автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Прецизионные системы синхронно-синфазного электропривода постоянного тока

Бубнов Алексей Владимирович

ПРЕЦИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА: ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Специальность 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск 2006

Бубнов Алексей Владимирович

ПРЕЦИЗИОННЫЕ СИСТЕМЫ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА: ТЕОРИЯ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Специальность 05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Омск 2006

Работа выполнена в Омском государственном техническом университете на кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий».

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Зажирко Виктор Никитич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Беспалов Виктор Яковлевич доктор технических наук, профессор Щерба Виктор Евгеньевич доктор технических наук, профессор Щербаков Виталий Сергеевич

■' Ведущая организация — Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск ч: - . '

Защита диссертации состоится «26» октября 2006 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета Д 212.178.03 при Омском государственном техническом университете по адресу: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11, ауд. 6-340.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета.

Автореферат разослан « Я » сентября 2006 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 212.178.03.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Н. Кириченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Синхронно-синфазный электропривод (ССЭ) представляет собой совокупность управляемого задающего генератора и одного или нескольких электроприводов с фазовой синхронизацией, построенных на основе принципа фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ). В таких системах связь электроприводов с задающим генератором осуществляется с помощью односторонних каналов управления, в результате обеспечивается синхронность вращения каждого исполнительного электродвигателя и стабилизация заданного взаимного углового положения их валов.

Область использования прецизионных систем синхронно-синфазных электроприводов охватывает авиационную и космическую технику, робототехнику, технику приема, передачи, регистрации и воспроизведения информации, информационно-измерительную технику; они находят широкое применение при построении обзорно-поисковых и сканирующих систем и устройств, в системах технического зрения современных робототехнических комплексов, установках видеозаписывающей аппаратуры и копировальных установках. В частности, актуальной является задача разработки прецизионных электроприводов для обзорно-поисковых систем, осуществляющих автоматический обзор пространства в инфракрасном диапазоне спектра с целью получения информации о расположенных в нем объектах.

Широкое использование электроприводов, построенных на основе принципа ФАПЧВ, обусловлено их высокими точностными показателями в широком диапазоне регулирования угловой скорости.

Основы теории построения прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока заложены в работах P.M. Трахтенберга. Им были предложены упрощенные математические модели импульсного частотно-фазового дискриминатора (ИЧФД), разработаны различные алгоритмы работы логического устройства сравнения (ЛУС), предложен ряд способов регулирования ССЭ, для анализа динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией использованы метод фазовой плоскости и методы теории линейных импульсных систем.

Экспериментальные и теоретические исследования в этой области проводились различными научными коллективами. Значительный вклад в решение вопросов проектирования ССЭ внесли Вас.В. Андрущук, Вл.В. Андрущук, И.В. Булин-Соколов, В.П. Галас, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко, В.Н. Катькалов, A.A. Киселев, С.М. Миронов, JI.M. Осипов, Б.А. Староверов, В.И. Стребков, А.М. Су-тормин, М.В. Фалеев, A.B. Ханаев, А.Н. Ширяев, Б.М. Ямановский и др.

На этой основе спроектированы электропривода для различных областей применения, разработаны новые способы регулирования и новые технические решения построения систем ССЭ. Однако вопросы анализа и синтеза систем управления электроприводом с фазовой синхронизацией освещены в литературе недостаточно полно, при анализе процессов в электроприводе используются упрощенные модели ЛУС, отсутствуют достаточно простые, пригодные для инже-

нерпой практики методики проектирования, что сдерживает более широкое использование ССЭ в различных областях техники.

Таким образом, развитие теории прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока является актуальной проблемой, решение которой позволит улучшить точностные и динамические характеристики проектируемых электроприводов, расширить область их применения и автоматизировать процесс проектирования, уменьшая затраты на их предварительные экспериментальные исследования.

Настоящая работа является частью комплексных научных исследований по теме «Исследование и разработка прецизионных систем электропривода специального назначения», которые проводились в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ) на основе хоздоговорных работ с научно-производственным объединением «Полюс» г. Томск.

Цель диссертационной работы. Целью работы является выполнение комплекса теоретических обобщений, конструкторских и экспериментальных исследований, направленных на совершенствование способов и средств управления прецизионными системами синхронно-синфазного электропривода постоянного тока.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1) разработать обобщенную функциональную схему синхронно-синфазного электропривода постоянного тока;

2) разработать полную математическую модель импульсного частотно-фазового дискриминатора (входящего в состав ЛУС), адекватно отражающую его нелинейности;

3) определить условия линеаризации полной математической модели электропривода с фазовой синхронизацией, адекватно отражающей нелинейности импульсной системы ФАПЧВ, в пропорциональном режиме работы и исследовать влияние уровня реального токоограничения электродвигателя на динамику электропривода;

4) исследовать влияние алгоритмов работы регулятора в контуре ФАПЧВ на динамику электропривода;

5) разработать способы и средства регулирования электропривода с фазовой синхронизацией с улучшенными динамическими характеристиками в режимах втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм со входным частотным сигналом;

6) провести сравнительный анализ способов фазирования систем ССЭ по быстродействию и разработать фазирующие регуляторы с улучшенными динамическими характеристиками;

7) провести сравнительный анализ алгоритмов работы и средств построения основных элементов электромеханического узла ССЭ и разработать новые более совершенные алгоритмы работы и технические решения по их построению;

8) на основе сравнительного анализа алгоритмов работы и средств построения основных функциональных узлов системы управления синхронно-синфазного электропривода сформировать рекомендации по их выбору (в зависимости от характеристик проектируемых ССЭ) и разработать новые алгоритмы работы и технические решения по построению узлов с улучшенными точностными, динамическими и надежностными показателями. Разработать методику инженерного проектирования ССЭ;

9) экспериментально подтвердить выдвинутые теоретические положения путем компьютерного моделирования и проведения исследований на опытных образцах электропривода.

Основные методы научных исследований. В работе использован комплексный подход к решению рассматриваемой проблемы, включающий обобщение и анализ литературных источников и дальнейшее развитие теории построения прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока. При теоретическом исследовании режимов втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм со входным частотным сигналом и режимов фазирования использовался метод фазовой плоскости. Применялись частотные методы анализа систем управления, модальный метод синтеза систем. Разработка алгоритмов работы и средств построения функциональных узлов ССЭ проводилась с применением основ теории автоматического управления, теории цепей, теории электрических машин, теории графов, методов математического моделирования. Основные расчетные соотношения получены с применением преобразований Лапласа, дифференциального и интегрального исчисления. Теоретические положения и разработанные технические решения проверялись путем моделирования в среде МАТЬАВ и экспериментально на макетных образцах синхронно-синфазного электропривода.

Научная новизна работы. Решение поставленных задач определило научную новизну диссертационной работы, которая заключается в следующем.

1. Впервые на основе комплекса выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны основные принципы формирования математической модели синхронно-синфазного электропривода, использования математического аппарата при проведении теоретических исследований и проектирования подсистем ССЭ.

2. Разработана полная математическая модель импульсного частотно-фазового дискриминатора (входящего в состав ЛУС), адекватно отражающая его нелинейности.

3. На основе разработанной модели ИЧФД построены полные структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного сигнала фазового дискриминатора и определены условия их линеаризации в пропорциональном режиме работы электропривода с фазовой синхронизацией.

4. На основе метода фазовой плоскости проведен анализ динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией с учетом реального то-коограничения электродвигателя. Получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий для пропорционального режима работы

электропривода. Исследовано влияние значения коэффициента усиления регулятора на качество переходных процессов в системе управления и сформулированы рекомендации по его практическому выбору.

5. Предложена классификация способов регулирования электропривода с фазовой синхронизацией в зависимости от места введения дополнительных корректирующих сигналов в основной контур регулирования, и на основе метода фазовой плоскости проведен их сравнительный анализ. Для различных алгоритмов регулирования получены уравнения линий переключения из режима насыщения в режим фазового сравнения ЛУС и определены области начальных условий по угловой ошибке и ее производной.

6. Разработаны: а) эффективный способ коррекции электропривода с фазовой синхронизацией, основанный на введении дополнительного корректирующего сигнала в основной канал регулирования в режимах насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях контура ФАПЧВ; б) способ регулирования угловой скорости электропривода с фазовой синхронизацией с опережающей разблокировкой ИЧФД (при повторном совпадении во времени его входных импульсов). В результате обеспечивается сокращение времени переходных процессов и снижение перерегулирования по угловой скорости в контуре ФАПЧВ.

7. Усовершенствованы широко используемые при построении ССЭ способы фазирования: а) с пошаговым доворотом вала электродвигателя; б) квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода.

8. Предложены новые алгоритмы работы узлов ССЭ и разработаны на уровне изобретений новые технические решения по их построению.

Практическая ценность работы.

1. Предложена методика проектирования прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока.

2. Использование результатов сравнительного анализа способов построения ССЭ и его отдельных узлов позволяет в зависимости от предъявляемых к электроприводу технических требований выбрать наиболее подходящие схемные решения.

3. Разработаны и подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения варианты основных узлов прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока с улучшенными точностными, динамическими и надежностными показателями.

4. Результаты анализа динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией и разработанные на уровне изобретений структурные схемы основных узлов системы регулирования могут быть также использованы при проектировании систем фазовой автоподстройки частоты различных управляемых генераторов импульсов.

Реализация результатов работы.

Результаты теоретических исследований, обобщенные в монографии «Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электро-

привода постоянного тока» используются в ОмГТУ при проведении занятий по дисциплине «Системы прецизионного электропривода».

Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы использованы при разработке прецизионного синхронно-сйнфазного электропривода постоянного тока ПС-10, что позволило существенно снизить амплитуду угловых качаний ротора электродвигателя, а также сократить время переходных процессов синхронизации и фазирования в экспериментальных образцах электропривода. Работа проводилась на основе хоздоговоров ОмГТУ с научно-производственным объединением «Полюс», г. Томск.

Методика проектирования прецизионного синхронно-синфазного электропривода и рекомендации по построению узлов электропривода с фазовой синхронизацией использовались при проектировании прецизионных электроприводов в ФГУП «Центральное конструкторское бюро автоматики» и Омском НИИ приборостроения, г. Омск.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывалась и обсуждались на:

- Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Вторые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1985;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации», г. Львов, 1985;

- Всесоюзных семинарах «Системы управления, следящие приводы и их элементы», г. Москва, 1986, 1987;

- XIII научно-технической конференции «Системы электроснабжения автономных объектов», г. Томск, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Третьи Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов», г. Новосибирск, 1987;

- I Всесоюзной научно-технической конференции по электромехано-тронике, г. Ленинград, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении»: Четвертые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1989;

- I, IV, V Международных научно-технических конференциях «Динамика систем, механизмов и машин», г. Омск, 1995, 2002, 2004;

- научно-практической конференции «Энергетика на рубеже веков» г. Омск, 2003;

- II, III Всероссийских научно-практических конференциях «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях», г. Новокузнецк, 2004, 2006.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 60 печатных работах, в том числе 15 авторских свидетельствах и 1 патенте на изобретения.

Результаты теоретических исследований обобщены в монографиях «Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока» и «Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока». Основные научные результаты опубликованы в журналах «Электричество», «Электротехника», «Известия вузов. Электромеханика», «Известия Томского политехнического университета», «Омский научный вестник».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти основных глав и заключения, выполнена на 268 страницах основного текста, содержит 130 рисунков и 3 таблицы, список используемой литературы из 152 наименований и приложения на 15 страницах. Общий объем диссертации - 283 страницы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи работы, характеризуется научная новизна и практическая ценность результатов исследований.

В первой главе на основе анализа показателей назначения узла оптико-механической развертки и с учетом комплекса ограничений определены требования к электроприводу сканирующей системы. Обосновано использование бесконтактного двигателя постоянного тока в качестве основы для построения электромеханического узла ССЭ и принципа ФАПЧВ в качестве основы для построения прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока.

Предложена обобщенная функциональная схема ССЭ (рис. 1), реализованная на основе электропривода с фазовой синхронизацией. Контур ФАПЧВ содержит частотно-задающий блок ЧЗБ, формирующий импульсы опорной частоты /„„ и импульсы задания начального положения вала электродвигателя /•"„„; блок импульсных датчиков БИД частоты вращения /ос и положения вала электродвигателя /7Ж; логическое устройство сравнения ЛУС частот и фаз двух импульсных последовательностей: задания /„'„ и обратной связи корректирующее устройство КУ и бесконтактный двигатель постоянного тока БДПТ. Фазирующий регулятор ФР содержит блок определения углового рассогласования Аа.ф БОУР; блок регулирования угловой ошибки БР, формирующий импульсы добавочной частоты /д, и смеситель СМ основных /0„, /ос и добавочной /() частот.

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема синхронно-синфазного электропривода

Во второй главе предложена функциональная схема ИЧФД (рис. 2, где ФД - фазовый дискриминатор, ЧД - частотный дискриминатор, ЛБ — схема логической блокировки). Индекс / в обозначениях сигналов указывает на логический характер представления этих сигналов.

Рис. 2. Функциональная схема ИЧФД

На основе анализа алгоритма работы ЛУС разработана полная математическая модель ИЧФД (рис. 3, где НЭ - нелинейный элемент, РЭ - релейный элемент, ШИМ — широтно-импульсный модулятор), в которой отражены все его нелинейности. В предлагаемой модели обосновано представление фазового дискриминатора, входящего в состав ИЧФД, в виде широтно-импульсного модулятора нормированного сигнала фазового рассогласования Дф сравниваемых частот: частоты задания /оп и частоты /ос следования импульсов в цепи обратной связи электропривода с фазовой синхронизацией.

