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 ЭЛШР0ТЕХН11ЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 621.34:621.313.2-181.4

КРОММ АДЦРЕИ АРТУРОВИЧ

ПОЗИЦИОННЫЙ МИКРОЭЛШРОПРИВОД С ПЗ3 ИМЕННОЙ СТРУКТУРОЙ УНИВЕРСАЛЬНОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ УСТ/ЛОВКИ

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

профессор ЛДШСКИЙ Г.П. к.т.н., доцент СШАКОВ Г,М.

доктор технических наук, профессор БЕЙНАРОВИЧ В. А,

кандидат технических наук ДАНИЛ® В.Б.

Научно-исследовательский институт электропривода (НИИЗЛ) г.Новосибирск

Защита диссертации состоится "?6 " марта_ 1992 г.

в ТО часов на заседании специализированного совета К 063.31.01 Новосибирского электротехнического института по адресу: 630092, г.Новосибирск-92, пр.К.Маркса, 20, Новосибирский электротехнический институт (НЭГИ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НЭТИ.

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

Автореферат разослан "¿1" дЬ&ЩсисА 1992 г.

Научные руководители -

Официальные оппоненты -

Ведущее предприятие

Ученый секретарь специализировашог'о совета к.т.н., доцент

ШАШУР0В Г.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На ¿овременном 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 система« следует отнести образцовую аппаратуру для измерения важнейших характеристик радиотехнических материалов - диэлектрическую (£) и магнитную Ср) проницаемость. Повышение точности измерения величин € иуч 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~ комплексной 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 - Э раз.

Целью работы является разработка и исследование высокодинамичного позиционного микрозлектропривода 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 ЦЙД и экспериментальными исследованиями.■

Научная новизна. На' защиту выносятся следующие научные .результаты, полученные э работе:

- способ построения релейного контура тока якоря двигателя с регу-

лятором частоты переключения релейного элемента и методика параметрического синтеза регулятора;

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

- методика расчета начальных условий регуляторов МЭД 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 источнико питания для транзисторного МЭП;

- разработано программное обеспечение автоматизации процесса измерения бикомплексной проницаемости с помощью цифрового позиционного Ы2

Рассмотренные особенности анализа, синтеза, математического описания, схемотехнических решений и программного обеспечения могут быть использованы в различных областях народного хозяйства. Новизна и оригинальность основных технических решений, предложенных в результате разработки позиционного МЭП, подтверждены пятью авторскими свидетельствами на изобретения.

Реализация и внедрение. Результаты, полученные в работе, использованы при разработке автоматизированного микроэлектропривода экспериментальной 1 гтеновки для измерения электромагнитных свойств различных радиотехнических и электротехнических материалов. Предложенный микроэлекгролривод в составе измерительного комплекса внедрен в Государственном научно-исследовательском институте метрологии (ШШМ) г.Новосибирска.

Опытные обраэш быстродействующих регулируемых импульсных источников питания внедрены в экспериментальных системах электропитания для электропривода дизель-электрического трактора ДЭТ-250 (г.Челябинск) систем электропитания секции магистрального электровоза ВЖЖ-751.

Апробации работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

- республиканской научно-технической конференции: "Следящие электропривода 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 машкнно-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 йа 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 69 наименований и 13 страниц приложений. -

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ 5<у

Во введении обоснована актуальность теш диссертационной работа, 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 "без лифтовым" редуктором и парой "винт-гайка".

На основе физики измерений и конструктивных особенностей УНУ сформулированы технические требования к позиционному микроэлектроприводу (МЭП), основные из которых: режим позиционирования "старт-стоп", максимальное быстродействие для проведения многократных испнтаний,'"

погрешность останова ¿2 мкм при отсутствии перерегулирования угла поворота вала двигателя.

Для решения сформул1гроаанных задач и практической реализации автоматизированного МЭИ получено математическое описание УИУ, как объекта управления. Математическое описание составлено на осново кинематической схемы У11У: 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 & к спер «.ментальных исследований сделаны следующие выводы:

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

- допустимо считать электромеханическую систему УНУ одномассовой (критерием допустимости принята оценка величины <2—»/ , где - коэффициент распределения масс, 7» и Тя - электромеханическая и электромагнитная постоянная времени, ^ - собственная частота колебаний объекта). Подтверждением данной оценки служит АЧХ замкнутого контура тока МЭИ, а которой отсутствуют антирезонансные явления в рабочей полосе частот;

- допустимо считать редуктор и пару "винт-гайка" действительно беэ-люфтовыми, г.к. АЧХ системы, при подаче на 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 максимальное 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 два области. Зуи системы имеют переменную структуру и синтезируются из условия двух критериев качества в различных областях фазового прострвяства.

