WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Данная погрешность будет имеет максимум при *(t)= 90 град. Зависимость 'm= f (t) приведена в табл. 3.

Таблица 3.

Зависимость погрешности квантования 'm от шага квантования t

t, mс

0,1

0,2

0,5

1

2

5

10

100

`m, угл.с.

-1,8·10-7

-7,2·10-7

-4,5·10-6

-1,8·10-5

-7,2·10-5

-0,00045

-0,0018

-0,18

На рис. 4 в логарифмическом масштабе приведены графические зависимости m= f (t) и, построенные по данным табл. 2 и 3.

Как видно из табл. 3 и рис. 4, при подаче на вход скоростной подсистемы дополнительного сигнала погрешность квантования даже при t= 100 mс не превышает разрешающей способности датчика угла.

В режиме регламентного наведения система управления приводами должна обеспечить плавное движение АУ с ограничением максимальных скоростей и ускорений. Традиционным является решение, при котором ограничение скоростей и ускорений достигается за счёт ограничения величины сигналов на выходах регуляторов положения и скорости электропривода. При этом в соответствующих контурах управления появляются нелинейности с зоной насыщения, которые могут вызвать автоколебания и даже привести к неустойчивости при отработке больших рассогласований. В диссертации для обеспечения плавного контролируемого перемещения АУ в новое положение предложено следующее решение: в ПЛК программным образом реализуется блок формирования управляющих воздействий (БФУВ), который формирует после приёма задания от сервера плавную траекторию с изменением командной скорости по “S” – образной характеристике. Рассчитанные точки траектории подаются на вход следящего привода. В зависимости от величины начального рассогласования автоматически выбирается одна из четырёх траекторий перехода, профили изменения скорости которых представлены на рис. 5а – 5г

а. Большое рассогласование

б. Среднее рассогласование

в. Малое рассогласование

г. Очень малое рассогласование

Рис. 5. Профили изменения скорости при различных величинах начального рассогласования

На данных рисунках: t1, – время разгона до максимального ускорения; tПС – время движения с максимальной скоростью; tПУ, – время движения с максимальным ускорением; П1, П2, min – значения начальных рассогласований, в зависимости от которых выбирается профиль изменения скорости. На участках 1, 3, 5, 7 командная скорость изменяется по параболическому закону. Величины П1 и П2 рассчитываются по формулам:

. (11)

Величина min выбирается экспериментально. Величина t1 выбирается из условия 4t1 3 ТЗ, где ТЗ – период резонансных колебаний зеркала АУ по соответствующей оси. При выполнении данного неравенства, как показали эксперименты, не происходит возбуждение механических колебаний зеркала в начале и в конце движения.

Для РТ-7.5 максимальные скорости и ускорения в режиме регламентного наведения составляют: mах= 18000 угл.с./с и max= 2880 угл.с./с2, а величина t1= 0,25 с. При этом П1= 32,5 град, П2= 0,1 град, min= 10 угл.с.

Для реализации движения с заданной скоростью используется профиль, показанный на рис. 5а, при этом вместо mах используется значение заданной скорости ЗАД, а величина tПУ зависит от ЗАД.

Третья глава посвящена разработке методики расчёта и настройки скоростной подсистемы привода. Разработана математическая модель асинхронного электропривода с управлением от векторного преобразователя частоты, проведена идентификация механических систем обеих осей, разработана инженерная методика расчёта регулятора скоростной подсистемы, учитывающая упругие свойства механической передачи. Приведены результаты экспериментального исследования скоростной подсистемы.

Функциональная схема скоростной подсистемы представлена на рис. 6.

На данном рисунке: дзад – заданное значение скорости ротора двигателя, дос – сигнал обратной связи, Д – скоростная ошибка привода, Д – скорость ротора двигателя, З - скорость зеркала, МД – электромагнитный момент, развиваемый двигателем, I - заданное значение моментообразующего тока двигателя, IОС - фактическое значение тока, измеренное датчиком, I – сигнал токовой ошибки, i – передаточное число редуктора, ФИД – фотоимпульсный датчик на валу двигателя.