НЭ

1 Дф ■fr sr Л -f

р [jsut

|S0„ 1Ш1М РЭ

dF-

Рис. 3. Полная модель ИЧФД

В третьей главе построены полные структурные схемы контура фазовой синхронизации при различных способах демодуляции выходного сигнала фазового дискриминатора (рис. 4, где ФНЧ - фильтр нижних частот; СВХ - схема выборки-хранения).

Д<р

; ь шим

НЭ Р РЭ

—-zP

ФНЧ

1

(Тфр+\у

I м,

З^ЕМЭт

<р,

Д(р

НЭ

jS

CBXi IT, 1

%

M„ i

б

Рис. 4. Полные структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного сигнала ИЧФД

Определены условия линеаризации структурных схем контура ФАПЧВ в пропорциональном режиме работы:

- при использовании демодулятора на основе ФНЧ

/ог»Тф1/2п»тс/2п,

где Тф — постоянная времени ФНЧ, юс — частота среза линеаризованной в пропорциональном режиме работы системы регулирования;

- при использовании демодулятора на основе СВХ

fan ä Aaö .

где Дсог = Л/2ф0ем - максимальное значение ошибки по угловой скорости в пропорциональном режиме работы электропривода, <р0 = 2я/; — угловое рас-

стояние между метками ИДЧ, г - количество меток ИДЧ, гт — максимальное ускорение электродвигателя, Лай — допустимая погрешность преобразования угловой ошибки Да.

Проанализировано влияние основных возмущающих воздействий на точностные показатели электропривода и даны рекомендации по выбору структуры и параметров регулятора. Показана целесообразность использования модального регулятора в контуре ФАПЧВ, обеспечивающего апериодический (критический) переходный процесс в пропорциональном режиме работы электропривода.

На основе метода фазовой плоскости (рис. 5) проведен анализ динамических процессов в контуре ФАПЧВ, получены уравнения линий переключения Да = ф0/2±ф0я

и определены области начальных условий для режима вхождения электропривода в синхронизм со входным задающим частотным сигналом Г Да = ф0/2±ф0я { ¡Дсо|< Дыг.

Рис. 5. Фазовый портрет работы электропривода с учетом токоограничения БДПТ

Проанализированы динамические процессы в электроприводе с фазовой синхронизацией с учетом реального токоограничения электродвигателя. Для линейной зоны работы электропривода получено уравнение линий переключения (аЬ и сс1), обусловленных токоограничением электродвигателя

Дш V* . , Дсо,

Дю =----Да ± —=,

2ф0 4

где к— коэффициент усиления корректирующего устройства.

Исследовано влияние коэффициента усиления регулятора к на качество переходных процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией и сформу-

лированы рекомендации по его практическому выбору (к = 1 ... 16). В области низких частот вращения электропривода показана целесообразность использования демодулятора выходного сигнала ИЧФД на основе схемы выборки-хранения и применения цифрового регулятора в контуре ФАПЧВ.

В четвертой главе предложена классификация способов регулирования электропривода с фазовой синхронизацией (рис.6). На основе метода фазовой плоскости исследовано влияние алгоритма работы регулятора на динамику кон. тура фазовой синхронизации.

Для различных алгоритмов работы получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий ошибок регулирования по углу и частоте вращения в пропорциональном режиме работы электропривода: - изменение алгоритма работы ЛУС 1. Принудительная разблокировка ИЧФД Дш = Да>0, - уравнение линии переключения,

[-ф0/2<Да^Ф0/2

' — область начальных условии.

2. Релейные режимы работы ЛУС

Да = ±ф0и — уравнение линии переключения,

[Да = О

< , . — область начальных условии. [ |Дсо| < Дсо,

- введение корректирующих сигналов в каналы импульсных последовательностей

1. Способ фазовой коррекции (дискретной фазовой коррекции)

Да = -ТкАю + ф0/2 - уравнение линии переключения, где Тк — постоянная времени корректирующего устройства),

[- Т?ет + ф0/2 < Да < Ткгт + ф0/2 + ГкДсог

< к т 01 к т 0/ * г - область начальных условий. I ^Аю>ТкЕт-А(йг

2. Использование дополнительного генератора импульсов Да = Фо/2 + Дфм. — уравнение линии переключения, (-ф0/2<Да£ф0/2

■{ — область начальных условии.

[ Дш0 > Дсо ^ Дсо0 - До,

3. Способ автоматического фазирования

Да = Фо/2 — уравнение линии переключения, [Да = ф0/2

, „/, - область начальных условии. [0 > Доз > -Дш,/2"/2

Рис. 6. Классификация способов улучшения динамики электропривода с фазовой синхронизацией

- введение корректирующих сигналов в режимах насыщения ИЧФД

1. Использование сигналов ошибки по частоте вращения Да = ф0/2 - уравнение линии переключения,

Г Дсх = ф0/2

< „ . !--— область начальных условии.

[ 0 > Доз > -72ф0е„ = -До>г

2. Дифференцирование выходного сигнала дополнительного фазового дискриминатора

Да = ф0 /2 — уравнение линии переключения,

[Да = ф0/2

-! ,--- область начальных условии.

[ 0 > Дсо > = -Дсо,

Результаты проведенного анализа позволяют сделать вывод о влиянии рассмотренных алгоритмов регулирования в основном на динамические характеристики электропривода с фазовой синхронизацией. При этом наибольший эффект в плане сокращения времени переходного процесса и снижения перерегулирования по угловой скорости дают опережающая разблокировка ИЧФД и введение корректирующих сигналов в основной контур регулирования в режимах насыщения ЛУС при малых частотных рассогласованиях электропривода, что определяет целесообразность дальнейшего совершенствования соответствующих способов регулирования.

В пятой главе разработан эффективный способ коррекции контура ФАПЧВ, основанный на введении дополнительного корректирующего сигнала в основной канал регулирования в режимах насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях электропривода (рис. 7, а, где ДУ - дифференцирующее устройство, УК - управляемый ключ, ЧД - частотный дискриминатор).

а б

Рис. 7. Функциональные схемы регулятора в контуре ФАПЧВ и двухканального ЛУС

В этом .способе предлагается использовать для управления УК дополнительный частотный дискриминатор ЧД, в результате область действия коррекции расширяется в режимы насыщения ЛУС. Корректирующий сигнал Доз , пропорциональный отклонению угловой скорости, формируется путем дифференцирования сигнала Дф измерителя фазового рассогласования и затем суммируется с выходным сигналом ИЧФД у в диапазоне значений ошибки по угловой скорости |Дсо|<Ды)0, определяемой с помощью частотного дискриминатора. При частотных рассогласованиях, превышающих Дю0, сигнал коррекции отключается.

Для реализации этого способа разработаны алгоритмы работы фазового дискриминатора с расширенной линейной зоной характеристики (рис. 7, б, где Р, Т, П — сигналы индикации режимов работы электропривода: разгона, торможения и пропорционального) и ИЧФД с синхронизацией работы по импульсам задающей частоты и индикацией режимов работы электропривода (рис. 8, а, где

ЛУ — логическое устройство, ЛБ — логическая блокировка). Работа ИЧФД поясняется с помощью графа переходов (рис. 8, б).

Рис. 8. Структурная схема и граф переходов ИЧФД с синхронизацией работы блокирующих триггеров

Фазовый дискриминатор выполняется в виде суммирующего счетчика импульсов частоты /ос с коэффициентом пересчета равным трем с насыщением при достижении выходным кодом счетчика значения 10 и сбросом в 00 по импульсам частоты fon. В результате такой реализации счетчик подсчитывает количество поступивших импульсов частоты /ос между двумя соседними импульсами частоты /оп.

Логическое устройство ЛУ в зависимости от состояния счетчика импульсов и значений выходных сигналов блокирующих триггеров Т1, Т2 формирует сигналы, поступающие на информационные входы блокирующих триггеров. Эти сигналы отражают требуемое изменение текущего режима работы ИЧФД и в момент прихода импульса частоты /оп запоминаются в блокирующих триггерах.

Высокий уровень .напряжения Н на выходе второго разряда счетчика импульсов в ФД соответствует состояниям РЗ, 773 или 73 графа переходов и используется в схеме ЛБ для опережающей разблокировки ИЧФД в случае прихо-

да подряд двух или более импульсов частоты foc между двумя соседними импульсами частоты /оп в соответствии с логической функцией у 1 = (я + ТАЩ^Н.

Разработан способ регулирования угловой скорости электропривода с фазовой синхронизацией с опережающей разблокировкой ИЧФД, в результате обеспечивается сокращение времени переходного процесса в контуре ФАПЧВ. Для организации опережающей разблокировки ИЧФД предлагается функциональная схема ЧД, алгоритм работы которой основан на определении ситуации повторного наложения во времени входных импульсов ЧД (рис. 9, где ФКИ — формирователь коротких импульсов стабильной длительности т).

Рис. 9. Функциональная схема частотного дискриминатора

Совпадение во времени входных импульсов ЧД определяется с помощью логического элемента И, а количество таких повторных совпадений подсчиты-вается первым двухразрядным счетчиком импульсов СТ1. Второй счетчик импульсов СТ2 подсчитывает количество повторно совпадающих пауз, определяемых с помощью логического элемента ИЛИ-НЕ между повторными наложениями входных импульсов. Если такое количество совпадений пауз превышает единицу, то счетчик импульсов СТ1 устанавливается в ноль по сигналу с выхода <32 счетчика импульсов СТ2, и разблокировки ИЧФД не происходит. Если же повторное совпадение импульсов произошло на следующем такте /оп, то появляется единица на выходе С?2 счетчика СТ1 (выходной сигнал ЧД А/ ), по которой срабатывает одновибратор, осуществляющий разблокировку ИЧФД в пропорциональный режим работы или подключение второго канала регулирования (рис. 7, а).

При таком алгоритме работы частотного дискриминатора величина ошибки по угловой скорости Дса при повторном совпадении во времени входных импульсов ЧД находится в области

|Дш| <Дю0 = 2тсОэ/ф0.

В шестой главе рассматриваются вопросы построения фазирующего регулятора. Для обеспечения фазирования (начальной установки фазы) электропривод снабжается датчиком положения, формирующим равномерно распределенное количество импульсов Гпс за оборот вала электродвигателя, равное чис-

лу граней используемого в узле развертки полигонального зеркала, и фазирующим регулятором, содержащим блоки БР и БОУР (рис. 1).

Обычно используется алгоритм последовательной стыковки во времени процессов синхронизации и фазирования, который может быть реализован с помощью следующих способов фазирования:

1) с пошаговым доворотом вала электродвигателя;

2) с постоянной скоростью доворота вала электродвигателя;

3) с пропорциональной угловой ошибке скоростью доворота вала электродвигателя;

4) с квазиоптимальным (оптимальным) по быстродействию регулированием.

На основе метода фазовой плоскости проведен сравнительный анализ способов фазирования электроприводов с фазовой синхронизацией по быстродействию с учетом результатов научных исследований, полученных в третьей главе. Получены зависимости нормированного времени регулирования 1, от количества меток ИДЧ (то есть, в конечном счете, от требуемой точности фазирования) для выше упомянутых способов фазирования при значениях максимальной угловой ошибки ±гф0/2 (рис. 10)

(при£ = 1), /,«0,7571 (при А = 10);

12 « 0,25-Уг;

/~з « 0,41п г;

/4 = л/57'' » 1,1 (при 5' = 0,8), где 7/ '(фопт , — время переходного процесса при /-м способе фазирования, *фопт ~ время фазирования при оптимальном регулировании 5' — коэффициент, учитывающий снижение ускорения в режиме фазирования по сравнению с ет.

На основе проведенного сравнительного анализа способов реализации фазирующего регулятора можно сделать вывод о перспективности использования в ССЭ двух алгоритмов фазирования:

1) пошагового доворота вала электродвигателя;

2) квазиоптимального по быстродействию фазирования.

Первый способ наиболее прост в реализации и может использоваться в системах ССЭ с редкой перестройкой заданной угловой скорости со,, например в системах покадрового сканирования. В этом случае режим фазирования осуществляется один раз при пуске электропривода и длительность времени фазирования не играет большой роли.

Рис. 10. Зависимости максимального времени фазирования от количества меток ИДЧ при различных способах начальной установки фазы

Способ квазиоптимального по быстродействию фазирования целесообразно использовать в системах ССЭ с периодической перестройкой со,. В этом случае за счет большого времени фазирования происходит значительная потеря информации, следовательно длительность переходных процессов в режиме фазирования необходимо сводить к минимуму.

Для уменьшения времени фазирования в пошаговом режиме предлагается определять знак угловой ошибки и соответственно ему вводить возмущающие импульсы в каналы задания или обратной связи (рис. 11, где ИВИ - источник возмущающих импульсов, БИС - блок индикации синхронизации). Разделение режимов синхронизации и фазирования осуществляется с помощью БИС, управляющего работой ИВИ.

Усовершенствован способ квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода, в результате алгоритм работы квазиоптимального регулятора сводится к изменению знака ускорения вала в момент отработки половины начальной угловой ошибки фазирования Да0, сформировавшейся в конце процесса синхронизации. Для сохранения пропорционального режима работы при отработке линейно нарастающего частотного сигнала накладывается ограничение на скорость нарастания сигнала задания угловой скорости

где г - коэффициент, учитывающий перерегулирование угловой ошибки в контуре ФАПЧВ в переходных режимах. При выполнении этого условия и задании одинаковой величины ¡<Ла3/<Л| при разгоне и торможении электродвигателя в режиме фазирования обеспечивается независимость ускорения электропривода от величины момента нагрузки, то есть |<Ло/сЛ| = |<Ло3 /<й|.

