Введение к работе
Актуальность проблемы. Для ряда отраслей промышленности требуется обеспечить синхронное и синфазное вращение механически не связанных валов исполнительных механизмов. Особую актуальность приобрела задача повышения технического уровня прецизионных синхронно-синфазных электроприводов в технике регистрации и воспроизведения информации. Применение таких электроприводов в автономных устройствах оптико-механической развертки (ОМР) изображения, в системах технического зрения современных робототехнических комплексов,.в авиационном приборостроении и различных установках космической техники, системах наведення и стабилизации скоростей перемещения астрономических и радионавигационных приборов, в видеозаписи, киноаппаратуре, фототелеграфии, лазерной печати требует значительного повышения надежности и энергетических показателей, снижения массы и габаритов электропривода при непрерывно растущих требованиях по точности, быстродействию и диапазону регулирования частоты вращения.
При разработке синхронно-синфазных систем электропривода важнейшей является задача выбора способа регулирования, обеспечивающего выполнение заданных требований. Трудности практической разработки регулятора в основном обусловлены недшейностями логического устройства сравнения, используемого в контуре фазовой синхронизации.
Задача разработки прецизионного электропривода с высокими динамическими показателями и широким диапазоном регулирования не кокет быть сведена к удачному выбору способа регулирования, а ее решение требует комплексного подхода, при котором привод рассматривается как единое, взаимосвязанное целое. В результате при проектировании синхронно-синфазных электроприводов возникает ряд вопросов, имеющих большое практическое значение: выбор алгоритма работы логического устройства сравнения (ЛУС), определение параметров системы управления, повышение точностных характеристик измерительных преобразователей угловых координат. Рациональное решение этих вопросов основывается на анализе электромагнитных и электромеханических процессов в электроприводе' и последующем исследовании режимов его работы. Однако вопросы анализа и синтеза таких систем управления освещены.в литературе недостаточно полно, отсутствуют достаточно простые, пригодные для инженерной практики методики.
Цель работы заключается в разработке и исследовании прецизионного дискретного электропривода с бесконтактным двигателем постоянного тока для системы оптико-механической развертки.
Основными задачами, решаемыми в соответствии с поставленной иельп являются следующие. 3
-
Разработка модели электропривода с фазовой синхронизацией, адекватно отражающей нелинейности импульсной системы фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ), и определение условий ее линеаризации в пропорциональном рехаше работы привода.
-
Исследование влияния уровня токоограничения двигателя и логики работы логического устройства сравнения в контуре ФАПЧВ на динамику электропривода.
-
Разработка алгоритма управления электроприводом, обеспечивающего требуемую точность регулирования, и оценка его эффективности в режимах втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм со входным частотным сигналом. і
4. Сравнительный анализ способов фазирования электропривода и раз-
' работка фазирующего регулятора, квазиоптимального по быстродействию.
-
Разработка основных функциональных блоков контура ФАПЧВ, обеспечивающих выполнение поставленных требований к электроприводу системы OMPf фотоэлектрического импульсного датчика частоты вращения (ИДЧ) с коррекцией оборотной погрешности, ЛУС с расширенными функциональными возможностями и демодулятором выходного сигнала, корректирующего устройства, первичного преобразователя угла в режиме фазовращателя и системы преобразования выходного сигнала фазовращателя в цифровое значение угла для устройства позиционной модуляции фазных токов бесконтактного двигателя постоянного тока (БДПТ)'.
-
Экспериментальная проверка теоретических результатов и разраг ботанных технических решений.
Методы исследования. При теоретическом исследовании режимов втягивания контура ФАПЧВ в синхронизм с входным частотным сигналом использован метод фазовой плоскости. Применялись частотные метода анализа систем управления, модальный цетод синтеза систем. Теоретические положения и разработанные технические решения проверялись экспериментально на макетном образце синхронно-синфазного электропривода.
Научная новизна диссертационной работы и основные положения, выносимые на защиту.
-
Модель импульсного частотно-фазового дискриминатора (ИЧФД), входящего в состав ЛУС, адекватно отражающая его нелинейности.
-
Условия линеаризации модели ИЧФД в пропорциональном режиме работы контура ФАПЧВ при различных способах демодуляции выходного сигнала фазового детектора.
-
Результаты анализа влияния уровня токоограничения двигателя и логики работы ЛУС в контуре ФАПЧВ на динамику электропривода.
-
Алгоритм функционирования ЛУС, обеспечивающий сокращение времени переходного процесса при использовании в системах ФАПЧВ.
-
Способ коррекции электропривода с фазовой синхронизацией.
-
Алгоритми работы фазирующего регулятора, обеспечивающие повышение быстродействия синхронно-синфазного электропривода.
-
Методы компенсации оборотных погрешностей ИДЧ и датчика угловой скорости (ДУС).
-
Алгоритм преобразования выходного сигнала фазовращателя в цифровое значение угла.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
-
Результаты сравнительного анализа способов построения синхронно-синфазных электроприводов и их отдельных узлов позволяют в зависимости от предъявляемых к электроприводу технических требований выбрать наиболее подходящие схемные решения.
-
Результаты анализа динамических процессов в электроприводе с фазовой сішхронизацией и разработашше на уровне изобретений структурные схемы основных узлов привода могут быть использованы при проектировании систем фазовой автоподстройки частоты различных управляемых генераторов импульсов.
-
Практическую ценность представляют разработанные на уровне изобретений бесконтактный преобразователь угла поворота вала простой и технологичной конструкции, система преобразования выходного сигнала фазовращателя в цифровое значение угла, функционирующая в режиме непрерывного слежения за сигналом фазовращателя; и устройства коррекции выходных сигналов ИДЧ и ДУС.
4 Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке привода ПС-10 в научно-производственном объединении "Полюс", г. Томск.
Апробация работы. Основное содержание диссертационной работы докладывалось на Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние и перспективы развития электротехнологии": Вторые Бенардосовские чтения (Иваново, 1985), Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности и качества систем синхронизации" (Львов, 1985), Всесоюзной научно-технической конференцій "Состояние и перспективы развития электротехнологии": Третьи Бенардосовские чтения (Иваново, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов" (Новосибирск, 1987), I Всесоюзной научно-технической конференции по электромехано-тронике (Ленинград, 1987), Всесоюзной научно-технической конференции "Современное состояние, проблема и перспективы энергетики и технологии
в энергостроении": Четвертые Еенардосовские чтения (Иваново, 1989), а также на ряде региональных и ведомственных семинаров и конференций.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 13 авторских свидетельств на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения, списка литературы из 159 наименований, приложения на 2 страницах и содержит 125 страниц основного текста, 100 рисунков и 3 таблицы.
