WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Ле Ван Тхань

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПРИВОДОВ РАДИОТЕЛЕСКОПА РТ-7.5 НА БАЗЕ ДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Специальности 05.02.05

Роботы, мехатроника и робототехнические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МОСКВА - 2007

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете им Н. Э. Баумана.

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент

Польский Вячеслав Анатольевич

Официальные оппоненты: - Доктор технических наук, профессор

Лесков Алексей Григорьевич

- Кандидат технических наук

Селиванов Николай Леонидович

Ведущая организация: ЗАО Научно-технический центр

“Приводная техника”

Защита состоится «23» октября 2007 года в 14.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.141.02 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, ауд. 613М.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью организации, просим высылать по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, МГТУ им. Н.Э. Баумана, учёному секретарю совета Д 212.141.02.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Телефон для справок: 267-09-63

Автореферат разослан « » 2007 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

Кандидат технических наук, доцент

Иванов В. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы: Тема работы направлена на разработку новых высокоточных электроприводов переменного тока для радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ – 7.5 МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Цель работы: Диссертация посвящена разработке системы приводов переменного тока, обеспечивающей наведение зеркала радиотелескопа с точностью 2,5 угл.с. на астрономические объекты и низколетящие космические летательные аппараты. Необходимо разработать алгоритмы управления приводами в различных режимах работы, математическую модель системы приводов, методику расчёта регуляторов, провести экспериментальное исследование системы приводов в составе радиотелескопа.

Методы исследования: В диссертационной работе использованы частотные методы исследования систем автоматического управления, методы математического моделирования и др.…

Научная новизна: На защиту выносятся:

- Алгоритмы управления приводами в различных режимах работы, обеспечивающие высокую точность наведения и плавное движение зеркала с адаптивным выбором вида и параметров траектории движения;

- Методы обеспечения высокой динамической точности слежения путём совместного использования принципов комбинированного управления и антирезонансных фильтров;

- Инженерная методика расчёта контуров управления приводов радиотелескопа;

- Результаты экспериментальных исследований системы приводов радиотелескопа.

Внедрение результатов: Материалы диссертации использованы в исследованиях по ОКР «Разработка проекта модернизации приводов антенных систем радиотелескопа РТ – 7.5 для создания на его основе наземного радиолокатора наведения и подсветки ка – диапазона», тема № 1.27.04, 2004, «Разработка интерфейса управления модернизированными приводами антенных систем радиотелескопа РТ-7.5», тема № 2.29.05, 2005, проведенных на кафедрах РЛ-1 и РК-10, а также при создании и испытаниях новых электроприводов на радиотелескопе.

Апробация работы: Основные положения диссертации обсуждались и докладывались на XVII Всероссийской научно-практической конференции «Экстремальная робототехника» (Санкт – Петербург, 2006г), на XVIII Всероссийской научно-практической конференции «Экстремальная робототехника» (Санкт – Петербург, 2007г).

Публикации: Основное содержание работы изложено в одной статье, в двух отчётах по ОКР № 1.27.04, 2004 и № 2.29.05, 2005, а также в трудах XVII и XVIII Всероссийских научно-практических конференциях «Экстремальная робототехника» (Санкт – Петербург, 2006г и 2007г).

Структура диссертации: Диссертация состоит из введения, четырёх глав, выводов и списка литературы. Основная часть работы составляет 180 страниц машинописного текста и содержит 88 рисунков.

ОсновнОе СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность проводимой работы, формулируются задачи исследования, определяется практическая полезность, обосновывается структура работы.

В первой главе дано описание радиотелескопа РТ-7.5 и его режимов работы до модернизации. Представлены новые требования, предъявляемые к системе приводов. Изложены и обоснованы технические решения, принятые в ходе модернизации системы приводов. Представлена разработанная архитектура системы управления приводами переменного тока на базе программируемых логических контроллеров.

Важнейшей частью радиотелескопа, которая является объектом управления для приводов, является зеркало антенной установки (АУ). Общий вид АУ радиотелескопа РТ-7.5 представлен на рис. 1. Зеркало имеет 2 степени подвижности: по азимутальной оси в диапазоне ±172,5 град относительно направления “север - юг” и по угломестной оси в диапазоне ± 87,5 град относительно направления на зенит.

Общая масса вращающихся частей АУ составляет: 8 т по угломестной оси и 27 т по азимутальной оси. Основным режимом работы РТ-7.5 является режим программного наведения, в котором осуществляется слежение за астрономическими объектами и космическими летательными аппаратами (КЛА). При проведении подготовительных и регламентных работ используются вспомогательные режимы:

- Режим регламентного наведения для перемещения АУ в заданное угловое положение и для движения с заданной угловой скоростью;

- Режим полуавтоматического наведения для ручного слежения за объектами с помощью видеокамеры.

Основные требования к системе приводов до и после модернизации представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Параметр

Азимут

Угол места

До модернизации

После модернизации

До модернизации

После модернизации

Диапазон скоростей

0 205 угл.с./с

2,5 9000 угл.с./с

0 325 угл.с./с

2,5 9000 угл.с./с

Диапазон ускорений

0 20,5 угл.с./с2

0 36 угл.с./с2

0 32,5 угл.с./с2

0 36 угл.с./с2

Ошибка

наведения

10 угл.с.

2,5 угл.с.

10 угл.с.

2,5 угл.с.