Рис. 11. Функциональная схема синхронно-синфазного электропривода с пошаговым доворотом вала электродвигателя

Функциональная схема электропривода с квазиоптимальным фазирующим регулятором приведена на рис. 12. В зависимости от знака начальной угловой ошибки Да0, определяемой БОУР в режиме фазирования, БР выдает сигналы Р или Т, управляющие соответственно разгоном или торможением электропривода с ускорением Еф = ея5', при этом на вход ЛУС поступает сигнал

fon ~ fé *

Рис. 12. Функциональная схема синхронно-синфазного электропривода с квазиоптимальным по быстродействию фазированием

В седьмой главе рассмотрены вопросы проектирования основных элементов электромеханического узла прецизионного электропривода: бесконтактного двигателя постоянного тока, датчика положения ротора БДПТ, фотоэлек-

трического импульсного датчика частоты вращения и датчика угловой скорости.

Основу БДПТ составляет синхронный двигатель (СД), являющийся сложным нелинейным объектом, для управления которым необходимы специальные методы. Задача линеаризации звена «силовой преобразователь (СП) - СД» решается путем использования известного принципа частотно-токового управления. Введение позиционной обратной связи превращает синхронную машину с инвертором в бесконтактный аналог машины постоянного тока, имеющей линейную механическую характеристику, высокие показатели использования и высокий к.п.д. Функциональная схема электромеханического преобразователя электропривода приведена на рис. 13, где УПМ - устройство позиционной модуляции, П - перемножитель, РЭ - релейный элемент, ДТ — датчик тока, ДПР -датчик положения ротора.

Рис. 13. Функциональная схема БДПТ

При построении БДПТ показана целесообразность построения ДПР на основе цифрового преобразователя угла (ЦПУ), использования цифровой позиционной модуляции и релейного регулятора фазных токов БДПТ, функционирующего в скользящем режиме. Датчик положения ротора (ДПР) на основе цифрового преобразователя угла (ЦПУ) реализуется в соответствии со схемой, приведенной на рис. 14. Выходные цифровые сигналы ДПР sin pa и cos pa формируются с помощью постоянных запоминающих устройств (ПЗУ), в которые предварительно записываются требуемые значения модулирующих функций. На входы ПЗУ подается цифровое значение угла поворота ротора а, которое формируется с помощью цифрового преобразователя углового положения ротора БДПТ,

Задача разработки ЦПУ требует решения двух основных вопросов, связанных с реализацией первичного преобразователя угла (ПГГУ) и системы преобразования полученного сигнала в цифровое значение угла, обеспечивающей требуемые характеристики ЦПУ. Разработана конструкция первичного преобра-

зователя угла для БДПТ, отличающаяся простотой и технологичностью изготовления (рис. 15).

Рис. 14. Функциональная схема ДПР

Рис. 15. Конструкция ППУ

Предложены алгоритм работы и схема цифрового преобразователя угла на основе фазовращателя, функционирующая в режиме непрерывного слежения за выходным сигналом первичного преобразователя угла. (рис. 16, где Г — генератор импульсов; СИ - счетчик импульсов; ФП - функциональный преобразователь; ФВ - фазовращатель на основе предложенного датчика положения ротора; БОУ — блок отслеживания выходного значения угла ФВ; ВУ - вычитающее устройство).

Разработаны способы коррекции оборотных погрешностей измерительных преобразователей частоты вращения, которые позволяют скомпенсировать основную погрешность датчиков, обусловленную эксплуатационным эксцентриситетом.

Предложен способ коррекции выходного сигнала импульсного датчика частоты вращения и разработана конструкция фотоэлектрического преобразователя с датчиком эксцентриситета, выполненного в виде кольцевых растров и дополнительной фотопары (рис. 17, где ИС - источники света; Ф - фотоприемники; К — компаратор; ФИ — формирователь импульсов). В этой конструкции на

подвижном 1 и неподвижном 2 модуляторах датчика дополнительно к радиальной наносится кольцевая растровая решетка и устанавливается дополнительная фотопара (ИС2, Ф2), формирующая компенсирующий сигнал и2, который используется для автоматической коррекции выходного сигнала датчика.

Рис. 16. Функциональная схема ЦПУ на основе фазовращателя

ИС2

гЬ

Ч-1

ИС1

Ф2СГ]

\\WW4-

Ф1

и,

и» г~71/«

К ФИ

Рис. 17. Конструкция ИДЧ

Показано, что для устранения погрешности преобразования датчиков угловой скорости (ДУС), обусловленной неидеальностью их конструкции и эксцентриситетом, целесообразно использовать сигнал ИДЧ для коррекции сигнала, пропорционального со. Коррекция выходного сигнала ДУС осуществляется с помощью функционального преобразователя ФП (рис. 18, а), формирующего корректирующий сигнал и2 путем сравнения сигнала с выхода ИДЧ foc и выходного сигнала преобразователя и3. Учитывая зависимость чувствительности ДУС от положения ротора, можно записать

и, = Г(«)*оО> -.

где к'(а) — коэффициент, учитывающий изменение чувствительности ДУС от положения ротора; ка — коэффициент преобразования скорость-напряжение ДУС.

Рис. 18. Функциональные схемы преобразователя угловой скорости с" коррекцией оборотной погрешности ДУС и функционального преобразователя

Для получения широкого диапазона измерения угловой скорости, включая область низких частот вращения, разработан способ коррекции выходного сигнала датчика угловой скорости, основанный на определении коэффициента к'{а) в моменты прихода импульсов с ИДЧ путем сравнения проинтегрированного в ФП сигнала с выхода ДУС с выходным сигналом ИДЧ и в соответствии с этим формировании корректирующего сигнала и2. Структурная схема ФП, реализующего предложенный способ коррекции выходного сигнала ДУС, приведена на рис. 18, б, где ИН — интегратор напряжения, П — перемножитель.

В восьмой главе рассмотрены вопросы проектирования основных узлов системы управления синхронно-синфазного электропривода: логического устройства сравнения, корректирующего устройства, фазирующего регулятора.

Обоснована необходимость использования на входе ЛУС схемы разделения совпадающих во времени импульсов и разработана схема с высоким быстродействием (рис. 19, а). На рис. 19, б приведен граф переходов устройства (узлы графа соответствуют различным выходным состояниям устройства, а линии связи — логическим значениям входных сигналов /ос и /оп соответственно).

Предложена функциональная схема ИЧФД с синхронизацией работы блокирующих триггеров по импульсам задающей частоты и индикацией режимов работы электропривода (рис. 8, а), что позволило расширить функциональные возможности ЛУС, повысить надежность и эффективность его работы. Разработаны схемы фазового дискриминатора с расширенной линейной зоной характеристики (рис. 7, б) и частотного дискриминатора с опережающим формированием выходного сигнала частотного рассогласования (рис. 9).

10 11

Рис. 19. Функциональная схема и граф работы устройства для разделения совпадающих во времени импульсов на основе ПЗУ

Высокое быстродействие при преобразовании сигнала у в аналоговый сигнал достигается при использовании дискретного преобразователя (рис. 20, а) на основе схемы выборки хранения (СВХ). Функциональный преобразователь ФП осуществляет формирование напряжения ип> значение которого в момент прихода импульса частоты пропорционально сигналу у. Это значение напряжения запоминается в СВХ и поступает на выход демодулятора.

А,

и

ЛУС

ФП и„ СВХ

Рис. 20. Структурная схема демодулятора ШИМ-сигнала на основе СВХ и функционального преобразователя

Предложена схема ФП, выполненная в виде разделительной ЯС-цепи (рис. 20, б) и позволяющая обеспечить высокую точность преобразования в широком диапазоне рабочих частот fon.

Проведен сравнительный анализ способов получения сигнала ошибки по угловой скорости в электроприводе с фазовой синхронизацией. Показано, что для получения высокой точности измерения ошибки по угловой скорости Да> во всем диапазоне рабочих частот вращения электропривода с фазовой синхронизацией сигнал Дсо целесообразно формировать путем преобразования сигна-

ла у, формируемого на выходе ЛУС с достаточно высокой точностью в рабочем диапазоне угловых скоростей электропри вода.

Дифференцирующее устройство с постоянной времени Тк на операционном усилителе при простоте практической реализации позволяет в контуре ФАПЧВ сформировать сигнал Дсо требуемой точности в широком диапазоне рабочих угловых скоростей в области высоких частот вращения электропривода.

Дискретный характер сигнала у определяет возможность вычисления сигнала Дсо в цифровой форме в виде первой разности двух измерений фазовой ошибки с последующим формированием корректирующего сигнала с помощью цифрового корректирующего устройства, построенного на основе методов проектирования цифровых регуляторов. В контуре ФАПЧВ измерение значений фазовой ошибки осуществляется в моменты прихода импульсов обратной связи, то есть с периодом Тос. Показано, что в области пропорциональной работы электропривода (|Дш|<Д<аг) Тж я Топ и, следовательно, временной интервал дискретизации можно считать постоянным.

В области низких частот вращения такой способ измерения Дсо является перспективным для реализации в цифровых системах управления электроприводом с фазовой синхронизацией (рис. 21, где БОФ - блок определения фазового рассогласования; БОПРФ - блок определения первой разности фазорассогла-сований импульсов сравниваемых частот /оп и /ос; СУМ - сумматор). Дополнительные перестраиваемые частоты и /2 необходимы для поддержания постоянными параметров цифрового корректирующего устройства при изменении заданной частоты вращения.

Рис. 21. Цифровое корректирующее устройство для электропривода с фазовой синхронизацией

Разработаны схемы фазирующего регулятора, реализующие алгоритмы пошагового доворота вала электродвигателя и квазиоптималыюго по быстродействию фазирования и позволяющие сократить время фазирования (рис. 11,12).

Предложена методика проектирования ССЭ (задается момент инерции рабочего механизма узла оптико-механической развертки J, погрешность регулирования угловой ошибки Аа„ и диапазон рабочих угловых скоростей ы3):

1) исходя из допустимой погрешности регулирования угловой ошибки Аа„, рассчитывается количество меток z ИДЧ из условия

Ф0 <100Да„, или с учетом того, что ф0 = 2я/- *

100Дап

' 2) исходя из нижней границы рабочего диапазона регулирования угловой скорости с учетом условий линеаризации фазового дискриминатора при аналоговой и дискретной фильтрации сигнала у, определяется требуемая частота среза сос замкнутой системы регулирования: - для аналогового демодулятора

„ - . Л-2 min

<2л 10 -—;

Фо

- для дискретного демодулятора

10 Фо ф о фо

3) задавая значение коэффициента усиления к регулятора в пределах 1...10, с учетом величины момента инерции У рабочего механизма электропривода, Мэм = ¡у\ут и е = А/эи/./ определяются максимальные значения тока и момента БДГТТ в переходных режимах: Фо®? .

2к

тах — Jsm,

у тах > и тах /'t'm '

4) рассчитывается постоянная времени КУ

Тк=

где Д. = 2с,„&/ф0 — добротность электропривода по ускорению;

5) для снижения времени переходного процесса и величины перерегулирования по До в электроприводе целесообразно использовать'двухканальное ЛУС и систему управления с введением корректирующих сигналов в режимах насыщения ИЧФД и опережающей разблокировкой логического устройства сравнения по сигналу дополнительного частотного дискриминатора;

6) в зависимости от области применения ССЭ выбирается алгоритм работы фазирующего регулятора (пошаговый доворот вала электродвигателя или квазиоптимальное по быстродействию регулирование).

В девятой главе приведены результаты моделирования электропривода с фазовой синхронизацией в области высоких частот вращения (режим стабили-

26

зации угловой скорости и следящий режим работы) и цифрового электропривода с фазовой синхронизацией в пропорциональном режиме работы в приложении Я1миЬГЫК программного пакета МАТЬАВ.

Цифровая система управления обеспечивает качественное регулирование электропривода с фазовой синхронизацией в области низких частот вращения (где не выполняются условия линеаризации контура ФАПЧВ в пропорциональном режиме работы). Использование методов параметрической оптимизации цифрового корректирующего устройства позволяет реализовать требуемый вид переходных процессов в пропорциональном режиме работы электропривода.

Передаточная функция цифрового регулятора УУ^г) определяется путем аппроксимации передаточной функции аналогового ПД-регулятора №*(р), полученной для критического переходного процесса, в виде

Яг

где <70 = к(Тк +Та), = -кТк, цг = Та - коэффициенты передаточной функции цифрового регулятора; Т0 — период дискретизации.

С целью улучшения качества переходного процесса в цифровом электроприводе с фазовой синхронизацией была проведена параметрическая оптимизация цифрового корректирующего устройства. В качестве критерия оптимизации был принят средний квадрат ошибки управления

1 м

Уда =77-71: ¿С<2№-М +1 *=п

•5*а« — ж 1 .

1 к=0

где: Л/- число тактов квантования на выбранном интервале оптимизации.

При моделировании работы цифрового электропривода были заданы следующие значения параметров: г = 4800, ет = 10 с"2, <у0 = 1,268 ■ 1СГ2, <7, = -1,168 -10~2, qг = 1-10"*. Период дискретизации Т0 = 10~3с выбран равным периоду следования задающих импульсов. Моделирование проводилось при следующих начальных условиях: Дш = -ДсоГ =--х/2ф0Е„1 =-1,618-10"' с"1, Да = ф0/2 = 6,55 - Ю-4 рад.

