WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Методами математического моделирования были исследованы динамические свойства замкнутой системы регулирования при реальном изменении жесткости канатной передачи и массы обезвешиваемого объекта. Определено, что увеличение жесткости канатной передачи и массы обезвешиваемого объекта приводит к уменьшению перерегулирования по усилию в замкнутой СКСТ. Поэтому для получения качественных переходных процессов при изменении параметров механической части СКСТ, настройку регулятора усилия рекомендуется осуществлять при минимальных значениях жесткости канатной передачи и массе обезвешиваемого объекта.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие правильность принятых решений и рассмотрены вопросы практической реализации СКСТ на базе ЭП переменного тока.

Для проверки результатов синтеза и апробации предлагаемых технических решений, на кафедре ЭПА ЮРГТУ (НПИ) был разработан экспериментальный стенд СКСТ, который позволяет корректно, в идентичных условиях, сопоставить работу СКСТ с ЭП постоянного и переменного токов.

При исследовании СКСТ с ЭП постоянного тока на экспериментальном стенде были использованы высокомоментные ДПТ серии 1ПИ 12.11-11-202М (кВт; Нм; рад/с; кгм2) с питанием от широтно-импульсного преобразователя напряжения типа ЭШИМ1 (60 В, 8 А). При реализации ЭП переменного тока был применен АД марки: АИР71В4 (кВт, Нм, рад/с, кгм2), на валу которого был установлен инкрементальный датчик марки ЛИР158А (2048 имп./об). Управление АД осуществляется от преобразователь частоты (ПЧ) с векторным управлением, серии Simovert Masterdrive MC Plus (кВт), на базе которого была реализована система регулирования усилия. Настройка ПЧ и осциллографирование необходимых сигналов выполнялось с помощью программного обеспечения Drive Monitor (Siemens), установленного на персональный компьютер.

Обезвешиваемый объект, максимальная масса которого может составлять 250 кг, моделируется набором грузов массами по 10 и 20 кг. Передача усилия от вала двигателя к обезвешиваемому объекту, осуществлялась с помощью редуктора и канатной передачи при = 0,001 м/рад. Измерение усилия выполнялось тензометрическим датчиком типа «Тензо-М С2-500».

Табл.2 Параметры физической модели СКСТ

Масса обезвешиваемого объекта 140 кг

Параметр

Ед.изм.

АД

ДПТ

с

0,038

0,121

с

0,004

0,0034

-

0,095

0,027

с

0,0010,002

0,0010,002

с

0,0480,146

0,0580,175

с

0,0130,023

0,0140,024

рад/с

4377

4272

Анализ параметров механической части СКСТ с АД и ДПТ (см. табл.2), показал более чем 3 кратное увеличение параметра, что позволяет обеспечить требуемую ошибку регулирования усилия при меньших коэффициентах усиления регулятора.

Рис.6 Зависимость.

На рис.6, рис.7 представлены результаты экспериментальных исследований статических и динамических характеристик СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока при массе обезвешиваемого объекта 140 кг.

Анализ зависимостей (см. рис.6) позволяет сделать вывод, что использование асинхронного ЭП обеспечило уменьшение силы трогания до значений менее 1 % от веса объекта.

Также улучшились основные динамические показатели СКСТ (см. рис.7). Исследования динамики СКСТ выполнялись, когда замкнутый контур регулирования усилия обеспечивал требуемую точность при необходимом демпфировании упругих колебаний.

Табл.3 Характеристики СКСТ с ЭП
постоянного и переменного токов.

Параметр

Ед.изм.

АД

ДПТ

%

3,5

5,8

%

4,6

6,4

-

1,3

0,64

Точность регулирования усилия и воспроизведения ускорения при перемещениях обезвешиваемого объекта увеличилась в 1,6 и 1,4 раза соответственно, а логарифмический декремент затухания вырос в 2 раза (см. табл.3).