С учетом технических требований к МШ измерительной установки предложен позиционный мгасроэяектропривод, 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 степени устойчивости.

Во г,торой удаве на основе предложение» 'о варианта построения поаи-

ционного 1Ш1 исследуется релейный контур тока яяоря 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 ( /слг./> ) 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: .г

л- ______________ ____________________ '______ _______-. ..

(I)

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

. й/юг

^ величина форсировки напряжения на якоре двигателя;

-.относительная величина противо-э.д.с. двигателя.

Анализ соотношения (I) позволил выявить две существенные особенности:

- при малой величине 75 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 регул дуемого источника питания (РИП), расположенного на входе импульсного усилителя мощности. Показано, что для стабилизации величины в РКТ и ограничения допустимых пуль-

саций скорости возможно формирование следующего закона изменения питающего напряжения двигателя: Кр где - величина форсировки питающего напряжения, превышающая сумму величин (/¿з^Д-^е ).

На основе выбранного варианта комбинированного управления предложена функциональная схема 1.1 ЭП, с учетом которой составлена структурная схема РКТ с параметрическим заданием /ск,^ в функции э.д.с. ^двигателя Рассмотрены достоинства и недостатки данной системы. В работе отмечается, что основным недостатком РКТ с параметрическим заданием У^.Д является погрешность стабилизации (регулирования) амплитуды пульсаций

скорости, вследствие ошибок измерения и задания реальных величин и.i>/ t, ut

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 -/¿¿.р. с интегральным регулятором частоты (РЧ), позволяющим обеспечить аста-тизм в канале регулирования частоты. В зависимости от знака и величины рассогласования аУ регулятор формирует управляющее воздействие на регулируемый источник питания, который, в свою очередь, изменяет величину Xf> .

В работе рассматривается методика параметрического синтеза регулятора частоты скольжения в PKT. Согласно рис.1 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 основа 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:

где A/M- 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 • Исследо-

вание проводилось ло диаграмме качества переходных процессов в контуре регулирования /ас.р для интегрального регулятора частоты скольжения при различных значениях амплитуды и частоты колебаний в контура, а такасе варьируемом коэффициенте демпфирования. Согласно техническим требованиям для реальных параметров МЭП: Ъ =1,0625-ICT^c, 7м =G,348 с постоянная времени регулятора составляет Тй. =2,I6.I0_l"c.

В третьей глава исследуется позиционный МЭП с переключаемой структурой, фазовое пространство координат которого состоит из двух областей. Для получения максимального быстродействия и отсутствия пеР0-

Э / Структурная схема МЭП с независимым заданием частоты / ск.р.

114

Оггумгер чис/псты

Э 1^11

/

-/

т-ш

НЭ1

Л

-1

X

ЛЙ?

-1

Рис / -V .

Структурная схема системы "ЕИП-ЯГГ с регулятора скважности думпер | ! Рег^тр^ё^истоумаАг 1

I сх важности

Латания

им

'1

.л

Г"Регулятор 1 | скорости |

Ы

Л

тЕР1 /

0

-ЕЕР

„и

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

-гп1п тж л« 1с (&); (3)

где На. ¡-¿(¿) - действительная часть корней характеристического

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

Рассмотрев требуемый характер поведения изображающей точки на фазовой плоскости, построена обобщенная ^нкциональная,схема позиционного УЭП 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 повышения качества регулирования координат. По-прежнему и для таких систем важнейшим вопросом является рациональный выбор структуры и параметров всех контуров системы.

Так, на примере цифрового МЭД, решается проблема минимизации динамической ошибки в контуре скорости, а также получения в квазиус-тановившемея 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 последнего условия эта же задача значительно усложняется и становится малопригодной для инженерных расчетов. Это объясняется наличием не-линейностей в структурной схеме при использовании быстродействующего двухканального шкротно-импульсного преобразователя.

В двухканальном ШИП первый канал регулирования предполагает изменение скважности (^) напряжения якоря, а второй канал регулирует амплитуду^ (рис.2). Введение такого двухканального ШШ позволяет в установившемся режиме скорости обеспечить некоторую заданную скважность 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 = Та и разделив систему на поде ¡стемы "быстрых" и "медленных" движений, получены следующие результаты: контур регулирования оптимальной скважности устойчив всегда при ^ 0; на быстродействие контура регулирования сквакности не влияет быстродействие источ-

ника питания.

