автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Позиционный микроэлектропривод с переменной структурой универсальной измерительной установки

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИИ НОВОСИБИРСКИЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 621.34:621.313.2-181.4

КРОММ АНДРЕЙ АРТУРОВИЧ

ПОЗИЦИОННЫЙ МИКРОЭЛЕНТРОПРИВОД С ПЕРЕМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Специальность: 05.09.03 - Электротехнические комплексы и

системы, включая их управление и регулирование

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1992

Работа выполнена на кафедре Электропривода и автоматизации промышленных установок Новосибирского электротехнического института

Научные руководители - профессор ЛЫЩИНСКИЙ Г.П.

к.т.н., доцент СИМАКОВ Г.М.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор БЕЙНАРОВИЧ В.А.

кандидат технических наук ■ ДАНИЛШ В.В.

Ведущей предприятие - Научно-исследовательский институт

электропривода (НИИЭЛ) г.Новосибирск

Защита диссертации состоится "?6 " карта_ 1992 г.

в часов на заседании специализированного совета К 063.34.01

Новосибирского электротехнического института по адресу: 630092, г.Новосибирск-92, пр.К.Маркса, 20, Новосибирский электротехнический институт (НЭТИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЭТИ.

Заверенные и скрепленные печатью отзывы на автореферат в двух экземплярах просим направлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат речослан фя^м^лиЛ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

к.т.н., доцент / ШАНШУРОВ Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На современном уровне развития научно-технического прогресса расширяется диапазон применения различных радиотехнических и электротехнических материалов. Получение качественно новых свойств материалов возможно лишь при наличии точной измерительной аппаратуры.

Разработка современных измерительных комплексов к приборов, повышение их качества и точности требует, как правило, проведения большого объема испытаний с высокой повторяемостью полученных результатов. К таким системам следует отнести образцовую аппаратуру для измерения важнейших характеристик радиотехнических материалов - диэлектрическую (£ ) и магнитную () проницаемость. Повышение точности измерения величин € ир позволяет детальнее исследовать испытуемые образцы, осуществлять анализ и дефектоскопию кристаллических решеток различных материалов.

Созданные в Сибирском Государственном научно-исследовательском институте метрологии (СНИШ) методы и аппаратура для измерения би-комплексноИ проницаемости предполагают наличие позиционной электромеханической системы высокого быстродействия и повышенной точности. Обоснованием необходимости и актуальности создания данного высокопроизводительного электропривода малой мощности может служить следующий пример: при увеличении числа промежуточных измерений от 1000 до 3000 точность конечного результата измерения бикомплексной проницаемости возрастает в б - 8 раз.

Целью работы является разработка и исследование высокодинамичного позиционного микроэлектропривода для универсальной измерительной установки с переменной структурой регуляторов.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы следующие методы исследований: аналитический и операторный методы решения дифференциальных уравнений, метод эквивалентной и гармонической линеаризации, метод фазовой плоскости, метод корневого годографа, асимптотический метод разделения движений, метод переменных состояния в векторно-матричной форме. Подтверждение теоретических положений осуществлялось методом математического моделирования на ЦДЛ и экспериментальными исследованиями.

Научная новизна. На'защиту зыносятся следующие научные .результаты, полученные в работе:

- способ построения релейного контура тока якоря двигателя с регу-

лятором частоты переключения релейного элемента и методика параметрического синтеза регулятора;

- способ построения системы "ШИП-ДПТ" с регулятором скважности широтно-импульсного сигнала управления ШИП и анализ динамических свойств данной системы;

- мьтодика расчета начальных условий регуляторов МЭП при переключении структур;

- математическая модель быстродействующего импульсного источника для питания транзисторного преобразователя МЭП.

Практическая ценность:

- разработана экспериментальная система позиционного МЭП универсальной измерительной установки с переключаемой структурой регуляторов, обеспечивающая высокие динамические показатели системы регулирования;

- созданы опытные образцы быстродействующих регулируемых источнш-питания для транзисторного МЭП;

- разработано программное обеспечение автоматизации процесса изме рения бикоиплексной проницаемости с помощью цифрового позиционного I/

Рассмотренные особенности анализа, синтеза, математического от сания, схемотехнических решений и программного обеспечения могут был использованы в различных областях народного хозяйства. Новизна и ор| гинальность основных технических решений, предложенных в результате разработки позиционного МЭП, подтверждены пятью авторскими свидетел! ствами на изобретения.

