автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка замкнутого из положения планарного дискретного электропривода

о а

¡л $ г* с* {«

7 \\0(шкшш ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ИНСТИТУТ ( ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ )

На правах рукописи

КНХЙКЕТГПЛЕЕВ ТАПИР ХШШНЧ

РАЗРАБОТКА ЗАМКНУТОГО ПО ПОЛОШШ ПДШМ1ЧЮГО ДИСКРЕТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.ОТ.03 - Электротехнические комплексы и систем», иклп'ыя ¡ix цпраолешю и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических иацк

/

;/ I ■,

•I ..'-

Носква - 1994

Работа выполнена на кафедре Пвтоыатизиропанного электропривода Носковского энергетического института (Технического днизерситета).

Научит": руководитель - Лауреат Госидарственных премий,

доктор технических наук, профессор ИВОБОТЕНКО Б. А.

Официальное оппоненты - доктор технических наук профессор Рубцов В.П.

кандидат технических наук доцент Красовский П.Б.

Ведущее предприятие - Центральный научно-исследовательский технологический институт НПО "Техноиаш" «-.

З-эцита состоится " 17 " июня 1Э34 г. в час. мин. з аудитории М—214 на заседании специализированного Совета K-053.i6.06 в Иосковском, энергетическом инститцте.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заведенный печа-тьп, просил шнразлять по адресц: 105835, ГСП, Москва, Е-250, ул. Красноказарненнаа, 14, Ученый Совет ЯЗИ.

Автореферат разослан " 18 " мая 19Э4 г.

Ученый секретарь специализированного Совета К 053.16.06.

к,т.я., доц. йнчарова Т.В.

- 3 -

ОБДОЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

ЙКТШЬПОСТЬ ТЕИН.

В современных роботах и автоматах иироко применяется шаговый привоя. Однако, использование в зток приводе т^адицион-кого преобразования вращательного двигения в линейное посредством передачи вкнт-гайка нежелательно из-^а нал;, .ля значительного сухого трения, сниае:::.л точности передачи с увеличением времени наработки и т.д. Поэтому в прецизионных иаго-вых электроприводах наали применение линейные однокоординатные и пленарные двцхкоординатные иаговне двигатели на аэростатической опоре.. Использование таких двигателей в разомкнутых приводах позволяет формировать слознке траектории движения в пространстве с точностью позиционирования +/- 20 ним. и быстродействие», определяемой диапазоном скоростей до 1 к/с и ускорений до 40 м/с*, что в свое время удовлетворяло требованиям лучпнх Кировых стандартоз.

От современного прецизионного дискретного электропривода требуются более высокие точности позиционирования и воспроизведения траектории двивения (до единиц икм.). Разомкнутые системы дискретного электропривода, гепользуяцие традиционнне алгоритмы параметрического управления. основанные на предварительной калибровке токовых состоан:-^,, не могут удовлетворить указанным требованиям. Достижение отмечен.чах показателей воз-мовно только в замкнутых системах управления, содеряацих линейные или пленарные саговые двигатели и измерительные системы высокой точности и разреыения.

В этой связи являптся актуальными определение оптимальных: способа управления и структуры управления закинутым ваго-вым приводов; уточнение модели планарного шагового двигателя, выбор оптимального типа регулятора цепи обратной связи и синтез по уточненной подели его коэффициентов, разработка прецизионного датчика положения планарного шагового двигателя и блока электронной интерполяции аналоговых сигналов датчика в цифровой код положения.

Данная диссертационная работа выполнена в ранках исследований, проводимых в лаборатории дискретного электропривода кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ,

ЦЕЛЬ РАБОТЫ состоит в разработке замкнутого по положении

дискретного электропривода на базе линейных однокоор&инатных и план-аркнх деухкоординатных шагових двигателей для решения задач прецизионных контурного и позиционного двихений.

Для достиаениа этой цели в диссертации поставлены и реве-нк следующие основные задачи:

1. Анализ способов управления разомкнутым и замкнутый по лолояании шаговыми привадами и структуры цправления замкнутым приводом и выбор оптимальных способа и структуры управления прецизионным замкнутым по половенип планарныи шаговым приводом.

2. Выработка требований и разработка уточненной модели планарного иагового двигателя с учетом высши:: гармоник проводимости воздуэного зазора и насыщения магнитопроводов полисов шагового двигателя.