В подсистеме "медленных" движений при Хл транзисторный ШШ с контуром регулирования У допустимо представить безынерционным звеном с коэффициентом усиления:

Полученный результат адекватен описанию "классического" ШИЛ с постоянной амплитудой питающего напряжения. На основе проведенных исследований показано, что контур регулирования скорости М8П с двухка-нальным ШИП можно считать линейной системой..Осуществлен выбор параметров регулятора скорости на основе квадратичного интегрального критерия по точности: ^

310 . J¿.u)г(У<¿¿

о

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

Как уже 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 необходимей 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 выполнены в векторно-матричной форме на основе метода переменных состояния. Согласно данному методу общее решение уравнений для линеаризованной системы шеет вид:

л. ^ ,» / ,

хШ-е Х(*)+\& ви(г)/г (4)

„где » ^ - матрицы коэффициентов системы и коэффициентов управления;

- вектор управляющих сигналов. Переходные процессы координат позициогаого МЕЛ во второй области фазане го пространства могут быть описаны следующтт уравнения?««

0 1 о 0

-1 0 -Ти 0 0 и (г)

Для представления уравнений координат системы в аналитическом виде найдены характеристические числа .... </л ) из выражения

{А. с последующим расчетом диагональной матрицы А,

связанной с исходной матрицей А соотношением => ТА Т • После соответствующих векторно-матричных преобразований получены выражения для уравнений переменных состояния.

М)

ХъШ-

-L

1 I

X е , Л „Л'4-

Cíe Сц Со

Сц Си Сц С-»о С-и См Сц Следует заметить, что вследствие двухкратных характеристических чисел для получения матричной экспоненты матрица А представлена в канонической форме Жордано: ^ 1 о

А * о <Аг о

о о °1а

- Согласно рассмотренному алгоритму поиска начальных условий во второй области рассчитаны элементы матрицы í'-ij]-

По результатам исследования системы при переключении структур произведено цифровое математическое моделирование переходных процессов регулируемых координат, которое подтвердило правильность теоретических положений.

В четвертой главе исследуются динамические свойства высокочастотного транзисторного источника питания для комбинированного способа управления МЭИ. Данное исследование объясняется необходимостью разработки быстродействующего регулируемого источника питания (РИП), входящего в высокодинамичный контур системы управления МЭП.

Обоснован Выбор Импульсного РИП на базе автоколебательного генератора Роэра (Г?) с релейным регулятором выходного напряжения (^ííi*)- При работе РШ в составе МЭП регулирование выходного напряжения происходит за счет модуляции относительной длительности включенного на I С -фильтр автогенератора.

Целью исследования РШ на базе ГР м'шю считать параметрически!1 синтез 1С -фильтра по допустимым амплитуде и частоте пульсаций при описании ГР безынерционным линейным звеном, а таете последующее 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 I<р для заданной частоты и амплитуды автоколебаний, установившихся в контуре регулирования 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 ^гих .

Математическое описание РШ осуществлено по эквивалентной схеме 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 РИТ;

- 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 Ивш произведено цифровым моделированием на ЭВМ. Полученные результаты подтвердили допустимость представления ГР линейным безынерционным звеном при следующих основных параметрах РИЛ: частота ГР - 20 кГц,Л/» = 1,2Ы0"^Гн, Су = 3000 миф.

В пятой главе рассматриваются вопросы разработки быстродействующего цифрового позиционного МЭД с переменной структурой и его экспериментальное исследование. В работе показано, что заложенный алгоритм управления позиционным МЗЛ практически невозможно реализовать аппаратными средствами, даже с применением самой современной балы. Использование же ЭВМ позволяет значительно упростить реализацию полученного алгоритма, особенно при переходе из одной области фазового пространства в другую. Однако, упрощение реализации алгоритма управления МЭП можно добиться не только правильным ^выбором ЭШ, но и рациональным соотношением цифровой и аналоговой частями системы.

В экспериментальном позиционном N31 (рис.3) в качестве управ-лягащей 39,1 использована "Электроника-бО", которая дополнительно реализует пропорциональный закон управления в контуре положения. При разработке электропривода принято следащее соотношение аналоговой и

§

а Г/Çvsl

и

ft <D

i

О (н О

О

и о

S I

я .

&!

rt g

И о

¥

<

1

î; и; ^эу 3;

I

н

X

т

ti

Г

ч>

Í3J—

fc! к ...... 1 ■

4

4У -О

•о

5?

№

1

¿э . п^пясСи/^рр,, рр- УНП/Я

.у -У.