Реализация и внедрение. Результаты, полученные в работе, испол! зоваиы при разработке автоматизированного микроэлектропривода экспериментальной ' :тановки для измерения электромагнитных свойств различных радиотехнических и электротехнических материалов. Предложенный микроэлектропривод в составе измерительного комплекса внедрен в Государственном научно-исследовательском институте метрологии (СНИШ) г.Новосибирска.

Опытные обраэтл быстродействующих регулируемых импульсных исто' ников питания внедрены в экспериментальных системах электропитания для электропривода дизель-электрического трактора ДЭТ-250 (г.Челябинск) системы электропитания секции магистрального электровоза ВЛ80А-751.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертацион ной работы докладывались и обсуждались на:

- республиканской научно-технической конференции: "Следящие элек' роприйода промышленных установок, роботов и манипуляторов", г.Челябинск, 1989 г.;

- международной конференции: "Промышленная автоматизация - автоматизированный электропривод", г.Карл-Маркс-Штадт, 1991 г.;

" - УП Всесоюзной научно-технической конференции: "Методы и средства измерений электромагнитных характеристик материалов на ВЧ и СВЧ", г.Новосибирск, 1991 г.;

- У1 Всесоюзной научно-технической конференции: "Системы управления и электропривод в гибком производстве", г.Бишкек, 1991 г.;

- республиканской научно-технической конференции: "Электромеханические преобразователи и машинно-вентильные системы", г.Томск, 1991 г.;

- совместных заседаниях кафедры Электропривода и отраслевого отдела средств воспроизведения движений (ОСВД), г.Новосибирск.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 статей, получено 5 авторских свидетельств на изобретения, депонирован один отчет о НИР.

Структура и обьем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 131 страницах основного текста, 44 страниц рисунков и иллюстраций, списка литературы из 09 наименований и 13 страниц приложений.'

КРАТКОЕ СОДНРКАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель, основные задачи и методы научных исследований, дана общая характеристика работы.

В первой главе рассмотрены физические основы процесса измерения бикомплексной проницаемости различных радиотехнических и электротехнических материалов. Показано, что измерения бикомплексной проницаемости базируются на свойствах взаимодействия стационарного электромагнитного поля и испытуемого образца, причем для разработки наиболее универсальной измерительной аппаратуры целесообразно применить метод коаксиального резонатора при пошаговом перемещении излучающего и измерительного органов.

Рассмотрены конструктивные особенности универсальной измерительной установки (УИУ), основными из которых являются резонаторная камера с перемещающимися излучателем и измерителем, а также двух позиционных электроприводов. В состав электроприводов входят микродвигатели постоянного тока с "безлюфтовым" редуктором и парой "винт-гайка".

На основе физики измерений и конструктивных особенностей УИУ сформулированы технические требования к позиционному микроэлектроприводу (МЭГ1), основные из чоторых: режим позиционирования "старт-стоп", максимальное быстродействие для проведения многократных испытаний,'

погрешность останова ±2 шш при отсутствии перерегулирования угла поворота вала двигатели.

Для решения сформулированных задач и г.рактической реализации автоматизированного МЭЯ получено математическое описание УИУ, как объекта управления. Математическое описание составлено на осново кинематической схемы У1!У: получена система уравнений моментов, действующих на выделенные сосредоточенные массы с последующей экспериментальной оценкой влияния существующих упругих связей, зазоров, диссипа-тивных явлений и т.д. на динамические процессы привода. На основе теоретических и экспериментальных исследований сделаны следующие выводы:

- момент статического сопротивления, приведенный к валу двигателя, изменяется линейно при перемещении измерительного органа УИУ;

- допустимо считать электромеханическую систему УИУ одномассовой (критерием допустимости принята оценка величины <2— »/ , где - коэффициент распределения масс, Л» и Та - электромеханическая и электромагнитная постоянная времени, ") - собственная частота колебаний объекта). Подтверядением данной оценки служит АЧХ замкнутого контура тока МШ, в которой отсутствуют антирезонансныв явления в рабочей полосе частот;

- допустимо считать редуктор и пару "винт-гайка" действительно без-люфговыми, т.к. АЧХ системы, при подаче иа его вход синусоидального сигнала с постоянной составляющей, мало отличается от исходной АЧХ.

