — М.: Высшая Школа, 2001.

66. Керниган Б., Ритчи Д. Язык программирования Си. — СПб.: Невский Диалект, 2001.

67. Кляев И., Капустян С., Клименко В., Усачёв JI., Стоянов С., Луконин О. Многопроцессорные распределённые системы управления интеллектуальных мобильных роботов. — СТА. 1997. №4.

68. Кобринский А.А., Кобринский А.Е. Манипуляционные системы роботов. — М.: Наука, 1985.

69. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: учебник для вузов. СПб.: Энергоатомиздат. — СПб. Отд-ние, 2000.

70. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. — М.: издательство ЭКОМ, 1997.

71. Козловский М. 3., Слоущ А.В. Основы динамики промышленных роботов. — М.: Наука, 1988.

72. Копылов И.П. Математическое моделирование элеюрических машин. Второе издание, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1994.

73. Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Высшая школа — Логос, 2000.

74. Копылов И.П., Фрумин В.Л. Электромеханическое преобразование энергии в вентильных двигателях. — М.: Энергоатомиздат, 1986.

75. Коськин Ю.П. Введение в электромеханотронику. — СПб.: Энергоатомиздат, 1991.

76. Коськин Ю.П. Электромеханотроника — социально-бытовая и медицинская области применения. Тезисы докладов ЛДНТП, СПб., 1990.

77. Кочергин В.В. Следящие электроприводы с двигателем постоянного тока. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.

78. Куприянов М.С., Матюшкин Б.Д. ЦОС: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. — СПб.: Политехника, 1999.

79. Лебедев Н.И., Гапдшу В.М., Явдошак Я.И. Вентильные электрические машины.1. СПб.: Наука, 1996.

80. Левинзон Ф.Ф. Применение малых ЭВМ для решения технических задач. Учеб. пособие. —ЛЭТИ. СПб.: 1985.

81. Лобанова О.В. Практикум по решению задач в математической системе Derive. — М.: Финансы и статика, 1999.

82. Лозенко В.К. Перспективы применения вентильных электродвигателей. Тезисы докладов 2-й Всесоюзной научно-технической конференции по элсктромеханотронике, СПб., 1991.

83. Лозенко В.М., Санталов A.M. Классификация вентильных электродвигателей. Влияние длительности импульсов на быстродействие шагового двигателя. Тезисы докладов 1-й Всесоюзной научно-технической конференции по электромехаиотронике, Л., 1987.

84. Лотоцкий В.А. Вентильный двигатель с электронным датчиком положения ротора. Известия ГЭТУ: Сборник научных трудов. Выпуск 497. — СПб.: 1996.

85. Мапипуляционные системы роботов. / Под ред. Е. П. Попова, А. И. Корендяссва.1. М.: Машиностроение, 1989.

86. Мартынов Н.Н., Иванов А.П. MATLAB 5.Х. Вычисления, визуализация, программирование. — М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2000.

87. Математические основы теории автоматического регулирования. / Под ред. Чемоданова Б.К. — М.: Высшая школа, 1971.

88. Механика промышленных роботов. В трёх книгах. Под ред. К. В. Фролова, Е. И. Воробьева. Кн. 1. Воробьёв Е. И., Егоров О. Д., Попов С. А., Расчёт и проектирование механизмов. — М.: Высшая школа, 1988.

89. Микеров А.Г. Преобразователи координат для бесконтактного моментного привода: Всесоюзная научно-техническая конференция по вентильным электромеханическим системам с постоянными магнитами. 1989. — М.: МЭИ, 1989.

90. Микеров А.Г. Теория управления и радиоавтоматика (динамический синтез систем) Учеб. пособие. — СПбГЭТУ. СПб.: 1997.

91. Микеров Л.Г. Управляемые вентильные двигатели малой мощности (учебное пособие). — СПБГЭТУ. СПб.: 1997.