Передаточная функция ПИД- регулятора скорости имеет следующий вид:

. (12)

Здесь KПР, инт,диф – настраиваемые параметры регулятора. В векторных ПЧ рассматриваемого класса в блоках управления используется подвижная система координат, ориентированная по вектору потокосцепления ротора. В этой системе все электромагнитные процессы имеют такое же описание как, у двигателя постоянного тока (ДПТ). Благодаря этому для описания скоростной подсистемы можно использовать структурную схему, аналогичную схеме привода на базе ДПТ. Данная структурная схема представлена на рис.7.

Рис. 7. Структурная схема системы регулирования скорости на базе ПЧ

На данном рисунке: Му – момент упругих сил со стороны механической передачи, КМ - коэффициент пропорциональности между электромагнитным моментом и сигналом задания тока, JДВ - момент инерции ротора двигателя, Д – угол поворота вала двигателя, ТСК и ТДС- постоянные времени, учитывающие время реакции регулятора скорости и фильтрацию сигнала обратной связи, Д – координата вала двигателя.

Для определения структурны и параметров упругой механической нагрузки была проведена её идентификация во временной области. Для этого привод каждой оси резко тормозился до полного останова двигателя. В результате возникали упругие колебания зеркала, которые фиксировались датчиком положения оси. В качестве примера на рис. 8 показана осциллограмма, полученная для азимутальной оси.

Из рисунка видно, что в механической системе наблюдаются одночастотные затухающиие колебания с частотой fАЗ= 2,69 Гц.

Для угломестной оси также наблюдались одночастотные колебания с частотой 4,9 Гц. На основании полученных результатов механические системы приводов обеих осей были апроксимированы двухмассовыми упругими моделями с сосредоточенными параметрами. На рис. 9 представлена структурная схема скоростной подсистемы с двухмассовой моделью механики.

Рис. 9. Структурная схема скоростной подсистемы

На данном рисунке С, - коэффициент жёсткости механической передачи и коэффициент диссипативных потерь, приведенный к валу двигателя; JЗ- момент инерции зеркала, приведенный к валу двигателя; , МУ - приведенные к валу двигателя координата зеркала и момент упругих сил. Путём структурных преобразований схемы рис. 9 была получена удобная для анализа и расчёта структурная схема, представленная на рис. 10

Рис. 10. Расчётная структурная схема скоростной подсистемы

На данном рисунке УД – общий коэффициент усиления; J = Jдв + Jз – суммарный момент инерции всех движущихся частей;,, ; - постоянные времени и коэффициенты затухания упругой передачи; = /С- постоянная времени диссипативных потерь; - передаточная функция регулятора скорости с единичным коэффициентом усиления.

В диссертации предложена двухэтапная процедура расчёта и настройки скоростной подсистемы:

На первом этапе осуществляется расчёт и настройка параметров регулятора скорости при отсоединенной нагрузке, то есть когда JЗ = 0 и M(s)=1 по заданным значениям полосы пропускания привода по скорости fП СК и показателя колебательности МС. На основе анализа асимптотической логарифмической амплитудно частотной характеристики (ЛАЧХ) разомкнутого контура скорости были выведены следующие расчётные формулы:,

,. (12)

На втором этапе проводится анализ влияния упругой нагрузки на качество работы привода, для чего в соответствии со структурной схемой рис.10 анализируется ЛАЧХ разомкнутого контура скорости, которая имеет вид, представленный на рис. 11.

На данном рисунке ABBBCD - асимптотическая ЛАЧХ, при этом небольшие значения коэффициентов затухания З и З приводят к появлению антирезонансных и резонансных пиков на частотах 1/ТЗ и 1/ТЗ. Для того, чтобы скоростная подсистема имела приемлемый запас устойчивости, необходимо, чтобы А 6 дБ. В случае невыполнения данного условия в диссертации рекомендуется увеличить быстродействие скоростной подсистемы, при этом ЛАЧХ ABBBCD смещается вверх и величина А увеличивается.

Для экспериментального исследования скоростной подсистемы была собрана лабораторная установка, схема которой представлена на рис. 12.

Рис.12. Лабораторная установка для исследования скоростной подсистемы

На рис. 13 показана осциллограмма переходного процесса, полученная после ввода в память ПЧ параметров регулятора скорости, рассчитанного по формулам (12) для fПСК=100 Гц и МС=1,1 при отработке скорости ДЗАД=1об/с.