В заключительном разделе главы рассмотрены пути улучшения показателей качества систем управления позиционными микроэлектроприводами. В частности, приведен обзор следящих и позиционных систем, реализующих максим1-льное быстродействие и отсутствие перерегулирования при варьируемом моменте статического сопротивления.

На осново анализа существующих и разрабатываемых электромеханических систем показано, что наиболее перспективно строить такие позиционные системы,, у которых фазовое пространство условно разделено на две области. Зл: системы имеют переменную структуру и синтезируются из условия двух критериев качества в различных областях фазового пространства.

С учетом технических требований к МЭЛ измерительной установки предложен позиционный мшероэг.ектропривод, у которого реализуется максимальное быстродействие при больших значениях рассогласований регулируемой координаты, а при достижении малых рассогласований - система синтезируется на основе линейного закона управления: критерия максимальной степони устойчивости.

Во пторой "лапе на основе прздлоадшо '0 варианта построения лози

ционного МЭП исследуется релейный контур тока якоря микроэлектродвигателя, позволяющий обеспечить максимальное ускорение привода в режимах разгона и торможения. Исследование релейного контура тока (РКТ) обусловлено необходимостью выбора рациональной частоты переключения силовых ключей преобразователя при малой электромагнитной постоянной времени {7я ) привода, свойственной большинству электромеханических систем малой мощности. С другой стороны рациональная частота скользящего режима ( ) в РКТ необходима для ограничения допустимых пульсаций скорости и угла поворота вала двигателя.

Исследование частоты скользящего режима в контуре тока якоря дви гателя может быть произведено по следующей зависимости: '

I, м о- ¿г!».,;!} «>

где и3 , л и. - относительные величины сигнала задания и ошибки в РКТ;

^ Чтя*

"у^'ТЩтГ- величина форсировки напряжения на якоре двигателя; \у - относительная величина противо-э.д.с. двигателя.

Анализ соотношения (I) позволил выявить две существенные особенности:

- при малой величине Тя частота пульсаций тока якоря Достаточно велика, что, в свою очередь, приводит к дополнительным потерям в системе;

- вследствие) значительного влияния э.д.с. двигателя на величину

затруднено обеспечение допустимых пульсаций скорости и угла.

В значительной степени устранить указанные недостатки позволяет предложенный вариант комбинированного управления, суть которого заключается в изменении амплитуды питающего напряжения якоря двигателя, посредством быстродействующего регулируемого источника питания (РИЛ), расположенного на входэ импульсного усилителя мощности. Показано, что для стабилизации величины У^л в РКТ и ограничения допустимых пульсаций скорости возможно формирование следующего закона изменения питающего напряжения двигателя:

где - величина форсировки питающего напряжения, превышающая

сумму величин {¿¿з ).

На основе выбранного варианта комбинированного управления предложена функциональная схема МЭП, с учетом которой составлена структурная схема РКТ с параметрическим заданием ■/<*:./> в функции э.д.с. двигателя. Рассмотрены достоинства и недостатки данной системы. В работе отмечается, что оснолным недостатком РКТ с параметрическим заданием р. является погрешность стабилизации (регулирования) амплитуды пульсаций

скорости, вследствие ошибок измерения и задания реальных величин

Устранить указанный недостаток позволяет структурная схема МЭИ с комбинированным управлением и непосредственным заданием частоты скользящего режима в контуре тока якоря двигателя (рис.1). В релейный контур тока введен дополнительный контур регулирования ■/<*./>■ с интегральным регулятором частоты (РЧ), позволяющим обеспечить аста-тизм в канале регулирования частоты. В зависимости от знака и величины рассогласования регулятор формирует управляющее воздействие на регулируемый источник питания, который, в свою очередь, изменяет величину Kf> .