а) mF=165 Н/кл; m=23,5 (рад/с)/кл; б) mF=165 Н/кл; m=23,5 (рад/с)/кл; в) mF=10,3 Н/кл; m=94 (рад/с)/кл;

г) mF=183 Н/кл; m=28,3 (рад/с)/кл; д) mF=183 Н/кл; m=28,3 (рад/с)/кл; е) mF=11,4 Н/кл; m=141 (рад/с)/кл;

Рис. 7 Графики переходных процессов в СКСТ с ЭП постоянного и переменного тока: а), г) в разомкнутой системе; б), д) в замкнутой системе при импульсном возмущающем воздействии; в), е) в замкнутой системе при
ступенчатом возмущающем воздействии.

Улучшение основных показателей качества имитации невесомости в предлагаемой СКСТ стало возможным благодаря увеличению в 3,5 раза значения параметра, применению асинхронного ЭП с быстродействием, в 3 раза превышающим быстродействие ЭП постоянного тока, а также уменьшению в 23 раза сил трения в механической части СКСТ.

С учетом полученных результатов теоретических и экспериментальных исследований системы регулирования усилия, была разработана, реализована и экспериментально опробована СКСТ с ЭП переменного тока. Спроектированная СКСТ позволяет обеспечить требуемую точность регулирования усилия, повышает качество имитации невесомости и расширяет функциональные возможности перспективных тренажерных комплексов.

Работа спроектированной СКСТ может выполняться в двух режимах: перемещения и обезвешивания. Перемещение осуществляется в замкнутой системе регулирования скорости и используется для реализации вспомогательных операций, например, установки объекта в исходное положение. Режим обезвешивания объекта является основным и осуществляется в замкнутой системе регулирования усилия. При этом возможна автоматическая настройка СКСТ на фактический вес объекта, определение и компенсация реальных сил трения. Реализация дополнительных каналов регулирования, осуществляющих ограничение скорости движения и перемещения обезвешиваемого объекта, позволила обеспечить высокий уровень безопасности обучаемого персонала при эксплуатации СКСТ. Для целей безопасности, в случае отключения силового питания или выхода из строя ЭП, на выходном валу редуктора было установлено тормозное устройство.

Практическая реализация и исследования предложенной СКСТ показали правильность принятых технических решений. Была отмечена высокая эффективность работы СКСТ при обезвешивании объектов с различными массами, удобство эксплуатации и высокий уровень безопасности. Выполненные экспериментальные исследования показали возможность уменьшения ошибки регулирования усилия до 2% и воспроизведения ускорения до 4 %.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе, на основании теоретических и экспериментальным исследований решена актуальная научно-техническая задача создания активных СКСТ с ЭП переменного тока для перспективных тренажерных комплексов по подготовке космонавтов к работе в невесомости. В ходе выполненных исследований получены следующие выводы и результаты, имеющие научное и практическое значение:

  1. Обоснованы обобщенные требования к СКСТ тренажерных комплексов, обеспечивающие решение перспективных задач подготовки космонавтов к работе в невесомости.
  2. Анализ функционирования активных СКСТ показал, что для расширения решаемых задач подготовки космонавтов и улучшения основных показателей качества имитации невесомости, при их реализации целесообразно использовать современные асинхронные частотно-регулируемый ЭП.
  3. Разработанная обобщенная математическая модель СКСТ, позволяет адекватно описывать упруго-диссипативные свойства ЭМС при векторном управлении моментом асинхронного двигателя. Использование трехмассовой модели механической части СКСТ, позволяет корректно учитывать влияние сил сухого и вязкого трения, изменение жесткости канатной передачи при перемещениях обезвешиваемого объекта, а также кинематических погрешностей механических передач.
  4. Предложенная структура ЭМС регулирования усилия при использовании асинхронного ЭП с векторным управлением, позволяет обеспечить требуемые показатели качества имитации невесомости при создании СКСТ.
  5. Выполнен синтез оптимального регулятора усилия для СКСТ с асинхронным ЭП, получены аналитические выражения для расчета его параметров и предложены рекомендации по практической его настройке, позволяющие реализовать качественное управление усилием в условиях изменяющихся параметров механической части СКСТ.
  6. Определены условия и область целесообразного применения предлагаемой методики синтеза регулятора усилия, при реализации СКСТ на базе микропроцессорного ЭП переменного тока. Получено аналитическое выражение, позволяющее определить требуемое быстродействие и период квантования микропроцессорной системы управления ЭП, при которых обеспечивается требуемое качество переходных процессов в СКСТ с упругими механическими передачами.
  7. Получено аналитическое выражение, позволяющее с учетом требуемых свойств замкнутой СКСТ определить минимально необходимую дискретность по уровню цифрового контура регулирования усилия.
  8. На специально созданном экспериментальном стенде, в идентичных условиях, сопоставлены возможности и определены области рационального применения ЭП постоянного и переменного токов при реализации СКСТ тренажерных комплексов.
  9. Предложенные рекомендации и технические решения по реализации СКСТ с ЭП переменного тока, позволяют повысить качество имитации невесомости, безопасность и удобство эксплуатации тренажерных комплексов для подготовки космонавтов к работе в невесомости.