3. Определение оптимального типа регулятора цепи обратной связи и синтез коэмгциентов регулятора замкнутого по пологе-нию прецизионного планарного иагового привода.

■4. Разработка датчика пологения'планарного пагсгвого двигателя, способного детектировать аварийные колебания якоря планарного шагового двигателя вокругсооего центра масс.

5. Разработка.методики синтеза параметров блока электронной интерполяции сигналов датчика полохения иагового двигателя и его экспериментальное исследование.

6. Экспериментальное исследование разработанного замкнутого по полояенип планарного иагового привода.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования проводились аналитическими методами, принятыми в теории дискретного электропривода и теории обобщенной электрической машины. Использовался метод амплитудно-частотных характеристик из теории автоматического управления. Применялся специализированный пакет программ для моделирования. нелинейных систем на персональном компьютере. Экспериментальные исследования проводились на макетных и пропиленных образцах с помощью современной измерительной аппаратура, а также с элементами автоматизации обработки результатов эксперимента.

ЙЙЬ'ЧНЙЯ НОВИЗНА работы состоит в решении главной задачи -разработке замкнутого по положению планарного оагового электропривода, а такие в решении ряда задач, связанных с главной:

- разработана уточненная модель планарного иагового

электропривода с последующей реализацией ее на персональном компьвтере;

- показаны пути повышения точности позиционировании разомкнутого шагового привода путей изменения управлявших токов иагового двигателя;

- аналитически исследовано влияние разЕ>.рота якоря пла-нарного иагового двигателя на сигнал gi-жостного датчика noj -яения и показана возкояность акт;:з.:с,"! компенсации разворота якоря по этому сигналу;

- разработана нетодика синтеза паракетроз блока электронной интерполяции сигналов датчика полояения любого типа,

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РЙБОТИ состоит в тон, что разработанный замкнутый по пологгешш иагрвнй привод позволил достичь высоких точностей позиционирования и отработки контурных движений. Разработанная в процессе работа уточненная модель основана на более точной отрааечии физических процессов в системе шагового электропривода, удобна для иааинного анализа и состоит из типовых звеньев теории автоматического "правления. Разработан интегрированный с оаговчм двигателем емкостный датчик полояения, , способные, утавливать развороты якоря для последующей активной их компенсации или аварийного отклвчения аэростатической опоры планерного шагового двигателя. Синтезирован аналого-цифровой интерполятор сигналоз датчика положения любого типз, имеющего на выходе сигналы синуса и косинуса положения .

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертациокьоП работы использована в совместных исследованиях изгозого привода с Фирмой PASIH Mikrosystea - technik Gisbx (Германии) и в контрактных работах с ПО "Кристалл" (г.Смоленск) по создании лазерного технологического комплекса по обработке алказов ЛТК1.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались на заседании кафедры Автоматизированного электропривода Московского энергетического института в октябре 1393 года.

ПУБЛИКАЦИИ. По материала» диссертационной работы опубликовано четыре печатные работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 63 наименований и одного приложения. Обций объем диссертации составляет 178 страниц: 13? страниц основного текста, 52

рисунка.

СРДЕРЕАИИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель работы, обоснована актуальность проблемы, кратко изложено содержание глав, сформулирована научная новизна полученных результатов и их практическое использование.

В первой главе проводится математическое описание шагового дзигатела при его работе от безынерционных регулятора тока и инвертора и при работе от пропорцио'нально-интегр- . нога регулятора тока и РИМ-инвертора; проводится сравнительный анализ способов управления шаговым приводом для задач позиционного и контурного двигений с учетом фиксируаиего усилив шагового двигателя, изменяющегося по синусоидальному закону в функции учетверенного угла положения якоря, и насыщения магнигопрово--дов ШД; показаны пути компенсации влияния фиксирующего усилия и насыщения на точность позиционирования разомкнутого привода; определяемся оптимальный тип структуры управления 'замкнутого по положению шагового призода; разрабатывается методика синтеза оптимального регулятора цепи обратной связи.