В работе рассматривается методика параметрического синтеза регулятора частоты скольжения в PKT. Согласно рис Л система является существенно нелинейной, т.к. содержит звено умножения и релейный элемент с гистерезисом, причем схема включения их такова, что на одном из входов звена умножения формируется логический сигнал прямоугольной формы, а на втором - аналоговый сигнал с варьируемой амплитудой .

На основе рассмотрения методов синтеза систем с подобной спецификой выбран метод, базирующийся на частотном критерии Михайлова с предварительной эквивалентной линеаризацией нелинейных звеньев. Суть эквивалентной линеаризации - в минимизации среднего значения квадрата воспроизведения заданных входных сигналов:

\\e(iftTä^f, *pe(iJ-/(x,)-A/fa)X,l2)

где A/fa)- матрица эквивалентных передаточных функций;

Xi ~ ве :тор входных сигналов.

На основании (2) произведены соответствующие структурные преобразования и найдены эквивалентные передаточные функции нелинейных звеньев. По предложенной методике расчета произведено исследование динамических свойств РКТ с регулированием значения /ск./> • Исследование проводилось ло диаграмме качества переходных процессов в контуре регулирования /ис.р для интегрального регулятора частоты скольжения при различных значениях амплитуды и частоты колебаний в контуре, а также варьируемом коэффициенте демпфирования. Согласно техническим требованиям для реальных параметров МЭП: Ъ =1,0625-10~°с, 7* =0,348 с постоянная времени регулятора составляет Tu. =2,I6-I0~^e

В третьей главе исследуется позиционный МЭП с переключаемой структурой, фазовое пространство координат которого состоит из двух областей. Для получения максимального быстродействия и отсутствия пеР

Структурная схема МЭП с независимым заданием частоты

кр Une*

/ ск.р.

{ос

•1

N31

и)» ЖWiumop ffcàu ГТ

скорости I I

-1

X

h'SS

и*

-f

хе

le

Л7

/t'a)

Рис. / <4 .

Структурная схема системы "ШИП-ЖГ с регулятором скважности [Регулятор | | Регулируема источник "1

чц/мтср кскзажности

ЗИНС

Лй

VPe&f/Iflmop 1 I etopeemu I

«I

питания

-/

. j

-й?

■SÎatanStib

1 —j

■ tu

Рис.2

регулирования выходной координаты в области больших рассогласований система является оптимальной по быстродействию, а в области малых рассогласований синтез осуществляется га основе линейного закона управления: критерия максимальной степени устойчивости.

dopl^-min та* K'iilif^J; é(3) где Re. ii(é) - действительная часть корней характеристического

полинома замкнутой системы. Методом фазовой плоскости обоснована целесообразность построения такой системы при варьируемом моменте статического сопротивления на валу двигателя.

Рассмотрев требуемый характер поведения изображающей точки на фазовой плоскости, построена обобщенная функциональная схема позиционного МЭП измерительной установки. Составлена таблица режимов переключения ключей регуляторов системы в функции больших, средних или малых перемещений электропривода. Однако, отмечено, что применение цифрового электропривода с переменной структурой не решает автоматически задачу по повышению качества регулирования координат. По-прежнему и для таких систем важнейшим вопросом является рациональный выбор структуры и параметров всех контуров системы.

Так, на примере цифрового МЭП, решается проблема минимизации динамической ошибки в контуре скорости, а также получения в квазиус-тановившемия режиме привода малых и постоянных по величине пульсаций тока и скорости. Показано: если первая часть задачи достаточно просто решается для линейных систем невысокого порядка, то с учетом пос• леднего условия эта же задача значительно усложняется и становится малопригодной для инженерных расчетов. Это объясняется наличием не-линейностей в структурной схеме при использовании быстродействующего дьухканального шкротно-импульсного преобразователя.

В двухканальном ШИП первый канал регулирования предполагает изменение скважности (^ ) напряжения якоря, а второй канал регулирует амплитудуЦд (рис.2). Введение такого двухканального ШИП позволяет в установившемся режиме скорости обеспечить некоторую заданную сква-• жность ШИП и, тем самым, получить требуемые пульсации тока, скорости и угла поворота вала двигателя.