Результаты моделирования при вариациях параметров цифрового корректирующего устройства позволяют сделать вывод о том, что изменение коэффициентов да и qx приводит к ухудшению показателей переходного процесса в электроприводе, а путем изменения коэффициента Цг можно улучшить качество переходного процесса. График изменения среднего значения квадрата ошибки при вариации коэффициента Цг приведен на рис. 22. Из полученного графика видно, что оптимальный режим работы электропривода обеспечивается при уменьшении д2 на 10%.

Приведены результаты экспериментальных исследований опытного образца синхронно-синфазного электропривода. В электроприводе использован ИДЧ с г = 4800 и бесконтактный синхронный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов, обеспечивающий в электроприводе в заданном диапа-

зоне регулирования ет =10с"1 и е„/ет <0,07, на основе которого реализован БДПТ путем использования системы релейного частотно-токового управления СД. Токи в обмотках электродвигателя формируются с помощью релейного регулятора, функционирующего в скользящем режиме.

Рис. 22. График зависимости среднего квадрата ошибки от нормированного значения коэффициента д2

Для уменьшения времени переходного процесса использован разработанный в пятой главе способ коррекции контура ФАПЧВ, заключающийся во введении дополнительного корректирующего сигнала, пропорционального Да, в канал регулирования в режимах насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях электропривода. Основные элементы контура ФАЦЧВ выполнены на основе предложенных технических решений. Устройство фазирования реализовано на основе разработанных в восьмой главе функциональных схем квазиоптимального по быстродействию регулятора угловой ошибки. Осциллограммы переходных процессов по ошибке регулирования угловой скорости ССЭ и фазовому рассогласованию контура ФАПЧВ приведены на рис. 23, а. Фазовый портрет работы синхронно-синфазного электропривода Дсо = /(Да) приведен на рис. 23, б.

Комплексное использование разработанных методик, алгоритмов и структурных схем позволило реализовать синхронно-синфазный электропривод, удовлетворяющий высоким требованиям по точности и быстродействию. Результаты экспериментальных исследований подтвердили правильность теоретических выводов. Синхронизация электропривода во всем диапазоне рабочих частот вращения осуществляется в линейной зоне работы без повторных выходов ИЧФД в режимы насыщения. Вид переходного процесса близок к критическому. Фазирование осуществляется без размыкания контура ФАПЧВ, количество циклов регулирования не превышает 4. Время фазирования не превышает 2 с.

Угловая ошибка синфазного режима не превышает 2 угл.с. в диапазоне частот вращения 60...6000 об/мин.

а б

Рис. 23. Осциллограммы: а) переходных процессов по ошибке регулирования угловой скорости ССЭ и фазовому рассогласованию контура ФАПЧВ;

б) фазовый портрет работы синхронно-синфазного электропривода

В приложении приведены материалы о внедрении результатов диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований разработаны основные принципы формирования математической модели синхронно-синфазного электропривода и проектирования подсистем ССЭ, на этой основе предложены новые способы и средства регулирования электропривода и построения его основных узлов.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1) разработана полная модель ИЧФД, в которой отражены все его нелинейности; на ее основе построены полные структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного ШИМ-сигнала фазового дискриминатора и определены условия их линеаризации в пропорциональном режиме работы;

2) на основе метода фазовой плоскости проведен анализ динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией с учетом реального то-коограничения электродвигателя. Получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий для режима вхождения контура ФАПЧВ в синхронизм со входным задающим частотным сигналом, в том числе обусловленные токоограничением БДПТ. Исследовано влияние коэффициента

усиления регулятора на качество переходных процессов в системе и сформулированы рекомендации по его практическому выбору;

3) предложена классификация способов регулирования электропривода с фазовой синхронизацией в зависимости от места введения корректирующих сигналов в основной контур регулирования;

4) исследовано влияние алгоритма работы регулятора на динамику контура фазовой синхронизации, для различных алгоритмов управления получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий по угловой ошибке и ее производной для пропорционального режима работы электропривода;

5) разработан эффективный способ коррекции контура ФАПЧВ, основанный на введении дополнительного корректирующего сигнала в основной канал регулирования в режиме насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях электропривода;

6) разработан способ регулирования угловой скорости электропривода с опережающей разблокировкой ИЧФД (при повторном совпадении во времени его входных импульсов), в результате обеспечивается сокращение времени переходного процесса и снижение перерегулирования по угловой скорости в контуре ФАПЧВ;

7) на основе метода фазовой плоскости с учетом результатов анализа динамики контура ФАПЧВ проведен сравнительный анализ существующих способов фазирования ССЭ по быстродействию;

8) усовершенствован способ фазирования ССЭ с пошаговым доворотом вала электродвигателя, в котором учитывается знак начальной угловой ошибки;

9) усовершенствован способ квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода;

10) предложена конструкция датчика положения ротора для БДПТ, отличающаяся простотой и технологичностью изготовления;

11) предложен алгоритм работы и разработана схема цифрового преобразователя угла на основе фазовращателя, функционирующая в режиме непрерывного слежения за выходным сигналом первичного преобразователя угла;

12) разработаны способы и средства коррекции оборотных погрешностей измерительных преобразователей частоты вращения (ИДЧ и ДУС), которые позволяют скомпенсировать основную погрешность датчиков, обусловленную эксплуатационным эксцентриситетом;

13) разработаны быстродействующие схемы разделения совпадающих во времени импульсов на входе ИЧФД;

14) разработаны алгоритм работы и схема ИЧФД с синхронизацией работы блокирующих триггеров по импульсам задающей частоты, что позволило расширить его функциональные возможности, повысить надежность и эффективность работы;

15) разработаны алгоритмы работы и схемы фазового дискриминатора с расширенной линейной зоной характеристики и частотного дискриминатора с опережающим формированием выходного сигнала частотного рассогласования;

16) предложена схема демодулятора выходного ШИМ-сигнала ЛУС на основе разделительной RC-цепи;

17) проведен сравнительный анализ способов получения сигнала ошибки по угловой скорости в электроприводе с фазовой синхронизацией и предложены схемы построения цифрового корректирующего устройства;

18) разработаны схемы фазирующего регулятора, реализующие алгоритмы пошагового доворота вала электродвигателя и квазиоптимального по быстродействию фазирования и позволяющие сократить время фазирования;

19) предложена методика проектирования ССЭ.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Бубнов A.B. Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока // Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2004. - 131 с.

2. Бубнов A.B. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: Монография. — Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2005. - 190 с.

3. Бубнов A.B. Анализ влияния алгоритма работы импульсного частотно-фазового дискриминатора на динамику электропривода с фазовой синхронизацией // Известия Томского политехнического университета. - 2004. - № 6. - Т. 307.-С. 139-143.

4. Бубнов A.B. Многофункциональное логическое устройство сравнения для электропривода с фазовой синхронизацией // Известия Томского политехнического университета. - 2005. - № 4. - Т. 308. - С. 153-157.

5. Бубнов A.B. Математическая модель логического устройства сравнения для электропривода с фазовой синхронизацией // Электричество. - 2005. — № 5. -С. 27-31.

6. Бубнов A.B. Улучшение динамики электропривода с фазовой синхронизацией // Электротехника. - 2005. - № 11. - С. 48-52.

7. Бубнов A.B. Способ коррекции электропривода с фазовой синхронизацией // Известия вузов. Электромеханика. - 2005. -№ 4 - С. 49-52.

8. Бубнов A.B. Анализ влияния нелинейностей системы управления на динамику электропривода с фазовой синхронизацией // Омский научный вестник.-2005.-№2.-С. 125-127.

9. Бубнов A.B. Вопросы выбора регулятора для следящего электропривода с фазовой синхронизацией / A.B. Бубнов, П.А. Катрич // Омский научный вестник. -2005.-№2.-С. 128-131.

10. Бубнов A.B. Методика проектирования синхронно-синфазного электропривода// Омский научный вестник. - 2005. — № 3. - С. 120-122.

11. Бубнов A.B. Цифровой регулятор для электропривода с фазовой синхронизацией / A.B. Бубнов, А.И. Лыченков // Омский научный вестник. - 2005, -№3.- С. 122-125.

12. Бубнов A.B. Эффективный способ фазирования систем синхронно-синфазных электроприводов // Омский научный вестник. — 2005. — № 4. — С. 142-147.

13. Бубнов A.B. Определение условий линеаризации модели импульсного частотно-фазового дискриминатора в электроприводе с фазовой синхронизацией // Электричество. - 2006. - № 1. - С. 38-43.

14. Бубнов A.B. Сравнительный анализ способов улучшения динамики электропривода с фазовой синхронизацией // Известия вузов. Электромеханика. -2006,-№2.-С. 37-41.

15. Бубнов A.B. Анализ влияния токоограничения двигателя на динамику электропривода с фазовой синхронизацией // Электричество. — 2006. — № 5. — С. 35-39.

16. Бубнов A.B. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор для прецизионного синфазного электропривода / A.B. Бубнов, В.Л. Федоров. — Омск, 1999. - Деп. в ВИНИТИ 23,12.99, № 3806 - В99. - 13 с.

17. Бубнов A.B. Исследование режима синхронизации в контуре фазовой автоподстройки частоты вращения. - Омск, 1999. - Деп. в ВИНИТИ 23.12.99, № 3805 —В99. — 21 с.

18. A.c. 737840 СССР, МКИ2 G01 R 11/00. Счетчик электрической энергии / В.Г. Шахов, P.A. Ахмеджанов, A.B. Бубнов (СССР) - 3 е.: ил.

19. A.c. 1029080 СССР, МКИ3 G01 Р 3/46. Преобразователь угловой скорости / A.B. Бубнов, В.Н. Горюнов (СССР). - 3 е.: ил.

20. A.c. 1273810 СССР, МКИ4 G01 Р 3/46. Преобразователь угловой скорости / A.B. Бубнов, В.Н. Зажирко, Б.М. Ямановский (СССР). — 4 е.: ил.

21. A.c. 1312734 СССР, МКИ4 Н03 М 1/24. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код / A.B. Бубнов, В.Н. Зажирко, A.M. Сутормин и др. (СССР). - 4 е.: ил.

22. A.c. 1328887 СССР, МКИ4 Н02 К 24/00. Бесконтактный преобразователь угла поворота с сосредоточенными обмотками / В.Н. Зажирко, Б.М. Ямановский, A.B. Бубнов и др. (СССР). - 4 е.: ил.

23. A.c. 1492459 СССР, МКИ4 НОЗ К 5/153. Устройство для разделения двух последовательностей импульсов / A.B. Бубнов, В.Н. Зажирко, А.Г. Шахно-вич, A.M. Сутормин (СССР). - 6 е.: ил.

24. A.c. 1508332 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя / A.B. Бубнов, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко и др. (СССР). - 4 е.: ил.

25. A.c. 1508334 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). — 4 е.: ил.

26. A.c. 1589373 СССР, МКИ5 НОЗ D 13/00. Частотно-фазовый дискриминатор / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). — 5 е.: ил.

27. A.c. 1591172 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50, 5/06. Синхронно-синфазный электропривод / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко A.M. Сутормин и др. (СССР). - 6 е.: ил.

28. A.c. 1594689 СССР, МКИ5 НОЗ М 1/48, 1/64. Преобразователь угла поворота вала в код / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Мудрик, A.M. Сутормин (СССР).-5 е.: ил.

29. A.c. 1612368 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50, 5/06. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока 1 A.M. Сутормин, В.Г. Кавко, A.B. Бубнов и др. (СССР). - 4 е.: ил.

30. A.c. 1624649 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод / A.B. Бубнов, Б.М. Ямановский (СССР). — 4 е.: ил.

31. A.c. 1688381 СССР, МКИ5 НОЗ D 13/00. Импульсно-фазовый дискриминатор / B.JI. Федоров, A.B. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). - 4 е.: ил.

32. A.c. 1707723 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя / A.M. Мудрик, A.B. Бубнов, В.Г. Кавко и др. (СССР) - 17 е.: ил.

33. Пат. 2145060 РФ, МКИ7 G01 F 1/78, 1/28. Устройство для определения массового расхода текучих сред / A.B. Бубнов, В.И. Кузнецов, В.К. Федоров, И.О. Щука (РФ) - 4 е.: ил.

34. Бубнов A.B. Измерение малых угловых скоростей тахогенераторами постоянного и переменного тока с коррекцией от импульсного датчика положения / A.B. Бубнов, В.Н. Горюнов // Исследование электрооборудования железнодорожного транспорта: Межвуз. сб. науч. тр. - Омск: ОмИИТ, 1981. — С. 4247.

35. Горюнов В.Н. Особенности применения редкоземельных магнитов в измерительных преобразователях скорости / В.Н. Горюнов, A.B. Бубнов // Исследование электрооборудования железнодорожного транспорта: Межвуз. сб. науч. тр. -Омск: ОмИИТ, 1981. - С. 70-75.

36. Бубнов A.B. Особенности построения цифровой системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока / A.B. Бубнов, Ю.И. Юрьев // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. - Омск: ОмПИ, 1984. — С. 14-17.

37. Бубнов A.B. Цифровая фазовая коррекция для дискретного электропривода // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. — Омск: ОмПИ, 1985. — С. 62-65.

38. Бубнов A.B. Исследование режима захвата в астатическом дискретном электроприводе // Электромагнитные процессы в электрических машинах и аппаратах / Под ред. В.Н. Зажирко. - Омск: ОмПИ, 1986. - С. 37-39.

39. Мудрик AM. Цифровое моделирование астатического электропривода с фазовращателем в контуре фазовой синхронизации / A.M. Мудрик, A.B. Бубнов // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом / Под ред. В.Н. Зажирко. - Омск: ОмПИ, 1987. -С. 4-9.