Из рассмотрения идеализированной модели планарного шагового дьигателя (13Д>, представляющего собой двухфазную, индукторную машину с возбуЕдениеы от постоянных мэгнитое, т.е. гибридный ШЛ, при управлении его от безынерционных регулятора тока и инвертора, следует нелинейное уравнение движения:

-—====, а)

где у-» - относительное значение максимального усилия 1Д;

ЗСзг- относительная электрическая постоянная двигателя, при управлении его от безынерционных регулятора тока и инвертора, измеренная в долях периода Тц круговых колебаний нена-груяенного привода;

- частота собственных колебаний ненагруженного привода, при малых нарушениях состояния устойчивого равновесия;

У; - электрический угол задания положения вектора тока;

1? - электрический угол положения якоря двигателя;

Ль'

и)~ - относительная электрическая скорость движения двигателя, измеренная в долях периода Т6 ;

/, ¿п ' 7 ~

L\>-,= -7—- относительная заданная электрическая скорость дви-

г -г-

яения, измеренная в долях периода Т„- ;

ViT - электрический угол иегду вектором задания тока и вектором тока;

S - относительная ЗДС движения при электрической скорости, численно равной 5?^ ;

Г1Т - относительное значение сопротивления замкнутой по току фазы двигателя;

- относительное значение статического усилия:

£ - относительное значение суммарной пассы якоря !ЗД и /:аг-рузки;

Т - откоситзльксе значение времена, измеренное в долях Г„- .

При управлении иаговын ДЕИгателен от ИИ-регулятора тока, токовый контур настроен таким образом, чтобы скомпенсировать постояннуи времени двигателя Э<Г . Влиянием запаздывания ШУМ— инвертора на скоростях, с которыми работяг прецизионные оаговые привода, могно пренебречь звиду высокой частоты ИКН. Тогда уравнение двигення прецизионного вагоеого привода принимает вид: УЗ«.. .¿и

tmin -V-jz;» -У^с V 7F U}

где Jiar - коэффициент вязхого трения,зэвисздий от скорости двиаения; ¿ш- амплитуда токов фаз ИД.

Из (1) и (2) очевидны три способа управления приводом:

- амплитудной - с изменением амплитуды тока оаз ИД, а значит и максимального усилия ¿ит.при постоянном угле нагрузки &ц - fi - 9 - const;

- фазовый - с изменением, угла нагрузки (yh при постоянной амплитуде токов Фаз ИД, а значит при постоянном j-im ;

амплитудно-фазовый - с изменением амплитуды токов йаэ 0Д в функции угла нагрузки О

Рассмотрение амплитудного управления показывает, что ввиду наличия в ваговых двигателях гибридного типа значительного фиксирующего усилия, при реиении задач позиционного дви-«ения в разомкнутом приводе возникает параметрическая неустойчивость. При позиционировании в замкнутом приводе с амплитудным 'управлением возникнут недопустимые автоколебания якоря около точки позиционирования.

Анализ фазового управления показывает, что оно является параметрически устойчивым. При позиционировании разомкнутого

шагового привода с амплитудным управление» под действием фиксирующего усилия ЕД и насыщения магнитопрлводов 1Д будет возникать систематическая оиибка позиционирования, которая может быть устранена калибровкой - добавлением в угол нагрузки 9Н составляющей л У;, , величина и знак которой зависят от делаемой точки позиционирования. При позиционировании замкнутого по положении шагового привода с фазовым управлением оиибка позиционирования компенсируется влиянием обратной связи.

йиплитудно-фазовое управление ваговым приводом сохраняя преимущества оазовсго управления, позволяет добиться более высоких скоростей движения привода за счет оорсирования тока, чем фазовое управление. При позиционировании разомкнутого патового привода с амплитудно-фазовым управлением систематическая оиибка позиционирования, вызванная фиксирувцки усилием ВД и насыщением его магнитопроводов, «01ет быть устранена до-' бавленяем в синусоидальный закон задания токов фаз ЕД третьей гармоники. Тогда токи фаз ВД будут иметь вид: 1а = Пшсозв - 13в*соз38 1Ь = 11а*з1п8 + 13в*з1п30

где Ип-анплитуда первой гармоники тока; 13а- амплитуда третьей гармоники -тока, зависяцая от величины фиксирующего усилия ВД и от величины влияния насиценчя магнитолроеодов ИД.

Структура управления замкнутого привода иовет быть двух типов: следящая система и система, программно заданная дви«е-ние, с корректирупщей обратной связью по пояоЕешш.-

В следзцей системе на вход подается сигнал 6>3 задания положения, который сравнивается в сумматоре с сигналом 9 истинного пояснения, получаемого от измерительной система пояснения; полученная ошбка по пологениа подается на регулятор системы, выходной сигнал которого является управляющим для шагового двигателя. От вагового привода могет потребоваться движение с .ускоренней, следовательно, чтобы оиибка по пологению не достигала недопустимых величин, следящая система дол»на обладать астатизион второго порядка, что потребует регулятор систем» с астатизком четвертого порядка, Программная реализация такого регулятора затруднена для контроллера привода .