Произведен анализ структурной схемы с помощью асимптотического метода разделения движения." Выбрав за обобщенный малый параметр величину (4 = 7.я и разделив систему на поде ¡стемы "быстрых" и "медленных" движений, получены следующие результаты: контур регулирования оптимальной скважности устойчив всегда при ¿¿А / 0; на быстродействие контура регулирования сквакности не влияет быстродействие источ-

ника питания.

В подсистеме "медленных" движений при 7йп в 7} транзисторный ШШ с контуром регулирования У допустимо представить безынерционным звеном с коэффициентом усиления:

f ¡rj

Полученный результат адекватен описанию "классического" ШШ с постоянной амплитудой питающего напряжения. На основе проведенных иссле-.дований показано, что контур регулирования скорости МШ с двухка-нальным ШЩ можно считать линейной системой. Осуществлен выбор параметров регулятора скорости на основе квадратичного интегрального критерия по точности:

Jto = уд т£я

о

Используя реальные параметры МЭП, найдена величина коэффициента усиления интегрального регулятора скорости, и построен соответствующий переходный процесс. .

Как ужа отмечалось, синтез регулятора положения в окрестности начала координат фазового пространства осуществлен на основе критерия максимальной степени устойчивости.

Согласно, методике нахождения (3) определен оптимальный коэффициент усиления регулятора положения, обеспечивающий апериодические переходные процессы выходной регулируемой координаты при нулевых начальных условиях.

Для обеспечения необходимой работоспособности электропривода рассмотрены: необходимые и достаточные условия переключения структур, расчет и формирование новых начальных условий регуляторов при переходе из первой во вторую область фазового пространства.

Расчет и формирование новых начальных условий регуляторов выполнена в векторно-матричной форме на основе метода переменных состояния. Согласно данному методу общее решение уравнений для линеаризованной системы имеет вид:

/,. Ai f Alé-i») .

X¡í)~e Х[*)*' & BuCrjUr (4)

где Д , В - матрицы коэффициентов системы и коэффициентов управления;

- вектор управляющих сигналов. Переходные процессы координат позиционного МЭП во второй области фаг-зопого пространства могут быть описаны следующими уравнениями:

О -Тм

О

0 \1{Х)

1

Для представления уравнений координат системы в аналитическом виде найдены характеристические числа (А. .. ¿л ) из выражения ^ (А -¿Т)=0 с последующим расчетом диагональной матрицы А, связанной с исходной матрицей А соотношением А'ТАТ • После соот ветствующих векторно-матричных преобразований получены выражения для уравнений переменных состояния.

-Л

С%>

Си

с-ч

Сц

Си Со Си Си £ы С-а

<

X е ,

е.

Следует заметить, что вследствие двухкратных характеристических чи

матрица А представлена

«¿г 1

сел для получения матричной экспоненты е канонической форме Жордано:

о

О о

О О ¿А

Согласно рассмотренному алгоритму поиска начальных условий во второй области рассчитаны элементы матрицы

По результатам исследования системы при переключении структур произведено цифровое математическое моделирование переходных проце сов регулируемых координат, которое подтвердило правильность теоре тических положений.

В четвертой главе исследуются динамические свойства высокочас тотного транзисторного источника питания для комбинированного спос ба управления МЭП. Данное исследование объясняется необходимостью разработки быстродействующего регулируемого источника питания (РИП входящего в высокодинамичный контур систему управления МЭП.

Обоснован Выбор Импульсного РШ на базе автоколебательного ге нератора Роэра (ГР) с релейным регулятором выходного напряжения (). При работе РШ в составе МЭП регулирование выходного напр жения происходит за счет модуляции относительной длительности вклю ченного на I С -фильтр автогенератора.

Целью исследования РИП на базе ГР м шю считать параметрическ синтез 1С -фильтра по допустимым амплитуде и частоте пульсаций при описании ГР безынерционным линейным звеном, а также последующе уточнение полученного результата путем замены идеального усилитель

ного звена на динамический объект с более точным математическим описанием.