92. Микеров А.Г. Электромеханические датчики и электронные компоненты управляемых вентильных двигателей. Учебное пособие. — СПБГЭТУ. СПб.: 1999.

93. Микеров А.Г. Электроника в электромеханике. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

94. Микеров А.Г., Джанхотов В.В. Малые электрические машины и приводы (учебное пособие на английском языке). — СПбГЭТУ. СПб.: 2002.

95. Микеров А.Г., Никоза А.В. Выбор элементной базы электромеханотронного преобразователя бесконтактного моментного привода с микропроцессорным управлением. Тезисы докладов ЛДНТП, СПб., 1990.

96. Микеров А.Г., Яковлев А.В. Статические и динамические характеристики бесконтактного моментного привода с электродвигателями серии ДБМ. — В сб.: Применение постоянных магнитов в электромеханических системах. Мсжвед. Сб. Трудов №147. - М.: МЭИ, 1987.

97. Мироишик И.В., Никифоров В.О., Фрадков А.Л. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. — СПб.: Наука, 2000.

98. Михалёв А.С., Миловзоров В.П. Следящие системы с бесконтактными двигателями постоянного тока. — М.: Энергия, 1979.

99. Мичи Д., Джонстон Р. Компьютер-творец. — М.: Мир, 1987.

100. Мордовченко Д.Д. Разработка и исследование бесконтактных моментных приводов с использованием микропроцессорной техники. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — СПб.: 1995.

101. Москаленко В.В. Электрический привод. — М.: Высшая Школа, 2000.

102. Мустафа М.Н. Исследование вентильных двигателей со статической коррекцией характеристик для электроприводов малой мощности. Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — СПб.: 2001.

103. Новосёлов Б.В. Проектирование квазиоптимальных следящих систем комбинированного регулирования. — М.: Энергия, 1974.

104. Овчинников И.Е. Теория вентильных электрических двигателей. — JI.: Наука, 1985.

105. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины: Синхронные машины: Учебное пособие для вузов по спец. Электромеханика / Под ред. И. П. Копылова.1. М.: Высшая школа, 1990.

106. Острем К.Й. Адаптивное управление с обратной связью. ТИИЭР. 1987. т. 74, №2,с.4-34.

107. Перельман И.И. Анализ современных методов адаптивного управления с позиций приложения к автоматизации технологических процессов. Автоматика и телемеханика. 1991. №7, с. 3-32.

108. Поляхов Н.Д., Путов В.В. Адаптивные регуляторы для электромеханических систем. Тезисы докладов ЛДНТП, СПб., 1988.

109. Попков С.Л. Основы следящего электропривода. — М.: Оборонгиз, 1954.

110. Путов В.В. Новые методы адаптивного управления в нелинейных электромеханотронных системах. Тезисы докладов I Международной (111 Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

111. Рабинович Л.В. Проектирование следящих систем. — М.: 1969.

112. Робототехника. / Под ред. Е. П. Попова, Е. И. Юревича. — М.: Машиностроение, 1984.

113. Рыжиков Ю.И. Решение научно-технических задач на персональном компьютере. — СПБ.: КОРОНА принт, 2000.

114. Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики. — Л.: Энергоатомиздат, 1988.

115. Сиротин А.А. Автоматическое управление электроприводами. Учебное пособие для вузов. — М. — Л.: Госэнергоиздат, 1959.

116. Соколовский Г.Г. Теория и системы электропривода (электроприводы переменного тока). Учебное пособие. СПБГЭТУ.— СПБ.: 1999.

117. Соколовский Г.Г., Постников Ю.В. Особенности использования бесконтактных моментных приводов в системах управления скоростью. Электротехника. — 1990. №4.

118. Соколовский Г. Г., Постников Ю.В., Егоров В.А. Математическая модель бесконтактного моментного привода. Известия ЛЭТИ: Сборник научных трудов. Выпуск 416. —Л.: 1989.