Поэтому оптимальной будет система, которая по упроченной модели (2) вагового привода рассчитывает угол задания вектора

тока в Функции требуемого положения якоря,а на обратную связь по положению при этом возлокена функция коррекции угла задания вектора тока для устранения оиибок по полояению. В такой системе остаются все алгоритмы управления разомкнутым приводом, дополненные алгоритмами работы обратной :аязи по половенип, что позволяет без труда переходить от замкнутой системы управления к разсмккутой и обратно. Подобные переход могут потребоваться при возникновени:, разворота якоря (о чей сказано в третьей главе работы) или при длинноходовых перемещениях. когда высокая точность требуется только на ограниченном участке этик перемещений, что позволяет использовать более дешевый датчик положения с малым ходом.

Далее в работе следует определение типа регулятора цепи обратной связи по положению. Пропорциональный регулятор позволяет повысить точность привода, но повышает его колебательность, что недопустимо. Добавление в регулятор дифференциальной составляющей позволяет уменьзить колебательность привода, но величина этой составляющей ограничена, таи как при значительной величине дифференциальной составляющей возмокно возникновение автоколебаний привода при позиционировании ввиду дискретизации управления как во врекени, так и по уровня. Следовательно, оптимальным регулятором цепи обратной ссязи по положения будет пропсрционально-иктегрально-диф'реренциалышй регулятор (ПИД- регулятор); где функции компенсации оиибки по пояснению лежит, в основном, на интегральной составляющей регулятора. Параметры этого регулятора находятся по упрощенной модели (2) шагового привода, но требуют последующей корректировки по уточненной модели привода.

'Вторая глава работы посвяцена анализу и построении моделей шаговых электроприводов и их элементов.

Известны разнообразные модели электроприводов с шаговыми двигателями. Однако, они не удовлетворяют по тем или иным' критериям: не учитывают в структуре силовой части ее нелинейности и инерционности; не учитывают влияния высших гармоник проводимости воздушного зазора и насыщения магнитопроводов полюсов фаз ВД на усилие шагового двигателя. Поэтому потребовалось уточнение упроченной модели (2) шагового привода с учетом перечисленных факторов; уточненная модель при этом должна быть удобна для анализа, т.е. не должна повывать по-

- 10 -

рядка дифференциального уравнения движения привода.

Для выявления главных свойств привода была использована исходная идеализированная модель планерного сагового двигателя, который является двухфазной индукторной иаииной с возбум-дением от постоянных магнитов. Нстанавливавтся следующие до-пучения: отсутствует насыщение иагнитопроводов 1Д, собствен- ' пая индуктивность обмоток постоянна, пространственное распределение потоков синусоидально, сопротивления обмоток фаз ЕД' одинаковы, инвертор, питавций ШД, не наснкен.

Структура этой модели в относительных единицах изобраге-на на рис. 1. Такая структура является эквивалентным изображением соответствующей системы дифференциальных уравнений, описываицих привод.

Обозначения:

напряжения задания токов соответственно в фазах А,Б; .К' - угол задания положения вектора тока; т^рг- передаточная функция регулятора тока;

- передаточная функция инвертора; '* Кс,- передаточная Функция обратной связи по току;

- ЭДС соответственно фаз й и В; X - постоянная времени фазы;

. сТ - коэффициент демпфирования;

- токи соответственно фаз й и В;

уис - усилил соответственно Е!Д « статическое нагрузки; J - суммарная масса якоря и нагрузки; О- ускорение; & - скорость; <9 - выходная координата якоря;

- относительна оператор дифференцирования.

Опыт работы показывает неполнув адекватность этой модели.

Рассматриваемый в данной работе планарный двухфазный шаговый двигатель представляет собой совокупность четырех электромагнитных модулей (по два модуля на кагдуа коордияа-. ту>, какдый из которых, является однофазной четырехполюсной маминой, т.е. в магнитном отношении фазы ШД независимы, Зси-лие, развиваемое ЕД по координате, является суммой усилий, развиваемых полисами двух модулей этой координаты:

С-&4.Х2 ¿¿и ^ -г г* ¿¿и где $I к,д.с. воздунных зазоров соответственно под

/ ' У)

t. -н полисом первого модуля и под / -и полюсом второго модуля;

магнитная проводимость зазора соответственно под L -м полисом первого модуля и по,,у -м полисом второго модуля.