Используя методику расчета линеаризированных систем на основе критерия Михайлова определена величина индуктивности дросселя фильтра 1<р для заданной частоты и амплитуды автоколебаний, установившихся в контуре регулирования ¿¿ем. При. этом следует отметить, что линеаризация релейного элемента с петлей гистерезиса произведена методом гармонического баланса путем его замены на эквивалентное апериодическое звено с соответствующим коэффициентом усиления и постоянной времени. Согласно полученным параметрам ¿С -фильтра рассчитан и построен переходный процесс регулирования ¡¿а,* .

Математическое описание РИЛ осуществлено по эквивалентной схема замещения ГР при следующих основных допущениях:

- индуктивности обмоток импульсного трансформатора не изменяются до момента насыщения сердечника;

- напряжение питания ГР остается постоянным по величине в процессе работы РИЛ;

- транзисторы ГР безынерционны.

По системе дифференциальных и алгебраических уравнений, описывающих динамические свойства источника питания, составлена структурная схема РШ. В связи со значительной трудностью анализа и синтеза рассмотренной системы уточнение переходного процесса 1С»нх произведено цифровым моделированием на ЭЕМ. Полученные результаты подтвердили допустимость представления ГР линейным безынерционным звеном при следующих основных параметрах РИП: частота ГР - 20 кГц,^» = 1,21»10~^Гн, Cf = 3000 мкФ.

3 пятой главе рассматриваются вопросы разработки быстродействующего цифрового позиционного ;.'ЗП с переменной структурой и его экспериментальное исследование. В работе показано, что заложенный алгоритм управления позиционным МЭИ практически невозможно реализовать аппаратными средствами, даже с применением самой современной базы. Использование же ЭВМ позволяет значительно упростить реализацию полученного алгоритма, особенно при переходе из одной области фазового пространства в другую. Однако, упрощение реализации алгоритма уп-раиленик НЭП можно добиться не только правильны?.! выбором ЗШ, но и рациональным соотношением цифровой и аналоговой частями системы.

В экспериментальном позиционном МЭ1 (рис.3) в качества управляющей ЭШ использована "Электроника-60", которая дополнительно реализует пропорциональный закон управления в контуре положения. При. разработке электропривода принято следующее соотношение аналоговой и

Схема цифрового позиционного МЭИ измерительной установки

цифровой части системы: регуляторы положения, скорости (РС) и частоты скользящего режима (РЧ) - цифровые, регуляторы тока (РТ) якоря и скважности (йгг.у) ШШ - аналоговые.

При задании соответствующего перемещения ЭШ формирует также сигналы управления СУ , которые посредством коммутаторов МХ1 и МХ2 включает в работу релейный контур тока с комбинированным управлением. Б этом режиме работы МЭП формируется код задания тока двигателя (-2~з ), аналоговый эквивалент которого поступает на РТ. Блок логики (БЛ) управляет ключами (КЛ) импульсного усилителя мощности по выбранному алгоритму. Контур тока якоря замыкается через блок формирования тока (БВГ) и соответствующий канал коммутатора МХ1.

Одновременно с заданием тока якоря двигателя таймером Т1 формируется частота переключения релейного элемента, которая является заданием на интегральный регулятор частоты. В зависимости от рассогласования частот задания и обратной связи изменяется выходное напряжение РИП. Регулируя амплитуду напряжения на якоре двигателя, разгон МЭП происходит при постоянстве частоты коммутации ключей преобразователя.

В режиме стабилизации скорости МЭП двигатель запитан от ШШ с контуром регулирования заданной скважности. В этом режиме ЭШ формирует также СУ , которые переключают коммутаторы на каналы регулируемой скважности и формирователя пикообразного напряжения (ФПН) для ШШ. Цифровой регулятор скорости наряду с законом управления изменяет свое выходное значение путем параллельной записи двоичного кода (Ч.у). Обратные связи по положению и скорости в двоичном коде поступают на шину "Электроники-бО" с преобразователей "частота - код" и "период - код".

Используя предложенный вариант построения МЭИ разработаны принципиальные схемы, составлена блок-схема алгоритма управления и реализована управляющая программа. Рассмотрены схемотехнические особенности построения силовой части и системы управления электропривода.