119. Солонина А.И., Улахович Д.А., Яковлев Л.А. Цифровые процессоры обработки сигналов фирмы Motorola. — СПб.: БХВ-Петербург, 2000.

120. Сорокии С.A. Micro PC и PC-104: два подхода. — СТА. 1996. № 1.

121. Столов Л.И., Афанасьев А.Ю. Моментные двигатели постоянного тока. — М.: Энергоатомиздат, 1989.

122. Теория автоматического управления. / Под ред. Ю.М. Соломснцева. — М.: Высшая школа, 2000.

123. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода. Учебник для студентов вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

124. Токарев Л.Н. Моделирование электромеханических систем с микропроцессорными регуляторами. Тезисы докладов I Международной (III Всероссийской) конференции по электромеханотронике, СПб., Россия, 14-16 мая 1997 г.

125. Толмачев В.А., Власенко В.А. Проектирование автоматических систем на основе обобщённого симметричного оптимума. — Известия Вузов Приборостроения, 2002, т. 45, № 8.

126. Третьяков С.A. CAN на пороге нового столетия. — СТА. 1999. № 2.

127. Фёдоров С.В. Разработка и исследование адаптивного следящего электропривода с вентильным двигателем. Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук. — СПб.: 1996.

128. Фомин В.Н., Фрадков А.Л., Якубович В. А. Адаптивное управление динамическими объектами. — М.: Наука, 1990.

129. Фрадков А.Л. Адаптивное управление в сложных системах. — М.: Наука, 1990.

130. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника. — М.: Мир, 1989.

131. Харитонов В.Л. Асимптотическая устойчивость положения равновесия семейства систем дифференциальных уравнений. Дифференциальные уравнения. — 1978. —№ П. —с. 2086-2088.

132. Хилбурн Дж., Джулич. П. Микро-ЭВМ и микропроцессоры. — М.: Мир, 1979.

133. Хрущёв В.В. Электрические машины систем автоматики: учебник для вузов. Второе издание, переработанное и дополненное. — J1.: Энергоатомиздат, 1985

134. Цыпкин Я.З. Робастность в системах управления и обработки данных. Автоматика и телемеханика. 1992. № 2, с. 165 169.

135. Честнат Г., Майер Р.В. Проектирование и расчёт следящих систем и систем регулирования. — М.—Л.: Госэнергоиздат, 1959.

136. Чиликин М.Г., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода: Учебное пособие для вузов.— М.: Энергия, 1979.

137. Шестаков В.М., Поляхова В.А., Туликова Л.И. Системный подход к проектированию электроприводов агрегатов бумагоделательного производства. — Электричество, 2002, № 7.

138. Юревич Е. И. Основы робототехники. Учебник для втузов. — Л: Машиностроение, 1985.

139. Юферов Ф.М. Электрические двигатели автоматических устройств. — М., Л.: Госэнергоиздат, 1959.

140. Ядыкин И.Б., Шумский В.М., Офсепян Ф.А. Адаптивное управление непрерывными технологическими процессами. — М.: Энергоиздат, 1985.147. 3-Phase РМ Synchronous Motor Vector Control using DSP56F80x. 2001. Motorola Inc.

141. A.V. Iakovlev, A.U. Kritchoun, Team Description ARNE, in Proceedings of International Symposium on RoboCup, Padua, Italy, July 2003.

142. An interview with George A. Bekey. IEEE Spectrum, January 2000.

143. B.J. Chalmers, L. Musaka, D.F. Gosden "Variable-frequency synchronous motor drives for electric vehicles", IEEE Transactions on Industrial Applications, vol. 32, pp.896 903, July/August 1996.

144. С. Mademlis, N. Margaris. "Loss Minimization in Vcctor-Controlled Interior Permanent Magnet Synchronous Motor Drives", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 49, No. 6, December 2002.