Магнитная проводимость зазора имеет вид:

Дгу; ' "k. уk (Ь)

f<;o

где п - номер наивысшей удерхиваеи^й в разловении гармоники;

.¿/6 - амплитуда соответствующей гармоники проводимости.

Из .совместного решения (3) и (4) при п =4, следует,что в усилии, развиваемом ВД, содержится целый ряд высших гармоник усилия.В предяогенних ранее моделях 0Д л. -3, т.е. четвертая гармоника проРодимости не учитывалась. Однако анализ показывает, что причиной существования фиксируицего усилия ШД, которое присутствует даже при обесточенных обмотках, является именно чзтвертая гармоника проводимости воздуыного зазора, и (■ренебрегать ев нельзя. Величина этого фиксирующего усилия мокет быть определена экспериментально при обесточенных обмотках ВД. Однако в работе показано, что при питании двигателе номинальным током какскнальная величина фкксируочего усилия растет еце приблизительно на 502 .

В предложенных ранее моделях ЕД влияние нагыщениа магни-"топроводов ИД учитывалось как уменьшение максимального усилия, развиваемого ЕД. Реально проявление насыцения более сложно. Насыщение долено рассматриваться в магнятопроводе каждого полоса 2Д отдельно. Поток каядого полвса 0Д создает- . ся результируквди воздействием м.д.с. постоянного- магнита и и.д.с. обмотки 1раза этого полюса, причем если в какой-то момент времени для одних полисов фазы эти м.д.с., включены встречно, то для других полюсов той se фазы эти и.д.с, будут включены согласно, а значит, и насыщение в разных полисах маг-, нитопроводов Фазы проявляется по разному.

С ячбтой всего вииесказакного, т.е. влияния ^икснрувчего усилия и насыщения, относительное усилие, развиваемое исследуемым планарным ааговым двигателем при ПИ - регуляторе тока имеет вид (пренебрегая малыми составлявшими) : jU: tyiil Vlyli^c z UJSin. írr&J+Wf + V*'-

• i Я Г; *29¡ - rli?J -.(CJS -rü.n Íi-'Í 4¿>*

+ (p.crí- e.n Si« l> yt y ¿>> ($)

Рассмотрение скоростей, при которых инвертор тока пере-

ходит в режим-источника нэпряаения. показывает, что на скоростях, с которыми работают прецизионные шаговые приводы, насыщением инвертора и его инерционностью можно пренебречь.

С учетом этих обстоятельств бала построена уточненная модель вагового привода, структура которой представлена на рис 2.

По результатам исследования уточненной модели было рекомендовано добавление в токи >}аз Ед третьей гармоники тока с амплитудой от 5 до 10 У. от амплитуды первой гармоники задания токов для устранения систематической ошибки позиционирования.

В третьей главе работы показано, что в силу конструктивных особенностей планарного ОД, оптические линейки непригодны для определения положения якоря. Поэтому для замкнутого планарного привода был предлояен и разработан емкостный датчик полояения планарнего ЭД, показаны возможности повышения его точности и использование датчика для определения качества изготовления индуктора планарного ИЛ. представлены результаты аттестации датчика, анализируется возмоаность детектирования разворотов якоря 5Д этим датчиком, описаны алгоритмы работы замкнутого пленарного привода с емкостным датчиком при реве-кии задач позиционного и контурного двияений при разворотах якоря планарного 8Д.

На рис.3 представлена структурная схема емкостного датчика положения ДПЕ, состоящего ¡,з емкостных элементов ЕЭ, представлявцих собой поликоровуи пластину с обкладками из серебра, и вклеиЕзекых в якорь планарного ЙД и вторичного преобразователя ВПЕД . Ответной частьи емкостных элементов является зубцовая структура индуктора ЙД. Емкостной элемент состоит из четырех модулей обкладок М!...М4, ииеючнх такие взаимные сдвиги, что переменные составляющие емкости имеют вид:

С1.СЗ = +/- Сп*5(п8 ; С2.С4 = 4/- Са*со;9 (б) На эти модуля от генератора Г подается синусоидальное напряжение частотой 1 ИГц; далее сигнала с этих модулей подается на соответствующие преобразователи емкости в ток ПЕТ, далее ь дифференциальные усилителя ДУПТ, на выходе которых получавтся сигнала, пропорциональные синусу и косинусу положения якоря.