40. Зажирко В.Н. Многофункциональный измерительный преобразователь для синхронного электропривода / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов // Разработка ав-

томатизированных средств измерения, контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта. - Омск: ОмИИТ, 1988. - С. 6-10.

41. Бубнов A.B. Разработка модели импульсного частотно-фазового дискриминатора // Электромагнитные процессы в электрических устройствах и машинах. - Омск: ОмПИ, 1990.-С. 18-21.

42. Зажирко В.Н. Сравнительный анализ способов построения электроприводов с фазовой синхронизацией / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов // Разработка и исследование автоматизированных средств контроля и управления для предприятий железнодорожного транспорта. — Омск: ОмИИТ, 1990. — С. 6-10.

43. Бубнов A.B. Датчик положения ротора для бесконтактного двигателя постоянного тока / A.B. Бубнов, А.И. Лыченков // Электромагнитные процессы в электромеханических преобразователях энергии: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский гос. ун-т путей сообщения. - Омск, 2006. -С. 51-57.

44. Зажирко В.Н. Параметрическая оптимизация цифрового корректирующего устройства в системе импульсно-фазовой автоподстройки частоты вращения / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов, A.M. Сутормин И Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации». - М.: Радио и связь, 1985. - С. 99.

45. Зажирко В.Н. Цифровая система стабилизации частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов, A.M. Сутормин // Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Вторые Бенардосовские чтения. - Иваново, 1985. -Т.1.-С. 127-128.

46. Зажирко В.Н. Многофункциональный измерительный преобразователь для астатического дискретного электропривода / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов // Системы управления, следящие приводы и их элементы / Всесоюз. семинар: Тез. докл. - М., 1986. - С. 166.

47. Зажирко В.Н. Оптоэлектронный преобразователь информации для дискретного астатического электропривода / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов, A.M. Сутормин П Системы управления, следящие приводы и их элементы / Всесоюз. семинар: Тез. докл.-М., 1987.-С. 229-230. .

48. Зажирко В.Н. Улучшение динамики синхронно-синфазного электропривода с помощью цифрового корректирующего устройства / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов, A.M. Сутормин // Системы электроснабжения автономных объектов / ХШ науч.-техн. конф.: Тез. докл. - Томск, 1987. — С. 166-167.

49. Зажирко В.Н. Анализ динамических свойств астатического дискретно- , го электропривода / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов, A.M. Сутормин И Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехно- , логии»: Третьи Бенардосовские чтения. - Иваново, 1987.-С. 82.

50. Зажирко В.Н. Анализ динамических свойств синхронного электропри-. вода с цифровой фазовой коррекцией / В.Н. Зажирко, A.B. Бубнов // Тез. докл. . Всесоюз. науч.-техн. конф. «Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов». - Новосибирск, 1987. - С. 22. ;;

51. Бубнов A.B. Моментный двигатель для автономных систем синхронизированного электропривода / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко, Д.М. Сутормин // Тез. докл. 1 Всесоюз. науч.-техн. конф. по электромеханотронике. — Л., 1987. - С. 240-241.

52. Бубнов A.B. Исследование режима синхронизации в синфазном электроприводе / A.B. Бубнов, A.M. Сутормин Н Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении»: Четвертые Бенардосовские чтения. - Иваново, 1989. — Т. 2. — С. 161-162.

53. Кавко В.Г. Оценка эффективности модальных регуляторов в электроприводе с импульсно-фазовой автоподстройкой частоты вращения / В.Г. Кавко, A.B. Бубнов // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». - Омск: ОмГТУ, 1995. - Кн.1. - С. 33.

54. Бубнов A.B. Эффективный способ коррекции синфазного электропривода / A.B. Бубнов, В.Г. Кавко // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». — Омск: ОмГТУ, 1995. - Кн.1. - С. 35.

55. Бубнов A.B. Обоснование модели импульсного частотно-фазового дискриминатора в системе синхронно-синфазного вращения // Мат. IV Междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». — Омск: ОмГТУ, 2002.-Кн.1.-С. 141-144.

56. Бубнов A.B. Анализ влияния токоограничения электродвигателя на динамику электропривода тепловизорной системы / A.B. Бубнов, А.И. Лычен-ков, П.А. Катрич, Т.А. Бубнова И Энергетика на рубеже веков: Сб. матер, науч,-практ. конф. / Под ред. В.Н. Горюнова. - Омск: изд. ОмГТУ, 2003. - С. 165-170.

57. Бубнов A.B. Способ синхронизации синфазного электропривода. // Динамика систем, механизмов и машин: Мат. V Междунар. науч.-техн. конф. -Омск: ОмГТУ, 2004. - С. 169-172.

58. Бубнов A.B. Способ коррекции синхронно-синфазного электропривода. // Динамика систем, механизмов и машин: Мат. V Междунар. науч.-техн. конф. - Омск: ОмГТУ, 2004. - С. 173-176.

59. Бубнов A.B. Разработка способа коррекции электропривода с фазовой синхронизацией с улучшенными динамическими характеристиками / A.B. Бубнов, Т.А. Бубнова, А.И. Лыченков // Труды II Всероссийской науч.-практ, конф. «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях». - Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2004.-С. 104-108. ,

60. Бубнов A.B. Анализ влияния параметров регулятора на динамику электропривода с фазовой синхронизацией с учетом токоограничения электродвигателя / A.B. Бубнов, П.А. Катрич, А.И. Лыченков // Труды III Всероссийской науч.-практ. конф. «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях». - Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2006. - С. 63-68.

Отпечатано с оригинал-макета, предоставленного автором

ИД №06039 от 12.10.2001

Подписано к печати 13.07.06. Бумага офсетная. Формат 60х84 1/16. Отпечатано на дупликаторе. Усл.печл. 2,0. Уч.-изд.л. 2,0.

_Тираж 100 экз. Заказ 604._

Издательство ОмГТУ. 644050, г. Омск, пр. Мира, 11. Типография ОмГТУ.

ВВЕДЕНИЕ.

1. СИНХРОННО-СИНФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД КАК ОСНОВА ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ОБЗОРНО-ПОИСКОВЫХ СИСТЕМ.

1.1. Принципы построения сканирующих систем.

1.2. Показатели назначения и требования к электроприводу сканирующих систем.

1.3. Бесконтактный двигатель постоянного тока как основа для построения электромеханического узла синхронно-синфазного электропривода.

1.4. Принцип фазовой автоподстройки частоты вращения как основа для построения прецизионного синхронно-синфазного электропривода.

1.5. Синхронно-синфазный электропривод.

1.6. Выводы.

2. ЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО СРАВНЕНИЯ.

2.1. Режимы работы логического устройства сравнения.

2.2. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор как основа логического устройства сравнения.

2.3. Алгоритм работы импульсного частотно-фазового дискриминатора.

2.4. Математическая модель импульсного частотно-фазового дискриминатора.

2.5. Выводы.

3. АНАЛИЗ ДИНАМИКИ КОНТУРА ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

3.1. Модель контура фазовой синхронизации.

3.2. Условия линеаризации контура фазовой синхронизации в пропорциональном режиме работы.

3.3. Использование метода фазовой плоскости для анализа динамики контура фазовой синхронизации.

3.4. Определение параметров корректирующего устройства.

3.5. Исследование влияния токоограничения электродвигателя на динамику электропривода.

3.6. Анализ динамики электропривода с фазовой синхронизацией в области низких частот вращения.

3.7. Выводы.

СПОСОБЫ УЛУЧШЕНИЯ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

С ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ.

4.1. Классификация способов улучшения динамики электропривода с фазовой синхронизацией.

4.2. Алгоритмы работы логического устройства сравнения.

4.2.1. Логические устройства сравнения с принудительной разблокировкой.

4.2.2. Релейные режимы работы логического устройства сравнения.

4.3. Введение корректирующих сигналов в каналы импульсных последовательностей.

4.3.1. Способ фазовой коррекции.

4.3.2. Способ дискретной фазовой коррекции.

4.3.3. Разблокировка логического устройства сравнения с помощью импульсов дополнительной частоты.

4.3.4. Способ автоматического фазирования.

4.4. Введение дополнительных корректирующих сигналов в основной канал регулирования.

4.4.1. Использование дополнительных корректирующих сигналов в режимах насыщения логического устройства сравнения.

4.4.2. Получение корректирующего сигнала путем дифференцирования выходного сигнала дополнительного фазового дискриминатора.

4.5. Выводы.

5. РАЗРАБОТКА СПОСОБА КОРРЕКЦИИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА

С ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ.

5.1. Фазовый дискриминатор с расширенной линейной зоной характеристики.

5.2. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор с индикацией режимов работы электропривода.

5.3. Эффективный способ регулирования угловой скорости в электроприводе с фазовой синхронизацией.

5.4. Частотный дискриминатор для электропривода с фазовой синхронизацией.

5.5. Выводы.

6. ДИНАМИКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА В СИНФАЗНОМ РЕЖИМЕ РАБОТЫ.

6.1. Фазирование электропривода.

6.2. Способы начальной установки фазы в синхронно-синфазном электроприводе.

6.2.1. Способ фазирования с пошаговым доворотом вала электродвигателя.

6.2.2. Способ фазирования с постоянной скоростью доворота вала электродвигателя.

6.2.3. Способ фазирования с пропорциональной угловой ошибке скоростью доворота вала электродвигателя.

6.2.4. Способы фазирования с оптимальным по быстродействию регулированием.

6.3. Сравнение способов фазирования по быстродействию.

6.4. Точное фазирование синхронно-синфазного электроприво

6.5. Выводы.

7. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УЗЛА ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

7.1. Бесконтактный двигатель постоянного тока.

7.2. Датчик положения ротора для бесконтактного двигателя постоянного тока.

7.2.1. Первичный преобразователь угла.

7.2.2. Цифровой преобразователь угла на основе фазовращателя.

7.3. Фотоэлектрический импульсный датчик частоты вращения.

7.4. Датчик угловой скорости.

7.5. Выводы.

8. ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

8.1. Логическое устройство сравнения.

8.1.1. Схема разделения совпадающих во времени импульсов

8.1.2. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор.

8.1.3. Демодулятор выходного сигнала логического устройства сравнения.

8.1.4. Частотный дискриминатор.

8.2. Корректирующее устройство.

8.2.1. Формирование сигнала ошибки по угловой скорости путем вычитания преобразованных импульсных сигналов.

8.2.2. Формирование сигнала ошибки по угловой скорости путем дифференцирования сигнала угловой ошибки.

8.3. Фазирующий регулятор.

8.3.1. Фазирующий регулятор с пошаговым доворотом вала электродвигателя.

8.3.2. Квазиоптимальный по быстродействию фазирующий регулятор.

8.4. Методика проектирования синхронно-синфазного электропривода.

8.5. Выводы.

9. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

9.1. Моделирование электропривода с фазовой синхронизацией

9.1.1. Моделирование электропривода с фазовой синхронизацией в режиме стабилизации угловой скорости.

9.1.2. Моделирование электропривода с фазовой синхронизацией в следящем режиме работы.

9.1.3. Моделирование цифрового электропривода с фазовой синхронизацией.

9.2. Экспериментальные исследования синхронно-синфазного электропривода.

9.3. Выводы.

Синхронно-синфазный электропривод (ССЭ) представляет собой совокупность управляемого задающего генератора и одного или нескольких электроприводов с фазовой синхронизацией, построенных на основе принципа фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ) [1], которые связаны с задающим генератором только односторонними каналами связи. В таких системах электропривода обеспечивается синхронность вращения каждого исполнительного электродвигателя и стабилизация заданного взаимного углового положения их валов.

Область использования прецизионных систем синхронно-синфазных электроприводов охватывает авиационную и космическую технику, робототехнику, технику приема и передачи, регистрации и воспроизведения информации, информационно-измерительную технику; они находят широкое применение при построении обзорно-поисковых и сканирующих систем и устройств, в системах технического зрения современных робототехнических комплексов, установках фототелеграфной и видеозаписывающей аппаратуры, лентопротяжных и регистрирующих устройствах, копировальных установках, многоцветных полиграфических машинах. В частности, актуальной является задача разработки прецизионных электроприводов для обзорно-поисковых систем, осуществляющих автоматический обзор пространства в инфракрасном диапазоне спектра с целью получения информации о расположенных в нем объектах [2, 3].

Широкое использование электроприводов, построенных на основе принципа ФАПЧВ, обусловлено, в первую очередь, высокими точностными показателями в достаточно широком диапазоне регулирования угловой скорости (точность регулирования по углу достигается порядка единиц угловых секунд в диапазоне изменения угловой скорости 100:1 и более). Благодаря этому принцип ФАПЧВ используется при построении прецизионных систем управления электродвигателями постоянного тока [1, 4-7], систем синхронно-синфазного вращения [8-11] и ряда других систем автоматического регулирования с высокими точностными показателями.

Основное направление использования электроприводов с фазовой синхронизацией относится к информационно-измерительным системам, что определяет специфику их работы с точки зрения изменения момента нагрузки и момента инерции. В большинстве таких электроприводов момент инерции определяется конструкцией рабочего механизма, расположенного на валу электродвигателя, и практически не изменяется во время работы электропривода; а момент нагрузки зависит, в основном, от заданной частоты вращения и проявляется в небольшой статической ошибке регулирования электропривода по углу, которая может быть сведена к минимуму путем правильного выбора структуры и параметров регулятора.

Электродвигатель узла оптико-механической развертки (ОМР) сканирующей системы должен обладать высокой стабильностью и надежностью работы, малой энергоемкостью и габаритами. Перспективными в этом направлении являются бесконтактные двигатели постоянного тока (БДПТ), которые наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к управляемым электродвигателям систем автоматики по электромеханическим и энергетическим характеристикам, массогабаритным показателям, надежности и диапазону частот вращения в пределах от единиц до сотен тысяч оборотов в минуту [12].