Так, например, для получения достоверной информации о текущем значении тока якоря двигателя, высокого быстродействия с минимальным уровнем помех применен датчик тока на эффекте Холла, обеспечивающий дополнительно гальваническую развязку. В качестве датчика тахометрической информации выбран стандартный датчик ВЕ-147, имеющий 1000 импульсов на оборот с лазерной юстировкой меток. Измеренные н обработанные текущие значения координат МЭП поступают в ЭШ чер;;з устройство сопряжения (УСП), которое обеспечизает работоспособность системы с учетом специфики программного обеспечения. Основ-

пая идея, заложенная в УСП, заключается в демультиплексировании шины "АДРЕСЛ-ДАННЫХ" "Электроники-60" и селективного выбора программно доступных элементов системы.

В заключительном разделе главы рассмотрено экспериментальное исследование МЭИ. Экспериментальные исследования проведены вначале для РКГ с комбинированным управлением. Приведены осциллограммы переходного процесса двигателя при скачке задания 1я . где видна форсировка электромагнитных процессов в якорной обмотке и стабилизация частоты з квазиустановившемся режиме . В экспериментальном образце позиционного МЭП получен диапазон изменения /с<./>. от 1:50 до 1{70 в зависимости от кратности пускового тока. Переходный процесс на скачки задания приведен на рис.4.

2.5 к/ч

1А.

РисА

В режиме стабилизации скорости наибольший интерес представляет переходный процесс скважности £ ШШ при линейном изменении выходного сигнала регулятора скорости (рис.5). Т.к. задающее воздействие на РШ также изменяется линейно (рис.5,а) при постоянной^ , то вывод о

гг-л

¿■О"', Р»С. 5

допущении представления ШИП линейным безынерционным звеном можно счи тать обоснованным.

Заключительные осциллограммы дают представление о функционировании МЭП в четырех режимах: разгон МЭП с заданным Тя , режим стаби-

лизации скорости, замедление МЭП с заданным Тя , "дотягивание" до заданного положения без перерегулирования.

Экспериментальные результаты исследования МЭП отличаются не более чем на 2Ъ% от расчетных, тем самым подтверлдаются основные научные положения диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В результате составленного математического описания электропривода с учетом конструктивных особенностей универсальной измерительной установки разработана функциональная схема позиционного МЭП с переменной структурой регуляторов, обеспечивающая высокое быстродействие без перерегулирования по положению.

2. На основе исследования релейного контура тока якоря двигателя показана необходимость введения комбинированного управяения, которое предполагает регулирование частоты переключения релейного элемента за счет изменения амплитуды напряжения на двигателе. Предложена методика синтеза регулятора частоты скольжения в релейном контура тока, и приведена диаграмма качества переходных процессов в контуре регулирования частоты.

3. Предложена система регулирования скорости МЭП на базе транзисторного ШИП с регулятором скважности сигнала управления, позволяющая обеспечить требуемые пульсации скорости и угла при минимальных потерях в системе. Произведен анализ динамических свойств МШ с регулятором скважности методом "разделения движений" для различного соотношения постоянных времени объекта и регулятора.

4. Рассмотрены необходимые и достаточные условия переключения системы с одной структуры на другу», согласно заложенным законам управления координат МЭП в каждой области фазового пространства. Предложена методика нахождения начальных условий регуляторов МШ с использованием метода переменных состояния.

5. Разработана математическая модель быстродействующего импульсного источника питания с релейным регулятором выходного напряжения. Обоснована возможность представления источника питания в динамических режимах МЭП апериодическим звеном.

6. Экспериментальное исследование"МЭП подтверждает достоверность основных результатов теоретических исследований и разработанных методик.

7. Научные результаты работы доведены до конкретных технических решений, часть которых защищена авторскими свидетельствами на изобретения. Полученные результаты позволяют сделать общий вывод о цэлесо- ■

образности применения спроектированного позиционного МЭИ в измерительных системах, где требуется высокое быстродействие отработки перемещения без перерегулирования по быстродействию.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Цифровой позиционный электропривод измерительной установки с переменной структурой регулятора / Симаков Г.М., Кромм A.A. // Следящие электроприводы промышленных установок, роботов и манипуляторов: Тез. науч.-техн.конф. - Челябинск, 1989.—- С. 11-12.