Рис.13. Осциллограмма переходного процесса при отработке ступенчатого воздействия

В четвертой главе предложен метод обеспечения высокой динамической точности слежения, использующий принципы комбинированного управления и антирезонансный фильтр в цепи сигнала ошибки. Определена структура регулятора положения и разработана инженерная методика расчёта его параметров. Разработана система моделирования приводов в режимах программного и регламентного наведения. Разработана методика настройки позиционного контура управления. Приведены результаты экспериментальных исследований системы приводов.

Линеаризованная структурная схема позиционного контура управления представлена на рис. 14.

Рис. 14. Структурная схема позиционного контура управления привода угла места

На данном рисунке математическая модель скоростной подсистемы представлена без учёта малых постоянных времени ТСК и ТДС. Для плавного движения зеркала на низких скоростях необходимо обеспечить глубокую местную отрицательную обратную связь по скорости вала двигателя, что приводит к возрастанию ошибки слежения. Для её уменьшения используется принцип комбинированного управления, заключающийся в подаче на вход скоростной подсистемы дополнительного сигнала, пропорционального скорости изменения управляющего воздействия. Поскольку при слежении за астрономическими объектами скорость движения зеркала невелика, заданная точность слежения обеспечивается при небольших коэффициентах усиления в контуре положения, при которых его полоса пропускания значительно меньше собственной частоты упругих механических колебаний зеркала. При слежении за низколетящими КЛА скорость движения зеркала увеличивается в десятки раз, и для обеспечения заданной точности слежения необходимо значительное увеличение коэффициента усиления, при этом полоса пропускания контура положения становится соизмеримой с собственной частотой упругих колебаний зеркала. Это может привести к неустойчивости привода, что было подтверждено при моделировании системы и её настройке.

Для обеспечения устойчивости привода с упругой механикой в диссертации предложено использовать антирезонансный фильтр в цепи сигнала ошибки, который подавляет упругие колебания зеркала. При этом подача сигнала скоростной компенсации производится с учётом упругой механической нагрузки привода. Для определения структуры регулятора положения с антирезонансным фильтром структурная схема привода, показанная на рис. 14, была преобразована к виду, представленному на рис. 15.

Рис.15. Преобразованная структурная схема привода угла места.

На данном рисунке =- общий коэффициент усиления по контуру положения; – передаточная функция механической нагрузки. Регулятор положения разбит на 2 звена:

. Здесь - ПИД- регулятор с коэффициентами усиления пропорциональной, интегральной и дифференциальной составляющих КП, КИ, КД соответственно;

- антирезонансный фильтр.

Определенная таким образом структура регулятора имеет вид, представленый на рис. 16.

На данном рисунке: КСК=i - коэффициент передачи сигнала скоростной компенсации; Ф, ТФ, 1 – постоянные времени антирезонансного фильтра. При точной настройке необходимо обеспечить, чтобы ТФ=ТЗ, Ф=0. Дополнительное апериодическое звено с постоянной времени 1 добавлено для фильтрации высокочастотных помех; UФ – сигнал на выходе регулятора положения.

Представленная на данном рисунке структурная схема была использована для моделирования позиционного контура управления, а также для реализации регулятора положения на контроллере. При разработке методики расчёта позиционного контура управления использовалась структурная схема, показанная на рис. 15. Исходными данными для расчёта являются максимальные значения скоростей и ускорений m и m, а также максимальная ошибка наведения m. Для оценки качества переходного процесса используется показатель колебательности М. Параметры эквивалентного синусоидального входного воздействия рассчитываются по формуле (5). Ввиду наличия в приводе глубокой отрицательной обратной связи по скорости вала двигателя выполняется неравенство УД>>1, что позволяет в области низких и средних частот представить передаточную функцию разомкнутого контура положения в виде. При точной настройке антирезонансного фильтра и в результате

. (13)

На основе анализа асимптотической ЛАЧХ Lm W(j) были выведены следующие расчётные формулы для определения параметров ПИД- регулятора положения:;;. (14)

Pages:     | 1 || 3 |






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