Основы теории построения прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода заложены в работах P.M. Трахтенберга. Им были предложены упрощенные математические модели импульсного частотно-фазового дискриминатора (ИЧФД), для анализа динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией использованы метод фазовой плоскости и методы теории линейных импульсных систем, разработаны различные алгоритмы работы логического устройства сравнения (ЛУС) и предложен ряд способов регулирования ССЭ.

Экспериментальные и теоретические исследования в этой области проводились различными научными коллективами. Значительный вклад в решение вопросов проектирования ССЭ внесли Вас.В. Андрущук, Вл.В. Андрущук, И.В. Булин-Соколов, В.П. Галас, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко В.Н. Катькалов, А.А. Киселев, С.М. Миронов, Л.М. Осипов, Б.А. Староверов, В.И. Стребков, A.M. Сутормин, М.В. Фалеев, А.В. Ханаев, А.Н.Ширяев, Б.М. Ямановский, и др.

На этой основе спроектировано значительное количество электроприводов для различных областей применения, разработаны новые способы регулирования и новые технические решения построения систем ССЭ. Однако вопросы анализа и синтеза систем управления электроприводом с фазовой синхронизацией освещены в литературе недостаточно полно, при анализе процессов в электроприводе не обоснованно используются упрощенные модели ЛУС, отсутствуют достаточно простые, пригодные для инженерной практики методики проектирования, что сдерживает более широкое использование синхронно-синфазного электропривода в различных областях техники.

Таким образом, развитие теории прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока является актуальной задачей, решение которой позволит улучшить точностные и динамические характеристики проектируемых электроприводов, расширить область их применения и автоматизировать процесс проектирования, уменьшая затраты на их предварительные экспериментальные исследования.

Настоящая работа является частью комплексных научных исследований по теме «Исследование и разработка прецизионных систем электропривода специального назначения», которые проводились в Омском государственном техническом университете (ОмГТУ) на основе хоздоговорных работ с научно-производственным объединением «Полюс» г. Томск.

Цель диссертационной работы. Целью работы является выполнение комплекса теоретических обобщений, конструкторских и экспериментальных исследований, направленных на совершенствование способов и средств управления прецизионными системами синхронно-синфазного электропривода постоянного тока.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе поставлены следующие задачи:

1) разработать обобщенную функциональную схему синхронно-синфазного электропривода постоянного тока;

2) разработать полную математическую модель импульсного частотно-фазового дискриминатора (входящего в состав ЛУС), адекватно отражающую его нелинейности;

3) определить условия линеаризации полной математической модели электропривода с фазовой синхронизацией, адекватно отражающей нелинейности импульсной системы ФАПЧВ, в пропорциональном режиме работы и исследовать влияние уровня реального токоограничения электродвигателя на динамику электропривода;

4) исследовать влияние алгоритмов работы регулятора в контуре ФАПЧВ на динамику электропривода;

5) разработать способы и средства регулирования электропривода с фазовой синхронизацией с улучшенными динамическими характеристиками в режимах втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм со входным частотным сигналом;

6) провести сравнительный анализ способов фазирования систем ССЭ по быстродействию и разработать фазирующие регуляторы с улучшенными динамическими характеристиками;

7) провести сравнительный анализ алгоритмов работы и средств построения основных элементов электромеханического узла синхронносинфазного электропривода и разработать новые более совершенные алгоритмы работы и технические решения по их построению;

8) на основе сравнительного анализа алгоритмов работы и средств построения основных функциональных узлов системы управления синхронно-синфазного электропривода сформировать рекомендации по их выбору (в зависимости от характеристик проектируемых ССЭ) и разработать новые алгоритмы работы и технические решения по построению узлов с улучшенными точностными, динамическими и надежностными показателями. Разработать методику инженерного проектирования ССЭ;

9) экспериментально подтвердить выдвинутые теоретические положения путем компьютерного моделирования и проведения исследований на опытных образцах электропривода.

Основные методы научных исследований. В работе использован комплексный подход к решению рассматриваемой проблемы, включающий обобщение и анализ литературных источников и дальнейшее развитие теории построения прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока. При теоретическом исследовании режимов втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм со входным частотным сигналом и режимов фазирования использовался метод фазовой плоскости. Применялись частотные методы анализа систем управления, модальный метод синтеза систем. Разработка алгоритмов работы и средств построения функциональных узлов ССЭ проводилась с применением основ теории автоматического управления, теории цепей, теории электрических машин, теории графов, методов математического моделирования. Основные расчетные соотношения получены с применением преобразований Лапласа, дифференциального и интегрального исчисления. Теоретические положения и разработанные технические решения проверялись путем моделирования в среде MATLAB и экспериментально на макетных образцах синхронно-синфазного электропривода.

Научная новизна работы. Решение поставленных задач определило научную новизну диссертационной работы, которая заключается в следующем.

1. Впервые на основе комплекса выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработаны основные принципы формирования математической модели синхронно-синфазного электропривода, использования математического аппарата при проведении теоретических исследований и проектирования подсистем ССЭ.

2. Разработана полная математическая модель импульсного частотно-фазового дискриминатора (входящего в состав ЛУС), адекватно отражающая его нелинейности.

3. На основе разработанной модели ИЧФД построены полные структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного сигнала фазового дискриминатора и определены условия их линеаризации в пропорциональном режиме работы электропривода с фазовой синхронизацией.

4. На основе метода фазовой плоскости проведен анализ динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией с учетом реального то-коограничения электродвигателя. Получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий для пропорционального режима работы электропривода. Исследовано влияние значения коэффициента усиления регулятора на качество переходных процессов в системе управления и сформулированы рекомендации по его практическому выбору.

5. Предложена классификация способов регулирования электропривода с фазовой синхронизацией в зависимости от места введения дополнительных корректирующих сигналов в основной контур регулирования, и на основе метода фазовой плоскости проведен их сравнительный анализ. Для различных алгоритмов регулирования получены уравнения линий переключения из режима насыщения в режим фазового сравнения ЛУС и определены области начальных условий по угловой ошибке и ее производной.

6. Разработаны: а) эффективный способ коррекции электропривода с фазовой синхронизацией, основанный на введении дополнительного корректирующего сигнала в основной канал регулирования в режимах насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях контура ФАПЧВ; б) способ регулирования угловой скорости электропривода с фазовой синхронизацией с опережающей разблокировкой ИЧФД (при повторном совпадении во времени его входных импульсов). В результате обеспечивается сокращение времени переходных процессов и снижение перерегулирования по угловой скорости в контуре ФАПЧВ.

7. Усовершенствованы широко используемые при построении ССЭ способы фазирования: а) с пошаговым доворотом вала электродвигателя; б) квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода.

8. Предложены новые алгоритмы работы узлов ССЭ и разработаны на уровне изобретений новые технические решения по их построению.

Практическая ценность работы.

1. Предложена методика проектирования прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока.

2. Использование результатов сравнительного анализа способов построения ССЭ и его отдельных узлов позволяет в зависимости от предъявляемых к электроприводу технических требований выбрать наиболее подходящие схемные решения.

3. Разработаны и подтверждены авторскими свидетельствами на изобретения варианты основных узлов прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока с улучшенными точностными, динамическими и надежностными показателями.

4. Результаты анализа динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией и разработанные на уровне изобретений структурные схемы основных узлов электропривода могут быть также использованы при проектировании систем фазовой автоподстройки частоты различных управляемых генераторов импульсов.

Реализация результатов работы.

Результаты теоретических исследований, обобщенные в монографии «Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока» используются в ОмГТУ при проведении занятий со студентами специальности 210106 «Промышленная электроника», при этом монография используется в качестве учебного пособия по дисциплине специализации «Системы прецизионного электропривода».

Результаты теоретических и экспериментальных исследований диссертационной работы использованы при разработке прецизионного синхронно-синфазного электропривода постоянного тока ПС-10, что позволило существенно снизить амплитуду угловых качаний ротора электродвигателя, а также сократить время переходных процессов синхронизации и фазирования в экспериментальных образцах электропривода. Работа проводилась на основе хоздоговоров ОмГТУ с научно-производственным объединением «Полюс», г. Томск.

Рекомендации по построению узлов электропривода с фазовой синхронизацией и методика проектирования прецизионного синхронно-синфазного электропривода использовались при проектировании прецизионных электроприводов в ФГУП «Центральное конструкторское бюро автоматики», г. Омск.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывалась и обсуждались на:

- Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Вторые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1985;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации», г. Львов, 1985;

- Всесоюзных семинарах «Системы управления, следящие приводы и их элементы », г. Москва, 1986,1987;

- XIII научно-технической конференции «Системы электроснабжения автономных объектов», г. Томск, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Третьи Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов», г. Новосибирск, 1987;

- I Всесоюзной научно-технической конференции по электромехано-тронике, г. Ленинград, 1987;

- Всесоюзной научно-технической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы энергетики и технологии в энергостроении»: Четвертые Бенардосовские чтения, г. Иваново, 1989;

-1, IV, V Международных научно-технических конференциях «Динамика систем, механизмов и машин», г. Омск, 1995, 2002, 2004;

- научно-практической конференции «Энергетика на рубеже веков» г. Омск, 2003;

- II Всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника в металлургической и горно-топливной отраслях», г. Новокузнецк, 2004.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 52 печатных работах, в том числе 15 авторских свидетельствах и 1 патенте на изобретения. Результаты теоретических исследований обобщены в монографиях «Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока» и «Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока». Основные научные результаты опубликованы в журналах «Электричество»,

Электротехника», «Известия вузов. Электромеханика», «Известия Томского политехнического университета», «Омский научный вестник».

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти основных глав и заключения, выполнена на 268 страницах основного текста, содержит 130 рисунков и 3 таблицы, список используемой литературы из 152 наименований и приложения на 15 страницах. Общий объем диссертации - 283 страницы.

9.3. Выводы

1. Приведены результаты моделирования электропривода с фазовой синхронизацией в области высоких частот вращения (режим стабилизации угловой скорости и следящий режим работы) и цифрового электропривода с фазовой синхронизацией.

2. Путем параметрической оптимизации получены значения коэффициентов цифрового корректирующего устройства, при которых достигается эффективное регулирование электропривода.

3. Приведены результаты экспериментальных исследований опытного образца синхронно-синфазного электропривода.

4. Полученные результаты практически подтверждают достоверность основных теоретических положений диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1) в результате выполненного комплекса теоретических и экспериментальных исследований разработаны основные принципы формирования математической модели синхронно-синфазного электропривода и проектирования подсистем ССЭ, на этой основе предложены новые способы и средства регулирования электропривода и построения его основных узлов;

2) разработана полная модель ИЧФД, в которой отражены все его нелинейности; на ее основе построены полные структурные схемы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного ШИМ-сигнала фазового дискриминатора и определены условия их линеаризации в пропорциональном режиме работы;

3) проанализировано влияние основных возмущающих воздействий на точностные показатели электропривода с фазовой синхронизацией и даны рекомендации по выбору структуры и параметров регулятора;

4) на основе метода фазовой плоскости проведен анализ динамических процессов в электроприводе с фазовой синхронизацией с учетом реального токоограничения электродвигателя. Получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий для режима вхождения контура ФАПЧВ в синхронизм со входным задающим частотным сигналом, в том числе обусловленные токоограничением БДПТ. Исследовано влияние коэффициента усиления регулятора на качество переходных процессов в системе и сформулированы рекомендации по его практическому выбору;

5) предложена классификация способов регулирования электропривода с фазовой синхронизацией в зависимости от места введения корректирующих сигналов в основной контур регулирования;

6) исследовано влияние алгоритма работы регулятора на динамику контура фазовой синхронизации, для различных алгоритмов управления получены уравнения линий переключения и определены области начальных условий по угловой ошибке и ее производной для пропорционального режима работы электропривода;

7) разработан эффективный способ коррекции контура ФАПЧВ, основанный на введении дополнительного корректирующего сигнала в основной канал регулирования в режиме насыщения ИЧФД при малых частотных рассогласованиях электропривода;

8) разработан способ регулирования угловой скорости электропривода с опережающей разблокировкой ИЧФД (при повторном совпадении во времени его входных импульсов), в результате обеспечивается сокращение времени переходного процесса и снижение перерегулирования по угловой скорости в контуре ФАПЧВ;

9) на основе метода фазовой плоскости с учетом результатов анализа динамики контура ФАПЧВ проведен сравнительный анализ существующих способов фазирования ССЭ по быстродействию;

10) усовершенствован способ фазирования ССЭ с пошаговым доворотом вала электродвигателя, в котором учитывается знак начальной угловой ошибки;

11) усовершенствован способ квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода;

12) предложена конструкция датчика положения ротора для БДПТ, отличающаяся простотой и технологичностью изготовления;

13) предложен алгоритм работы и разработана схема цифрового преобразователя угла на основе фазовращателя, функционирующая в режиме непрерывного слежения за выходным сигналом первичного преобразователя угла;

14) разработаны способы и средства коррекции оборотных погрешностей измерительных преобразователей частоты вращения (ИДЧ и ДУС), которые позволяют скомпенсировать основную погрешность датчиков, обусловленную эксплуатационным эксцентриситетом;

15) разработаны быстродействующие схемы разделения совпадающих во времени импульсов на входе ИЧФД;

16) разработаны алгоритм работы и схема ИЧФД с синхронизацией работы блокирующих триггеров по импульсам задающей частоты, что позволило расширить его функциональные возможности, повысить надежность и эффективность работы;

17) разработаны алгоритмы работы и схемы фазового дискриминатора с расширенной линейной зоной характеристики и частотного дискриминатора с опережающим формированием выходного сигнала частотного рассогласования;

18) предложена схема демодулятора выходного ШИМ-сигнала ЛУС на основе разделительной ЯС-цепи;

19) проведен сравнительный анализ способов получения сигнала ошибки по угловой скорости в электроприводе с фазовой синхронизацией и предложены схемы построения цифрового корректирующего устройства;

20) разработаны схемы фазирующего регулятора, реализующие алгоритмы пошагового доворота вала электродвигателя и квазиоптимального по быстродействию фазирования и позволяющие сократить время фазирования;

21) предложена методика проектирования ССЭ.