Научные публикации по теме диссертации в изданиях,
рекомендованных ВАК

  1. Барыльник Д.В. Проблемы и перспективы применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилий исполнительных механизмов / Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко // Изв. вузов. Электромеханика. – 2005. – №6. – С.33 – 36.
  2. Барыльник Д.В. Методика синтеза и результаты исследования цифровой системы регулирования усилия механизмов / Д.В. Барыльник // Изв. вузов. Электромеханика. – 2008. – №3. – С.48 – 50.

Другие научные публикации по теме диссертации

  1. Пятибратов Г.Я. Математическое описание и моделирование систем компенсации силы тяжести с асинхронными частотно-регулируемыми электроприводами / Г.Я. Пятибратов, Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко // Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – Новочеркасск, 2006. – 154 с. – Деп. в ВИНИТИ 19.07.06, № 971-В2006. – Аннот. в БУ ВИНИТИ Деп. науч. работы. – 2006. - №9. – С.25. – Б.О. 187
  2. Барыльник Д.В. Возможность применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилия / Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко,
    Г.Я. Пятибратов // Электроприводы переменного тока: Труды Междунар. 13-й науч.-техн. конф., г. Екатеринбург, 15-18 марта 2005 г. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. – С. 303306.
  3. Кравченко О.А. Состояние и перспективы совершенствования силокомпенсирующих электромеханических систем / О.А. Кравченко, Д.В. Барыльник // Труды V Междунар. (XVI Всерос.) конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2007, г. Санкт-Петербург, 18-21 сент. 2007 г. - СПб: 2007. – С. 298 – 301
  4. Кравченко О.А. Особенности применения асинхронных частотно-регулируемых электроприводов для реализации системы вертикальных перемещений тренажера «Выход-2» / О.А. Кравченко, Д.В. Барыльник, М.А. Рузаков // Технические средства и технологии для построения тренажеров: материалы науч.-техн. семинара, Звездный городок Моск. обл. РФ., 13-14 окт. 2004 г. М.: РГНИИЦПК, 2004. Вып. 5. – С. 149 150.
  5. Барыльник Д.В. Построение систем прямого регулирования усилиями с электроприводами переменного тока / Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко // Современные энергетические системы и комплексы управления ими: материалы III Междунар. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 30 мая – 10 июня 2003 г.: в 3 ч. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2003. – Ч. 2. – С. 76–78.
  6. Барыльник Д.В. Исследование возможностей применения асинхронных электроприводов в системах регулирования усилий / Д.В. Барыльник, О.А. Кравченко // Студенческая научная весна – 2004: материалы 53-й науч.-техн. конф. студентов и аспирантов ЮРГТУ(НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск: ООО НПО "Темп", 2004. – С. 116 – 118.
  7. Барыльник Д.В. Проблемы и особенности математического описания систем компенсации силы тяжести с асинхронными электроприводами / Д.В. Барыльник // Студенческая научная весна – 2006: сб. науч. тр. аспирантов и студентов ЮРГТУ(НПИ) / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2006. – С. 266 – 269.
  8. Барыльник Д.В. Принцип построения макета много-координатной системы обезвешивания объектов массой до 250 кг / Д.В. Барыльник, Соломатин Р.Ю.
    Pages:     ||
    |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.