В работе показано, что реально зависимости емкости ЕЗ отличаштся от чисто синусоидального вида, что . приводит к

»r» ti

—.

•1. s о. tí

— А.

систематической оыибке на выходе, изменяющейся в. функции синуса учетверенного угла пояснения якоря. Эта систематическая оиибка пошет быть устранена затлсьв б ПЗУ аналого-цифрового преобразователя, в котором происходит преобразование бнходиых сигналов еикостного датчика в цгфро^ой код положения, функций, аналогичных реальным выходным сигналам датчика полояе-кия. Аттестация емкостного датчика положения с Тскиии харак-. терисгнкаки'показала, что он обеспечивает точность измерения с погреикостьа +/"- 15 иск. Для дальнейшего повотения точности емкостного датчика целесообразно использовать емкостные элементы больней плоадяи. Конструкция я.;оря планарного ИД позволяет установить ЕЗ с пдоцадыа, двукратно превкаивдр плоцадь ЕЭ исследуемого датчика.

Основном недостатком лланарних ЕД является возмгность-разворота якоря на вокруг центра масс ввиду отсутствия яеет-!.их направляющих акорл, что вызывает уход центров электромагнит модулей ОД на угол . Емкостный датчик позволяет детектировать развороты якоря.51 ¿ и активно парировать их.

В работе показано, что если BIÍEД еккогтного датчика по-' лохекия замкнутого привода, в которой управление двумя элект-роиагнитныик модулями одной координата происходит от одной системы управление, работает с двумя включенными параллельно ЕЗ и разнесенными относительно центра якоря так .же, как и электромагнитные модули одной координаты, то при развороте якор* выходные сигналы датчика имеют вид:

U'i=UiB*sin!bcos ; U2=Ue*cosO*cos (?)

Т.е.. при развороте якоря изменяется-амплитуда, но не фаза выходных сигналов и не появляется овибкн измерения выходной координаты 6> ; значит обратная связь обеспечит компенсации оаибкк по положению &<?j. что мокет быть использовано в'замкнутых приводах контурного двикения.

Для определения величины угла разворота по амплитуде выходного сигнала ДНЕ разработан датчик разворота, структурная схема которого показана на рис.4. На вход потенциочетрическо-го сазоврацателд ПФ подавтея два сигнала ДНЕ: на выходе ЯФ имееа два сигнала,сдвинутых на^ относительно входных. Далее все четнре сигнала подаются на блок выпрямления БВ, выходной сигнал которого Un*cos yj сравнивается в блоке сравнения с опорным нанрягением Uon, которое поступает с контроллера при-

зода и определяется углом , при котором синхронизируют^ мо мент ЙД максимален, т.е. !Д еще способен компенсировать разворот. При иа*соз^'< 11ог., контроллер видает сигнал на электронный клич К, который через клапан КЛЙЯ отключает аэростатическую опору !5Д и выдает сигнал аьарии.

При раздельном управлении эл.магнитными модулями одной [.оординатк е обратной свд.и кагдого модуля работает свой ДПЕ, выходные сигналы которых имепт вид: ДПЕ 1 : 11щ*31пСВ+^') иь+со5(Э+^'); ДПЕ 2 : ив*зШ8-уу)

Под действием этих сигналов обратные связи электромагнитных модулей будут компенсировать >ег' , т.е. будет происходить активная кпмпенсаггя разворота с одновременны1! слежением за кс-ординатой & .

5 четвертой глазе разработана методика синтеза параметров аналого-цифрового преобразователя датчика положения, представляющего собой следяцуи систему с астатизмок второго порядка, так называемого й/В-конвертора, приведена Функциональная схема синтезированного преобразоватечя и приведены результаты его экспериментального исследования.

Принцип действия й/В-конвертора основан на подстройке Фазы Ф выходного цифрового синусно-косинусного сигнала к фтзе 8 входного аналогового синусно-косинусного сигнала, гоступаю-дего с датчика полоаения. Нулевая скоростная ошибка - характерная особенность подобных систем. Дополнительное преимущество рассматриваемой системы - возможность получения аналогового сигнала, пропорционального скорости, с точностьп 1 У..