Дальнейшие исследования в области построения прецизионных систем ССЭ постоянного тока целесообразно проводить в следующих направлениях:

1) совершенствование алгоритмов работы ЛУС;

2) анализ динамики электропривода с фазовой синхронизацией в области низких частот вращения и совершенствование способов коррекции контура ФАПЧВ в этой области;

3) реализация следящих режимов работы ССЭ.

1. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. М.: Энергоиздат, 1982. - 168 с.

2. Катыс Г.П. Автоматическое сканирование. М.: Машиностроение, 1969.-516 с.

3. Катыс Г.П. Восприятие и анализ оптической информации автоматической системой. М.: Машиностроение, 1986. - 416 с.

4. Башарин А.В. Управление электроприводами / А.В. Башарин, В.А. Новиков, Г.Г. Соколовский. Л.: Энергоиздат, 1982. - 392 с.

5. Овчинников И.Е. Бесконтактные двигатели постоянного тока / И.Е. Овчинников, Н.И Лебедев. Л.: Наука, 1979. - 270 с.

6. Kohyama М. High-speed color laser printing process / Kohyama M., Kasai Т., Yamashita M. // J. Imag. Technol. 1986. - V. 12, № 1. - P. 47-52.

7. McLaren S.G. Phase-locked-loop control of DC and AC motors // Electron. 1985. -V. 2, № 7. - P. 18-21.

8. Фалеев M.B. Высокочастотные системы синхронно-синфазного электропривода / M.B. Фалеев, А.Н. Ширяев // Электроприводы с улучшенными характеристиками для текстильной и легкой промышленности. Иваново, 1986.-С. 20-27.

9. Ханаев А.В. Разработка и исследование систем синхронно-синфазного вращения астатических дискретных электроприводов: Дис. канд. техн. наук: 05.09.03. Иваново, 1976. - 206 с.

10. Сутормин A.M. Разработка и исследование систем синхронно-синфазного вращения прецизионных приборов: Дис. . канд. техн. наук: 05.09.03.-Томск, 1987.-214 с.

11. Кавко В.Г. Синфазный электропривод, квазиоптимальный по разнородным критериям качества: Дис. канд. техн. наук: 05.09.03. Омск, 1989. -212 с.

12. Адволоткин Н.П. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока / Н.П. Адволоткин, В.Г. Гращенков, Н.И. Лебедев и др. Л.: Энерго-атомиздат, 1984. - 160 с.

13. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. -Л.: Машиностроение, 1977. 600 с.

14. Высокоточные преобразователи угловых перемещений/ Э.Н. Асинов-ский, А.А. Ахметжанов, М.А. Габидулин и др. Под общ. ред. А.А. Ахметжано-ва. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 128 с.

15. Пивоварова Л.Н. Фотоэлектрические преобразователи для измерения угловых и линейных перемещений / Л.Н. Пивоварова, Н.И. Куликова // Оптико-механическая промышленность. 1974. - №8. - С. 64-72.

16. Дарменко Ю.П. Контроль положения кругового кодового растра по разности фаз электрических сигналов / Ю.П. Дарменко, Б.Н. Иванов // Оптико-механическая промышленность. 1983. -№ 8. - С. 12-15.

17. А.с. 1312734 СССР, МКИ4 НОЗ М 1/24. Фотоэлектрический преобразователь угла поворота вала в код / А.В. Бубнов, В.Н. Зажирко, A.M. Сутормин и др. (СССР). 4 е.: ил.

18. Бубнов А.В. Особенности построения цифровой системы управления бесконтактным двигателем постоянного тока / А.В. Бубнов, Ю.И. Юрьев // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. Омск, 1984.-С. 14-17.

19. Ефимов И.Г. Синтез параметров регуляторов частотно-фазовой системы точного электропривода / И.Г. Ефимов, С.А. Ковгин, А.Н. Лыков // Автоматизированный вентильный электропривод. Пермь, 1979. - С. 95-101.

20. Ben Uri J. Three-level multivariable phase locked loop drives specially suitable for numerical control of machine tools // Contr. In Power Electron, and Elec. Drives: Prog. 3-rd IF AG Symp., Lausanne, 12-14 Sept., 1983. Oxford, 1984. -P. 561-567.

21. Фалеев M.B. Исследование динамических характеристик астатических дискретных электроприводов и разработка методов и средств их коррекции: Дис. . канд. техн. наук: 05.09.03. Иваново, 1983.-306 с.

22. Сибирьянов Р.Ф. Стабилизация частоты вращения вентильных двигателей постоянного тока / Р.Ф. Сибирьянов, В.А. Лифанов // Электротехника. 1987.-Вып. 12.-С. 27-30.

23. Михальченок Г.Ф. Применение методов синхронной фильтрации для повышения точности микропроцессорных систем управления электроприводами / Г.Ф. Михальченок, В.Е. Суслов // Изв. ЛЭТИ. Л., 1986. - Вып. 369. -С. 27-31.

24. А.с. 429492 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Устройство для управления электродвигателем постоянного тока / Б.П. Денисов, Э.М. Серебрянный (СССР).-3 е.: ил.

25. А.с. 686134 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Синхронизированный электропривод постоянного тока / Ю.И. Конев, В.И. Стребков (СССР). 3 е.: ил.

26. А.с. 771834 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Электропривод постоянного тока / В.И. Стребков (СССР). 3 е.: ил.

27. Осипов Л.М. Исследование и разработка адаптивных систем управления движением прецизионных механизмов: Дис. . канд. техн. наук: 05.13.07.-Л., 1979.-260 с.

28. А.с. 1220098 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/50. Устройство для управления многодвигательным электроприводом / A.M. Сутормин, Б.М. Ямановский, Г.А. Краснов, Р.Д. Мухамедяров (СССР). 3 е.: ил.

29. Бубнов А.В. Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока: Научное издание. // Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2004. 131 с.

30. Трахтенберг P.M. Астатические дискретные системы электропривода постоянного тока // Электричество. 1972. - № 4. - С. 47-53.

31. Шахгильдян В.В. Системы фазовой автоподстройки частоты / В.В. Шахгильдян, А.А. Ляховкин. М.: Связь, 1972. - 447 с.

32. Системы фазовой синхронизации с элементами дискретизации / В.В. Шахгильдян, А.А. Ляховкин, В.Л. Карякин и др.; Под ред. В.В. Шахгильдяна. М.: Радио и связь, 1989. - 320 с.

33. Жилин Н.С. Принципы фазовой синхронизации в измерительной технике. Томск: Радио и связь, 1989. - 384 с.

34. Бубнов А.В. Обоснование модели импульсного частотно-фазового дискриминатора в системе синхронно-синфазного вращения // Мат. IV Меж-дунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». Омск, 2002.-Кн. 1. - С. 141-144.

35. Бубнов А.В. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор для прецизионного синфазного электропривода / А.В. Бубнов, В.Л. Федоров. Омск, 1999. - Деп. в ВИНИТИ 23.12.99, № 3806 - В99. - 13 с.

36. Бубнов А.В. Разработка модели импульсного частотно-фазового дискриминатора // Электромагнитные процессы в электрических устройствах и машинах. Омск, 1990.-С. 18-21.

37. Стребков В.И. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор на интегральных микросхемах // Электронная техника в автоматике / Под ред. Ю.И. Конева. М.: Советское радио, 1977. - Вып. 9. - С. 223-230.

38. А.с. 569000 СССР, МКИ2 НОЗ D 13/00. Импульсный частотно-фазовый дискриминатор / В.И. Стребков (СССР). 3 е.: ил.

39. А.с. 484621 СССР, МКИ2 НОЗ D 13/00. Частотно-фазовый компаратор / А.В. Буравцев, Е.Е. Макаренко (СССР). 2 е.: ил.

40. А.с. 1589373 СССР, МКИ5 НОЗ D 13/00. Частотно-фазовый дискриминатор / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). 5 е.: ил.

41. А.с. 467440 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Система синхронизации скорости вращения электродвигателя постоянного тока / И.В. Булин-Соколов, В.Н. Катькалов, С.М. Миронов (СССР). 2 е.: ил.

42. А.с. 474891 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации скорости электродвигателя постоянного тока / И.В. Булин-Соколов, В.Н. Катькалов, С.М. Миронов (СССР). 3 е.: ил.

43. А.с. 511660 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Способ стабилизации и регулирования скорости электродвигателя / P.M. Трахтенберг, Б.А. Староверов (СССР).-4 е.: ил.

44. А.с. 656173 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/16. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя постоянного тока / С.М. Миронов, В.Н. Катькалов, И.В. Булин-Соколов (СССР). 3 е.: ил.

45. А.с. 748755 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Способ стабилизации и регулирования скорости электродвигателя / P.M. Трахтенберг, А.В. Ханаев, А.А. Киселев (СССР). 3 е.: ил.

46. А.с. 1280685 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Электропривод постоянного тока / В.М. Сбоев, Н.А. Завражных, А.П. Протасов (СССР). 3 е.: ил.

47. А.с. 1394386 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод постоянного тока / А.В. Попов, О.И. Суржко (СССР). 3 е.: ил.

48. А.с. 1624649 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод / А.В. Бубнов, Б.М. Ямановский (СССР). 4 е.: ил.

49. Бубнов А.В. Математическая модель логического устройства сравнения для электропривода с фазовой синхронизацией. // Электричество. 2005. -№5.-С. 27-31.

50. Бубнов А.В. Исследование режима захвата в астатическом дискретном электроприводе // Электромагнитные процессы в электрических машинах и аппаратах / Под ред. В.Н. Зажирко. Омск, 1986. - С. 37-39.

51. Бубнов А.В. Исследование режима синхронизации в контуре фазовой автоподстройки частоты вращения. Омск, 1999. - Деп. в ВИНИТИ 23.12.99, № 3805 -В99. -21 с.

52. Бубнов А.В. Определение условий линеаризации модели импульсного частотно-фазового дискриминатора в электроприводе с фазовой синхронизацией. // Электричество. 2006. - № 1. - С. 38-43.

53. Столов Л.И. Моментные двигатели постоянного тока / Л.И. Столов, А.Ю. Афанасьев. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 224 с.

54. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974.576 с.

55. Сутормин A.M. Определение передаточной характеристики импульсного частотно-фазового дискриминатора // Электромагнитные процессы в электрических машинах и аппаратах / Под ред. В.Н. Зажирко. Омск, 1986. -С. 138-142.

56. Кавко В.Г. Особенности управления бесконтактным электромеханическим преобразователем с учетом токоограничения // Электромагнитные процессы в электрических машинах и аппаратах / Под ред. В.Н. Зажирко. -Омск, 1986.-С. 40-46.

57. Востриков А.С. Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для вузов / А.С. Востриков, Г.А. Французова М.: Высш. шк., 2004. - 365 с.

58. Бубнов А.В. Анализ влияния нелинейностей системы управления на динамику электропривода с фазовой синхронизацией. // Омский научный вестник. 2005. - № 2. - С. 125-127.

59. Цыпкин Я.З. Теория линейных импульсных систем. М.: Физматгиз, 1963.-968 с.

60. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. М.: Мир, 1984.-541 с.

61. Зажирко В.Н. Цифровая система стабилизации частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока / В.Н. Зажирко, А.В. Бубнов, A.M.

62. Сутормин // Тез. докл. Всесоюз. науч.-техн. конф. «Состояние и перспективы развития электротехнологии»: Вторые Бенардосовские чтения. Иваново, 1985.-Т.1.-С. 127-128.

63. Бубнов А.В. Анализ влияния алгоритма работы импульсного частотно-фазового дискриминатора на динамику электропривода с фазовой синхронизацией. // Известия Томского политехнического университета. 2004. - № 6. -Т. 307.-С. 139-143.

64. А.с. 531126 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Способ коррекции системы регулирования / P.M. Трахтенберг, Б.А. Староверов (СССР). 4 е.: ил.

65. А.с. 532165 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/16. Способ формирования корректирующего сигнала / А.В. Ханаев, P.M. Трахтенберг, Б.А. Староверов (СССР). -3 е.: ил.

66. Трахтенберг P.M. Цифровая фазовая коррекция для астатических дискретных электроприводов / P.M. Трахтенберг, Б.А. Староверов, Г.И. Ясинский, Д.Н. Краников // Труды Ивановского энергетического ин-та. Иваново, 1975.-Вып. 3.-С. 31-35.

67. А.с. 425287 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/16. Частотно-фазовый регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока / В.В. Звездинский, В.М. Шалагин (СССР). 3 е.: ил.

68. А.с. 1302411 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод/ A.M. Сутормин, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко (СССР). 4 е.: ил.

69. А.с. 1508334 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Стабилизированный электропривод / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). 4 е.: ил.

70. Бубнов А.В. Эффективный способ коррекции синфазного электропривода / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин». Омск, 1995. - Кн.1. - С. 35.