После проведения анализа новых требований к системе приводов были приняты следующие технические решения:

- Замена двигателей постоянного тока с управлением от электромашинных усилителей на современные специализированные асинхронные двигатели с управлением от векторных преобразователей частоты (ПЧ);

- Отказ от двухдвигательной схемы привода каждой оси с громоздким предварительным редуктором и переход на однодвигательную схему с диапазоном регулирования скорости 10000 с компактным одноступенчатым предварительным редуктором;

- Использование на осях АУ современных датчиков абсолютного отсчёта с разрешающей способностью в 1 угл.с.

Принятые технические решения были реализованы в 2006 г. Для взаимодействия с верхним уровнем управления АУ – сервером радиотелескопа – была разработана архитектура системы управления приводами на базе высокопроизводительного программируемого логического контроллера (ПЛК) “System Q” производства “Mitsubishi Electric”, представленная на рис. 2. Рис. 2. Архитектура системы управления приводами радиотелескопа РТ-7.5

На данном рисунке обозначено: 1- двигатели; 2- фотоимпульсные датчики; 3- электромагнитные тормоза.

Анализ возможностей современных ПЧ показал, что реализовать контур регулирования положения АУ на базе данных устройств невозможно, в связи с чем на процессорный модуль ПЛК была возложена задача реализации контуров регулирования положения для обеих осей. При такой организации управления ПЧ азимута и угла места вместе с соответствующими трансмиссиями выполняют функции скоростных подсистем, управление которыми производится через модуль аналоговых выходов ПЛК. Кроме того, ПЛК осуществляет процедуру интерполяции промежуточных точек траектории в режиме программного наведения и формирование управляющих воздействий на приводы в режиме регламентного наведения.

Вторая глава посвящена разработке алгоритмов управления приводами радиотелескопа в режимах программного и регламентного наведения. Для режима программного наведения предложен метод интерполяции, использующий сплайн - функции второго порядка. Произведена оценка погрешностей интерполяции и квантования управляющих сигналов по времени. Предложен метод уменьшения погрешностей, связанных с квантованием сигналов по времени. Для режима регламентного наведения разработаны алгоритмы перемещения АУ в заданное угловое положение и движения с заданной скоростью, обеспечивающие плавное контролируемое перемещение АУ по заранее спланированной траектории.

В режиме программного наведения ПЛК получает от сервера радиотелескопа через фиксированный отрезок времени Т1 информацию о трёх узловых точках траектории по углу места * и углу азимута *. Например, для угла места это будут:. (1)

После этого ПЛК интерполирует (n-1) промежуточных точек траектории с шагом t = T1/n, которые подаются на входы следящих приводов. Для РТ-7.5 была принята величина T1 = 1с. При этом самым загруженным в вычислительном отношении для ПЛК оказывается первый промежуток времени, в течение которого ПЛК должен провести процедуру интерполяции, опросить датчики положения осей, вычислить сигналы на выходах регуляторов положения и выдать их на входы ПЧ.

Для осуществления интерполяции в диссертации был выбран экономичный в вычислительным отношении метод, использующий сплайн -функции второго порядка. При этом интерполяционная траектория проходит через точки 0*, 1*, 2* и описывается следующим уравнением:

, (2)

а коэффициенты а1 и а2 определяются по формулам:

(3)

В дискретном виде уравнение (2) имеет вид:

, (4)

где l1= a1t и l2 = a2t2. При этом неизбежно возникают погрешности, связанные с квантованием управляющих сигналов по времени и погрешности интерполяции. Погрешности квантования по времени можно оценить, представив командную траекторию, которую должен отработать привод, в виде эквивалентного синусоидального входного воздействия *(t) = m sin(э t), где

. (5)

Здесь m и m – максимальные значения скоростей и ускорений. Сравнивая между собой два соседних дискретных значения *К и *К-1, можно оценить погрешность квантования:

(t)= m[sin(э(t0 + kt)) - sin(э(t0 + (k-1)t))]. (6)

Поскольку наибольшая скорость изменения *(t) имеет место при t0 = 0 и k=1, максимальная погрешность квантования будет имеет вид:

m(t) =msinэt. (7)

Для m= 9000 угл.с./с и m= 36 угл.с./с2 получена зависимость m=f(t), приведенная в табл.2.

Таблица 2.

Зависимость погрешности квантования m от шага квантования t

t, mс

0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

m, угл.с.

0,886

1,772

4,43

8,86

17,72

44,3

88,6

Как видно из табл. 2, уже при t = 0,2 mс погрешность квантования превышает разрешающую способность 20 – разрядного датчика угла =1 угл.с. Для обеспечения заданной точности наведения при приемлемых для используемого в системе ПЛК значениях t (порядка 1 10 mс) в диссертации предложено подавать на вход скоростной подсистемы дополнительный сигнал, пропорциональный скорости изменения управляющего воздействия

, (8)

или в дискретном виде, к =1…(n-1), где

m = 2a1t. (9)

Схема подачи дополнительного сигнала показана на рис. 3.

Рис. 3. Схема управления приводом угла места в режиме программного наведения

На данном рисунке: РП- регулятор положения; kум - ошибка наведения; ДК – координата оси, измеренная датчиком положения; i- передаточное число редуктора. При этом погрешность квантования составит

' = m[sin(э (t0 + t)) - sin(э t0)] - mtcos(э t0). (10)

Pages:     || 2 | 3 |






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