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

При задании соответствующего перемещения ЭШ формирует также сигналы управления СУ , которые посредством коммутаторов ЫХ1 и МХ2 включает' в работу релейный контур тока с комбинированным управлением. В этом режиме работы МЭП формируется код задания тока двигателя (-?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 (ЕЙ1) и соответствующий канал коммутатора МХ1.

Одновременно с заданием тона 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 РИЛ. Регулируя амплитуду напряжения на якоре двигателя, разгон МЭИ происходит при постоянстве частоты коммутации ключей преобразователя.

В режиме стабилизации скорости МЭП двигатель запитан от ШИП 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 ШИП. Цифровой регулятор скорости наряду с законом управления изменяет свое выходное значение путем параллельной записи двоичного кода Обратные связи по положении и скорости в двоичном коде пос-тупаот на шину "Электроники-60" с преобразователей "частота - код" и "период - код".

Используя предложенный вариант построения МЗП разработаны принципиальные схемы, составлена блок-схема алгоритма управления и реализована управляющая программа. Рассмотрены схемотехнические особенности построения силовой чабти 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 и обработанные текущие значения координат МЭП поступают в ЭЩ через устройство сопряжения (УСП), которое обеспечивает работоспособность системы с учетом специфики программного обеспечения. Основ-

пая идея, заложенная в УС31, заключается в демультиплексировании шины "ДЦРЕСА-ДАНШХ" "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 Те , где вццна форсировка электромагнитных процессов в якорной обмотке и стабилизация частоты У«*/ з квазиустановившемся режиме . В экспериментальном образце позиционного МЭП получен диапазон изменения /с*.р. от 1:50 до 1470 в зависимости от кратности пускового тока. Переходный процесс У^к/ на скачки задания приведен на рис .4.

Jck.ii.

25*Гч

А* I

Ь.Омс

Рис.4

В режиме стабилизации скорости наибольший интерес представляет переходный Процесс скважности у 1ЛШ. при линейном изменении выходного сигнала регулятора скорости (рис.5). Т.к. задающее воздействие на РИП также изменяется линейно (рис.5,а) при постоянной^ , то вывод о

Г

и. О

Рис. 5

допущении представления ШИП линейным безынерционным зве.чом можно считать обоснованным.

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

лиэации скорости, замедление МЭП с заданным Тл , "дотягивание" до заданного положения без перерегулирования.

Экспериментальные результаты исследования МЭП отличаются не более чем на 25% от расчетных, тем самым подтверждаются 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 управления, 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 НЭП на базе транзисторного ШШ 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 другую, согласно заложенным законам управления координат МЭИ 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.

^ б. Экспериментальное исследование МШ подтвервдает достоверность основных результатов теоретических исследований и разработанных мв~ тодик.

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

образности применения спроектированного позиционного МЭП 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. 43-52.

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 / Нраснояр.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 микроэлектроприводом постоянного тока на основе критерия максимальной степени устойчивости // Автоматизированный электропривод промышленных установок / Новосиб.электротехн.ин-т. - Новосибирск, - 1990. - С. 105-110.

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

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

8. Цифровой микроэлектролривод постоянного тока измерительной установки с переключаемой структурой регуляторов / Симаков Г.М., Кромм A.A. //Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов: Тез. У1 Всес.науч.-техн.конф. - Бишкек, - 1991. -C.8I-B2.

9. Симаков Г .14., Кромм A.A. Анализ динамических процессов в микроэлектроприводе с двухканальным НИ! методом разделения движений //

Автоматиз1фованные электромеханические системы / Новосиб.электротехи. кн-т. - Новосибирск, - 1991. - С. 48-51.

10. Мо&Д^па-тЦсАа Ttbnsiiittyfe^fitvmAAirieß /niJ retiwier&c&r HrcL/tlur /Sima/c&M., XrommА- А■ diiioMdiiSCtrunp Aui^nu--¿¿liefü AdriePt -CAemflUi-/.

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 / В.В.Куракин, А.А.Кромм, А.Л.Вагинский. - Опубл. 1968, Бюл. № б.

13. A.c. №4318 СССР. Инвертор с самовозмущением / А.Б.Немировский, А.А.Кромм, А.Л.Вагинский, В.В.Куракин. - Опубл. 1989,Бал.На,

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

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

Подписано в печать 14 февраля 1992г. Формат 84 х 60 х 1/16 Бумага оберточная. Тираж 100 экз. Усл.печ.лЛ,! Уч,-иэц.л.1,1

Заказ №

Бесплатно

Отпечатано на участке оперативной полиграфии Новосибирского электротехнического института {'3009?, г.Новосибирск, пр.К. !:!яркса, <-'0