71. Бубнов А.В. Многофункциональное логическое устройство сравнения для электропривода с фазовой синхронизацией. // Известия Томского политехнического университета. 2005. - № 4. - Т. 308. - С. 153-157.

72. Бубнов А.В. Способ коррекции синхронно-синфазного электропривода. // Динамика систем, механизмов и машин: Мат. V Междунар. науч.-техн. конф. Омск: ОмГТУ, 2004. - С. 173-176.

73. Бубнов А.В. Улучшение динамики электропривода с фазовой синхронизацией. // Электротехника. 2005. - № 11. - С. 48-52.

74. Бубнов А.В. Способ коррекции электропривода с фазовой синхронизацией. // Известия вузов. Электромеханика. 2005. - № 4 - С. 49-52.

75. Бубнов А.В. Способ синхронизации синфазного электропривода. // Динамика систем, механизмов и машин: Мат. V Междунар. науч.-техн. конф. -Омск: ОмГТУ, 2004. С. 169-172.

76. Сутормин A.M. Оптимизация процесса фазирования бесконтактного двигателя постоянного тока по быстродействию / A.M. Сутормин, В.Г. Кавко // Исследование специальных электрических машин и машинно-вентильных систем. Томск, 1984. - С. 63-67.

77. А.с. 921012 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации скорости и фазы вращения ротора электродвигателя постоянного тока / А.А. Дубенский, В.П. Дроганов, Н.А. Иванов (СССР). 3 е.: ил.

78. А.с. 1591172 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50, 5/06. Синхронно-синфазный электропривод / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко A.M. Сутормин и др. (СССР). 6 е.: ил.

79. А.с. 817957 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/40. Устройство для автоматического фазирования синхронизированного электропривода / Л.Б. Напираев, Р.Н. Ковалев, И.Ф. Мищенко и др. (СССР). 3 е.: ил.

80. А.с. 834822 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/06. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей / В л.В. Андрущук, Вас.В. Андрущук (СССР). 3 е.: ил.

81. А.с. 1040584 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/46. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей / В л.В. Андрущук, Вас.В. Андрущук (СССР). 3 е.: ил.

82. А.с. 1066015 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/46. Многодвигательный синфазный электропривод / А.А. Окас (СССР). 3 е.: ил.

83. А.с. 902189 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/50. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей / В л.В. Андрущук, Вас.В. Андрущук (СССР). 3 е.: ил.

84. А.с. 1272444 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Способ фазирования вращающегося вала электродвигателя / A.M. Сутормин (СССР). 3 е.: ил.

85. А.с. 1100700 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/50. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока / A.M. Сутормин, Б.М. Ямановский, В.Н. Зажирко и др. (СССР). -7 е.: ил.

86. А.с. 1106000 СССР, МКИ3 Н02 Р 5/06. Способ фазирования вращающегося вала электродвигателя / A.M. Сутормин, Б.М. Ямановский, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко (СССР). 3 е.: ил.

87. А.с. 1612368 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50, 5/06. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока / A.M. Сутормин, В.Г. Кавко, А.В. Бубнов и др. (СССР). 4 е.: ил.

88. А.с. 658689 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/16. Способ фазирования электроприводов с фазовыми дискриминаторами / P.M. Трахтенберг, А.В. Ханаев, Б.А. Староверов (СССР). 2 е.: ил.

89. А.с. 738079 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Способ фазирования вращающегося вала электродвигателя / P.M. Трахтенберг, А.В. Ханаев (СССР). 3 е.: ил.

90. Микеров А.Г. Основные направления развития моментных вентильных электродвигателей малой мощности // Тез. докл. 1 Всесоюз. науч.-техн. конф. по электромеханотронике. JI., 1987. - С. 10-11.

91. Розно Ю.Н. Редкоземельные магниты как средство миниатюризации устройств электромеханического преобразования энергии / Ю.Н. Розно, Ю.И. Конев // Электронная техника в автоматике. М., 1980. - Вып. 11. - С. 185195.

92. Dekker К. New materials for improved motor designs // Motion. 1986. -V. 2, № 3.-P. 4, 7, 8, 10, 13.

93. Беленький Ю.М. Интенсивное использование как средство повышения эффективности бесконтактных моментных приводов / Ю.М. Беленький, Г.С. Зеленков, А.Г. Микеров // Тез. докл. 1 Всесоюз. науч.-техн. конф. по элек-тромеханотронике. JL, 1987.-С. 186-188.

94. Зельдин В.Ш. Многоцелевой электродвигатель для киноаппаратуры // Труды НИКОИ. 1986. - Вып. 129. - С.5-12.

95. Адволоткин Н.П. Унифицированная серия вентильных двигателей с постоянными магнитами ДВУ для станкостроения и робототехники / Н.П. Адволоткин, А.Г. Вдовиков, Ю.И. Выплавин и др. // Электротехника. 1988. — Вып. 2.-С. 37-40.

96. Поздеев А.Д. Состояние и перспективы развития электроприводов для станков и промышленных роботов / А.Д. Поздеев, B.C. Макурин, А.И. Кондриков и др. // Электротехника. 1988. - Вып. 2. - С. 2-4.

97. Поздеев А.Д. Транзисторный электропривод на базе синхронных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов для станков и промышленных роботов / А.Д. Поздеев, В.В. Горчаков, Н.В. Донской и др. // Электротехника. 1988. - Вып. 2. - С. 10-14.

98. Беленький Ю.М. Бесконтактный моментный привод для замкнутых систем автоматического управления / Ю.М. Беленький, JI.M. Епифанова, Г.С. Зеленков и др. // Электротехника. 1986. - Вып. 2. - С. 11-14.

99. The DYNASERV series of direct drive servo actuators / Ono Y., Ohta S., Banzai H., Muramatsu Y. // Yokogawa Tech. Report. 1988. - V. 6. - P. 1-7.

100. Бродовский В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением / В.Н. Бродовский, Е.С. Иванов -М.: Энергия, 1974. 168 с.

101. Вейнгер A.M. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985.-224 с.

102. Беленький Ю.М. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов / Ю.М. Беленький, Г.С. Зеленков, А.Г. Микеров JL: ЛДНТП, 1987.-28с.

103. Матюхина Л.И. Прецизионная система регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя постоянного тока / Л.И. Матюхина, Д.Н. Мельник, С.Н. Сидорук // Тез. докл. 1 Всесоюз. науч.-техн. конф. по электро-механотронике. Л., 1987. - С. 227-229.

104. Meshkat S. Optimum current vector control of a brushless servo amplifier using microprocessors / Meshkat S., Persson E.K. // IEEE-IAS 19th Annu. Meet., Chicago, Sept. 30. Oct. 4, 1984: Conf. Rec. - New York, 1984. - P. 451457.

105. A.c. 1417155 СССР, МКИ4 H02 P 6/02. Устройство для калибровки вентильного электродвигателя / В.Б. Никулин (СССР). 5 е.: ил.

106. Никулин В.Б. Исследование и минимизация пульсаций электромагнитного момента исполнительных устройств на базе моментных вентильных двигателей: Дис. . канд. техн. наук: 05.13.05. -Рязань, 1987.-267 с.

107. Цаценкин В.К. Калибровка электромеханических преобразователей для микропроцессорного управления координатами электропривода // Сб. науч. тр. Моск. энерг. ин-та. 1986. - Вып. 100. - С. 71-76.

108. Le-Huy Н. Minimization of torque ripple in brushless DC motor drives / Le-Huy H., Perret R., Feuillet R. // IEEE Trans. Ind. Appl. 1986. - V. 22, № 4. -P. 748-755.

109. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления.-М.: Наука, 1981.-366 с.

110. Бубнов А.В. Моментный двигатель для автономных систем синхронизированного электропривода / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин // Тез. докл. 1 Всесоюз. науч.-техн. конф. по электромеханотронике. Л., 1987. -С. 240-241.

111. Домрачев В.Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений / В.Г. Домрачев, В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов М.: Энергоатомиз-дат, 1987.-392 с.

112. А.с. 1328887 СССР, МКИ4 Н02 К 24/00. Бесконтактный преобразователь угла поворота с сосредоточенными обмотками / В.Н. Зажирко, Б.М. Ямановский, А.В. Бубнов и др. (СССР). 4 е.: ил.

113. А.с. 1594689 СССР, МКИ5 Н03 М 1/48, 1/64. Преобразователь угла поворота вала в код / А.В. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Мудрик, A.M. Сутормин (СССР). 5 е.: ил.

114. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах: Пер. с англ. М.: Энер-гоиздат, 1981.-200 с.

115. Голубовский Ю.М. Фотоэлектрические преобразователи линейных и угловых перемещений / Ю.М. Голубовский, JI.H. Пивоварова, Ж.К. Афанасьева // Оптико-механическая промышленность. 1984. - № 8. - С. 50-58.

116. Фотоэлектрические преобразователи информации / Под ред. JT.H. Преснухина. М.: Машиностроение, 1974. - 375 с.

117. Горжевский И.И. Фазовая погрешность фотоэлектрического преобразователя на растровых дисках / И.И. Горжевский, А.А. Иванов, Ю.П. Маликов // Труды ВНИИЭМ. Т.78: прецизионные электромеханические устройства. -М., 1985.-С. 58-66.

118. Хайнацкий О.А. Анализ влияния технологических погрешностей на закон изменения выходных сигналов растровых синусно-косинусных датчиков угла // Оптико-механическая промышленность. 1983. - № 1. - С. 12-15.

119. Тун А.Я. Системы контроля скорости электропривода. М.: Энер-гоиздат, 1984. - 168 с.

120. Пат. 3919634 США, МКИ3 G01 Р 3/48. Схема коррекции напряжения на аналоговом датчике скорости / Horst Appel, Klaus Bohm, Gerhard Gleiss-ner (ФРГ). Изобретения за рубежом. 1976. - № 7. - С. 67.

121. А.с. 1029080 СССР, МКИ3 G01 Р 3/46. Преобразователь угловой скорости / А.В. Бубнов, В.Н. Горюнов (СССР). 3 е.: ил.

122. А.с. 1273810 СССР, МКИ4 G01 Р 3/46. Преобразователь угловой скорости / А.В. Бубнов, В.Н. Зажирко, Б.М. Ямановский (СССР). 4 е.: ил.

123. А.с. 275109 СССР, МКИ2 Н03 К 5/20. Устройство для разделения двух последовательностей импульсов / P.M. Трахтенберг (СССР). -2 е.: ил.

124. А.с. 1492459 СССР, МКИ4 Н03 К 5/153. Устройство для разделения двух последовательностей импульсов / А.В. Бубнов, В.Н. Зажирко, А.Г. Шах-нович, A.M. Сутормин (СССР). 6 е.: ил.

125. А.с. 292229 СССР, МКИ2 Н03 К 5/20. Устройство для разделения входных импульсов двухканального счетчика / В.Н. Чепрасов, Н.А. Луганский (СССР). 2 е.: ил.

126. Бубнов А.В. Цифровая фазовая коррекция для дискретного электропривода // Расчет и оптимизация параметров электромагнитных устройств и систем управления электроприводом. Омск, 1985. - С. 62-65.

127. Пат. 2145060 РФ, МКИ7 G01 F 1/78, 1/28. Устройство для определения массового расхода текучих сред / А.В. Бубнов, В.И. Кузнецов, В.К. Федоров, И.О. Шука (РФ) 4 е.: ил.

128. А.с. 1688381 СССР, МКИ5 НОЗ D 13/00. Импульсно-фазовый дискриминатор / В.Л. Федоров, А.В. Бубнов, В.Г. Кавко, A.M. Сутормин (СССР). -4 е.: ил.

129. А.с. 383185 СССР, МКИ2 Н02 Р 5/06. Устройство стабилизации скорости двигателя постоянного тока / В.И. Кондрашев, О.В. Кулешов, Ю.Л. Смирнов, В.Д. Харламов (СССР). 3 е.: ил.

130. А.с. 1508332 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя / А.В. Бубнов, В.Н. Зажирко, В.Г. Кавко и др. (СССР).-4 е.: ил.

131. А.с. 1707723 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/06. Устройство для стабилизации частоты вращения электродвигателя / A.M. Мудрик, А.В. Бубнов, В.Г. Кавко и др. (СССР). 17 е.: ил.

132. Бубнов А.В. Эффективный способ фазирования систем синхронно-синфазных электроприводов. // Омский научный вестник. 2005. - № 4. - С. 142-147.

133. А.с. 737840 СССР, МКИ2 G01 R 11/00. Счетчик электрической энергии / В.Г. Шахов, Р.А. Ахмеджанов, А.В. Бубнов (СССР). 3 е.: ил.

134. Бубнов А.В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронно-синфазных электроприводов постоянного тока: Монография. Омск: Редакция журнала «Омский научный вестник», 2005. - 190 с.

135. Бубнов А.В. Методика проектирования синхронно-синфазного электропривода. // Омский научный вестник. 2005. - № 3. - С. 120-122.

136. Бубнов А.В. Вопросы выбора регулятора для следящего электропривода с фазовой синхронизацией / А.В. Бубнов, П.А. Катрич // Омский научный вестник. 2005. - № 2. - С. 128-131.

137. Бубнов А.В. Цифровой регулятор для электропривода с фазовой синхронизацией / А.В. Бубнов, А.И. Лыченков // Омский научный вестник. -2005. -№ 3. С. 122-125.

138. Бубнов А.В. Прецизионный дискретный электропривод с бесконтактным двигателем постоянного тока для системы оптико-механической развертки: Дис. канд. техн. наук: 05.09.03. Омск, 1993. - 210 с.