В работе показано, что синтез параметров Я/О-конвертора, структурная схема которого приведена на рис.5, своднюя к вы-, бору его разрядности, выбору скорости слежения и к определении параметров ПИ-регулятора цепи обратной связи конвертора. Разработана методика синтеза этих параметров исходя кз требований к измерительной системе, по которой синтезированы конверторы для работы с оптической линейкой и с емкостным датчиком положения.

Экспериментальное исследование синтезированного !2/П-кон-вертора заклячалось в снятию графиков переходных процессов в конверторе (рис.б) при ступенчатом воздействии пэ положению на входе на 90 эл.градусов.

Рис. 8.

- 19 -

В пятой главе приведены экспериментальна исследования разомкнутого и замкнутого по полояёнив планарного привода.

Экспериментальное исследование разомкнутого пленарного электропривода заилвчалось в определении погрешности его позиционирования внутри полюсного релекия планарного ЗД, при различных законах задания токов фаз ЕД. На рис,7 линией 1 показаны ооибки позиционирогання при синуглю-косинусном задании токов фаз, Линия 2 показывает озибку позиционирования при добавлении в закон задания токов .раз 5/Í третьей гармоники: линия 3 показывает ошибку позиционирования при добавлении 10У. третьей гармоники тока. Устранение подобным образом систематической ошибки позиционирования экспериментально подтверждает предложения по увеличению точности привода, приведенные в первой и второй главах работы.

Экспериментальное исследование замкнутого привода, например, при отработке половины целого вага (рис.8 линия 1) при коэффициентах обратной связи, синтезированных по улроценной модели (2) ЕД, и сравнение с результатами моделирования по упрощенной модели (линяя 2) и по уточненной модели (линия 3), доказывают адекватное отражение уточненной моделью реального поведения замкнутого пленарного привода. На рис.9 показаны результаты моделирования по уточнен!,ой модели программного перемещения с постоянной скоростью (линия I - требдекый угол положения; линия 2 - поведение привода при отсутствии обратной связи; линия 3 - поведение замкнутого по положению привода с коэффициентами ПИД-регулятора, с:!нте?ирсванныки по уточненной модели).

В заключении обобщены основные результаты работы.

В приложении приведена уточненная модель планарного ИД, использувщая программу для моделирования нелинейных систем.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Определены оптимальные способ управления, структура управлений и тип регулятора (ПИД) цепи обратной связи по положению замкнутого прецизионного планарного иагового привода.

2. Показаны и экспериментально подтверждены пути повышения точности в 3-5 раз позиционирования разомкнутых шаговых приводов.

3. Уточнена модель ЯД с учетом высших гармоник проводи-

«ости воздуеного зазора и насыщения нагнитопооводов полюсов г.ланарного ЕЛ, по которой в дальнзй-леи синтезирован оптимальный регулятор обратной связи загчнутого матового привода.

4. Разраиотан емкостный датчя:; положения планарного патового привода, позволявший дете<:г;,ровать развороты якоря ШД.

5. Разработана методика синтеза параметров универсального блока электронной интерполяции сигналов датчиков положения.

6. В результате сконструирован заикнутнй прецизионный дискретный нланарннй электропривод.

Основные положения диссертации отражены в публикациях:

1. Калаиников lf.fi., Мухакетгалеев 'Т.Х. Повышение точности механизмов с ваговнн приводом // Респб. научно-техн. конф. Повышение эффективности энергоснабаения промышленных предприятий: Тез. докл. - Ка-зань, i390,- с. 38-39.

2. Валковой Й.П., Муханетгалеев Т.Х., Pasos С.Н. Уточненная модель аагозого электропривода. "Электротехника", 1993, И I. с.54-58. . .

3. Емкостный датчик полоаеняя для шагового электропривода /Белковой Я,П., Нухсшетгалеев Т.Х., Чемерис Д.Н.-М., 1994.

- 12'е.- Деп. в Кнфирмзлектро 20.04.94. К 19-ЗТ 94.

4. Синтез система измерения положения дискретного электропривода/ Валковой ñ.íl., Кухакетгалеев Т.Х.- П., 1994.-II с,

- Деп. в Информэдектро 20.04.94. Н 20-ЭТ 94.

Пс-.тажаип к Ю'Ч.ПК Л- J,1r\ ///ч

Ü^Lt-i^A_Tupa»- 1UU Зак« 'г'-З

Ti4»4i'jiíiJj»K МЭИ, Крдашьаэармсиная, lí.