145. CodeWarrior Development Tools for Motorola DSP56F800 Version 5. Targeting Manual. 2002. Metrowerks Corp.

146. CodeWarrior IDE 4.2.5 User Guide. 2001. Metrowerks Corp.

147. D. Bursky, "Merged Embedded Controller And DSP Designs Simplify Systems", Electronic Design, Vol. 45, No. 21, Octobcr 1997, pp. 69-80.

148. D. Golubovic, H. Hu, "A Hybrid Evolutionary Algorithm for Gait Generation of Sony Legged Robots", in Proc. of the 28th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, November 2002, Sevilla, Spain.

149. D. Golubovic, H. Hu, "An interactive software environment for gait generation and control design of Sony legged robots", in Proc. of International Symposium on RoboCup, Fukuoka, Japan, June 2002.

150. D. Gu, H. Hu, "Evolving Fuzzy Logic Controllers for Sony Legged Robots", Proc. of the RoboCup 2001 Int. Symposium, Seattle, Washington, 4-10 August 2001.

151. D. Gu, H. Hu, "Fussy Behavior Learning for Sony Legged Robots", EUSFLAT 2001 — European Society for Fuzzy Logic and Technology Conference, De Montfort University, Leicester, UK, September 5-7, 2001.

152. D.A. Stator, R.P. Deodhar, W.L. Soong, and T. Miller, "Torque Prediction Using the Flux-MMF Diagram in AC, DC and Reluctance Motors". IEEE transaction on industry applications, Vol. 32, № 1, January/February 1996.

153. D.L. Pieper, B. Roth, "The Kinematics of Manipulators under Computer Control". Proceedings III Intl. Congr. Theory of Machines and Mechanisms, 2, 2, pp. 159—168, 1969.

154. DSP56F801/803/805/807. 16-bit Digital Signal Processor. User's Manual. 2001. Motorola Inc.

155. Embedded SDK (Software Development Kit). Motor Control Library. 2001. Motorola1.c.

156. Embedded SDK (Software Development Kit). Programmer's Guide. 2002. Motorola Inc.

157. Embedded SDK (Software Development Kit). Targeting Motorola DSP56F80x Platform. 2002. Motorola Inc.

158. Engineering and scientific computing with Scilab. / Eds. C. Gomez. Boston; Basel; Berlin: Birkhauser, 1998.

159. G. Kaplan, "Industrial Electronics". IEEE Spectrum, January 2000.

160. H. Guo, S. Sagawa, T. Watanabe, O. Ichinokura, "A Novel Position Sensorless Driving System of Brushless DC Motors Based on Neural Networks", in Proc. of the 28lh Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, November 2002, Sevilla, Spain.

161. H. Hu and D. Gu, A Multi-Agent System for Cooperative Quadruped Walking Robots, IASTED International Conference Robotics and Applications (RA 2000), Honolulu, Hawaii, USA, August 14-16,2000.

162. H. Kitano, M. Fujita, S. Zrehen, K. Kageyama, "Sony Legged Robot for RoboCup Challenge", in Proceedings of IEEE Leuven, Belgium, 1998, pp. 2605-2612.

163. H. Kobayashi, "Development on Wearable Robot for Human Power Support", in Proc. of the 28lh Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, November 2002, Sevilla, Spain.

164. H. Lc-Huy, "Design of Power Electronic Converters and Electrical Drives using MATLAB/Simulink Tools", in Proc. of the 28lh Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Society, November 2002, Sevilla, Spain.

165. H.A. Ernst, "Computer-Oriented Mechanical Hand", Proc. 1962 Spring Joint Computer Conf. San Francisco, California, pp. 39—51, 1962.

166. J. Eyre. "The Digital Signal Processing Derby", IEEE Spectrum, June 2001, pp. 62 -68.

167. J.C. Doyle. "Analysis Of Feedback Systems With Structured Uncertainties". IEEE Proc. Pt. D: Control theory and applications", Vol. 129, № 6, 1982, pp. 242-250.