2. Симаков Г.М., Кромм A.A. Оптимизация по точности регулирования цифровой астатической системы электропривода // Автоматизированный электропривод промышленных установок / Новосиб.электротехн. ин-т. - Новосибирск, - 1989. - С. 48-52.

3. Симаков Г.М., Кромм A.A., Елисеенко О.Ю. Исследование динамических режимов импульсного регулируемого источника питания для позиционного микроэлектропривода // Оптимизация режимов работы систем электроприводов / Краснояр.политехи.ин-т. - Красноярск, - 1990. -

С. 99-104.

4. Симаков Г.М., Кромм A.A. Об одном способе управления быстродействующим позиционным микроэлектроприводом постоянного тока // Автоматизированный электропривод промышленных установок / Новосиб. электротехн.ин-т. - Новосибирск, - 1990. - С. 37-44.

5. Кромм A.A. Параметрический синтез САУ позиционным микроэлект роприводом постоянного тока на основе критерия максимальной степени устойчивости // Автоматизированный электропривод про;льишенных устанс вон / Новосиб.электротехн.ин-т. - Новосибирск, - 1990. - С. I05-II0,

6. Цифровой позиционный микроэлектропривод универсальной измер) тельной установки / Симаков Г.М., Кромм A.A. // Методы и средства и: мерений электромагнитных характеристик материалов на ВЧ и СВЧ: Тез. УП Всес.науч.-техн.конф. - Новосибирск, - 1991. - С. 173-174.

7. Электромеханическая система приборной установки с повышенно! точностью / Кромм A.A., Симаков Г.М. // Электромеханические преобразователи и машинно-вентильные системы: Тез. Респ.науч.-техн.конф. -Томск, - 1991. - С. 98.

8. Цифровой микроэлектропривод постоянного тока измерительной установки с переключаемой структурой регуляторов / Симаков Г.М., Кромм A.A. // Динамические режимы работы электрических машин и элек' роприводов: Тез. У1 Всес.науч.-техн.конф. - Бишкек, - 1991. -С.81-8;

9. Симаков Г.М., Кромм A.A. Анализ динамических процессов в мм роэлектроприводе с двухканальным ШИП методом разделения движений //

Автоматизированные электромеханические системы / Новосиб.электротихи. ин-т. - Новосибирск, - 1991. - С. 48-51.

10. HocJ(>ynajni{cjks Тыл Uilarj&uiJfiwMasiineJ /т/reiasieter&c/er Sirutlur /Simator&M., Xromm/4 A. //7fie^ufif lz£e rfu-ioMaiuitrurM tciierü AnirieHt - ¿¿e,7inU.z, - /i?//. -f.

11. A.c. I3I5904 СССР. Измеритель скорости вращения вала / А.Б.Немировский, А.А.Кромм. - Опубл. 1987, Бюл. № 21.

12. A.c. 1372562 СССР. Преобразователь напряжения / Б.В.Куракин, А.А.Кромм, А.Л.Багинский. - Опубл. 1988, Бюл. № б.

13. A.c. 1474818 СССР. Инвертор с самовозмущением / А.Б.Немировский, А.А.Кромм, А.Л.Багинский, В.В.Куракин. - Опубл. 1989,Бюл.№15.

14. A.c. 1585834 СССР. Преобразователь напряжения с защитой / А.Б.Немировский, А.А.Кромм, А.Л.Багинский. - Опубл. 1990, Бюл. № 17.

15. A.c. 1644347 СССР. Цифровой электропривод постоянного тока/ А.А.Кромм, Г.М.Симаков. - Опубл. 1991, Бюл. № 15.

Подписано в печать 14 февраля 199?г. Формат 84 х 60 х Т/16 Бумага оборточная. Тираж 100 экз. Усл.печ.л.1,1 Уч.-изц.л.1,1 Заказ )'" ' Бесплатно

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Новосибирского электротехнического института ('3009?, г.Новосибирск, пр.КЛ,'яркса,?0