168. K. Hirai, "Current and Future Perspective of Honda Humanoid Robot", IROS'97,

169. EE/RSJ, 1997, pp. 500-509.

170. К. Sugawara, W. Toshinori, "A Study on Foraging Behavior of Simple Multi Robot System", in Proc. of the 28th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Socicty, November 2002, Sevilla, Spain.

171. K. Tatematsu, D. Hamada, K. Uchida, S. Wakao, T. Onuki, "New Approaches with Sensorless Drives". Industry Applications, Vol. 6, №4, 2000.

172. L. Greenwald, J. Kopena. "Mobile Robots Labs", IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 10, № 2, June 2003.

173. M. Asada, H. I. Christensen, "Robotics in the home, office and playing field", in Proceedings of IJCAI, Stockholm, 30 July 5 August 1999, pp. 1385-1392.

174. M. Ehsani, K.M. Rahman, M.D. Beller, A. Severinsky, "Evaluation of Soft Switching for EV and HEV Motor Drives". Proceedings of IEEE Industrial Electronics Conference, 1997.

175. M. Maza, J. Fontaine, M. Armada, P. Gonzalez, "Wheel+Legs — A New Solution For Traction Enhancement Without Additive Soil Compaction". IEEE Robotics and Automation Magazine, June 1998, pp. 26-32.

176. M. Tomita, T. Senjyu. S. Doki, S. Okuma, "New Sensorless Control of Brushlcss DC Motors Using Observers and Adaptive Velocity Estimations," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 45, No.2, 1998, pp. 274-282.

177. M.G. Safonov, M. Athans "A multiloop generalization of the circle criterion for stability margin analysis". IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 26, №. 2, 1981, pp. 415-422.

178. MATLAB. User's Guide. Reference Guide. 1994. The Math Works, Inc.

179. McCarthy J. A Computer With Hands, Eyes, And Ears, 1968 Fall Joint Computer Conf., AFIPS Proceedings, pp. 329—338, 1968.

180. R. Monajemy, R. Krishan. "Control and Dynamics of Constant-Power-Loss-Based Operation of Permanent Magnet Synchronous Motor Drive System", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, pp. 839 844, August 2001.

181. R. Tomovic, G. Boni. "An Adaptive Artificial Hand." IRE Trans. Automatic Control. AC-7, 3, pp. 3—10, 1962.

182. Robert Bosh GmbH: CAN Specification Ver. 2.0—1991.

183. S. Boyd, E. Ghaoui, E. Feron, V. Balakrishnan. Linear matrix inequalities in systems and control theory. — Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics,

184. S. Cass, Robosoccer. IEEE Spcctrum. May 2001, pp. 75-77.

185. S. Morimoto, Y. Takeda, T. Hirasa. "Loss Minimization control of permanent magnet synchronous motor drives", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 41, pp. 511 -517. October 1994.

186. S.A. Nasar, I. Boldea, L.E.Unnewehr, Permanent magnet, Reluctance and Self-Synchronous Motors. Boca Raton, FL: CRC Press, 1993.

187. Santos P.G., Galvez J.A., Estremera J, Garcia E. "SIL04", IEEE Robotics and Automation Magazine, Vol. 10, № 4, December 2003.

188. T. Miller, A. Hutton, C. Cossar, D. Stasion, "Design of Synchronous Reluctance Motor Drive". IEEE transaction on industry applications, Vol. 27, № 4, July /August 1991.

189. Т.Е. Bell. "Proven Skills: The New Yardstick For Schools", IEEE Spcctrum, September 2000, pp. 63 67.

190. T.M. Jahns, G.B. Kliman, T.W. Neumann, "Interior permanent magnet synchronous motors for adjustable-speed drives", IEEE Transactions on Industrial Applications, vol. IA-22, pp. 738 -747, July/August 1986.

191. Z. Chen, "Sensorless Control of Interior Permanent Magnet Synchronous Motor by Estimation of an Extended Electromotive Force", IEEE IAS, 2000.