Введение к работе
Актуальность темы. Современное судно является сложным и дорогостоящим объектом, проектирование, постройка и эксплуатация которого невозможна без учета всех новейших достижений науки и техники. Одним из эффективных путей повышения качества, сокращения сроков, улучшения технико-экономических характеристик судна является разработка и внедрение средств автоматизации. Увеличение мощности энерговооруаения судна, специфические особенности и разнообразные условия плавания вызывают необходимость создания систем автоматического управления отдельными установками, а также управление судна в целом. Поэтому, проблема создания и реализации систем автоматизации судна представляет собой важную народнохозяйственную задачу, успешное решение которой позволит увеличить производительность труда, качество при проектировании и постройке судна.
Требования, предъявляемые современной техникой к быстродействию, устойчивости, регулированию скорости вращения исполнительных механизмов до нуля, привели исследователей и конструкторов к созданию шаговых электродвигателей. В настоящее время разработаны и широко внедряются шаговые двигатели, которые по существу являются рабочими органами устройств, где функции управления целиком ложатся на электронную часть привода - устройства для управления шаговыми двигателями. Шаговые волновые электродвигатели- (ВЬд) могут существенно расширять возможности судового дискретного электропривода по сравнению с шаговым электроприводом традиционного исполнения, работающего на редуктор. Поэтому 3 являются перспективными для использования в прецизионных судовых приводах, где требуется малый шаг, высокая надежность и герметичное исполнение. В настоящее время созданы достаточно совершенные системы автоматического регулирования частоты вращения первичных двигателей, позволяющие обеспечить высокую стабильность частоты вращения генераторных агрегатов. Стабилизация, частоты вращения зависит от управляющей цифровой вычислительной машины, совершенства максимального обеспечения ре-шае«.«ой задачи, а так же специальных исполнительных механиз-
мов способных отрабатывать заданные команды в цифровой форме. При создании систем автоматического регулирования частоты вращения генераторного агрегата важен вопрос использования унифицированных исполнительных устройств. Работы по конструированию новых типов ВЭД неразрывно связаны с поиска1.: новых способов и схем управления электродвигателем. Характеристики ВЭД зависят от схем управления. Проблемы увеличения быстродействия, КОД, устранения колебаний ротора при импульсном режиме управления, оптимизации закона управления в зависимости от характера нагрузки остаются не рассмотренными. По-мимо перечисленного,шаговый привод должен удовлетворять требовании, предъявляемым к судовому оборудованию: питание должно осуществляться от источника с одним уровнем напряжения; минимальное потребление энергии при сохранении максимального быстродействия; устранение пульсаций тока при питании от аккумуляторной батареи; построение логической части системы управления на стандартных элементах.
Цель работы состоит л совершенствовании методов создания СУДОВЫХ ПреЦеЗИОННЫХ ПРИВОДОВ IIU OCHOFe РОЛНО: Ъ'У. "jarCMK
электродвигателей для систем судоеой автоматики с улуч'леньк-ми энергетическими характеристиками.
В соответствии с указанной целью в диссертационной работе решались следующие задачи:
-
Создание математической модели шагового волнового электродвигателя для исследования еги статических и динамических процессов с учетом влияния устройства управления.
-
Разработка и реализация устройств управления шаговым приводом с повышенным по сравнению с существующими электро-дьигателлми быстродействием, КПд, точностью позиционирования. плавностью перемещения выходного вала.
-
Разработка методики проектирования и прикладного программного обеспечения судового привода с волновым шаговым электродвигателем.
-
Экспериментальная проверка результатов теоретических исследований волнового шагового электродвигателя и созданных систем управления шагового привода.
Методы исследований. При решении поставленных задач были использованы методы математического моделирования, и теории электромеханического преобразования энергии. Исследования переходных процессов в электроприводе проводились с по-
мощью аппарата дифференциальных исчислений с использованием вычислительной техники.
На защиту выносятся следующие основные положения.
-
Математическая модель прецезионного шагового волнового электродвигателя, основанная на представлении электромагнитного момента, как производной коэнергии по углу смещения волны деформации гибкого ротора при условии обеспечения номинальной амплитуды деформации ротора.
-
Математическое моделирование шагового волнового электропривода с учетом влияния способов и особенностей устройств управления.
-
Методика проектирования привода с шаговым волновым электродвигателем, отличающегося повышенными энергетическими характеристиками.
-
Методы и результаты экспериментальных исследований шагового привода для подтверждения выведенных теоретических положений.
-
Устройства для управления шаговым приводом, позволяющие решить задачи повышения быстродействия, КПД, точность позиционирования, плавность перемещения выходного вала. С целью конкретизации исследования проводились применительно к шаговому волновому электродвигателю промышленного образца типа ДШ 80-06-0,225, ДВШ 50-0,04.
Научная новизна заключается в следующем:
-
Создана математическая модель для определения электромагнитного момента "п"-фазного шагового волнового электродвигателя при возбуждении любого количества фаз, отличающаяся от известных моделей тем, что электромагнитный момент представлен как производная по углу смещения волны деформации ротора при условии обеспечения номинальной амплитуда деформации ротора._
-
Уточнены параметры уравнения движения ротора шагового волнового электродвигателя, что обеспечило в отличии от известных методов расчета получать связь эквивалентного момента инерции ротора, от изменения амплитуды деформации ротора по осевой координате, а также определить силы реакции с учетом эквивалентного момента инерции действующие на ротор в зависимости от параметров движения.
-
Разработана математическая модель привода с шаговым Еолновда электродвигателем, описывающая статические и дина-
мические режимы привода с учетом исгользуемых устройств управления.
-
Предложены алгоритмы численного определения законов управления токами в фазах волнового электродвигателя, обеспечивающими постоянства его электромагнитного момента.
-
Разработаны и защищены авторскими свидетельствами устройства для управления шаговым волновым электродвигателем, позволяющие решать вопросы быстродействия, КПД, точность позиционирования, плавность движения выходного вала.
-
Создана методика проектирования электроприводов- на базе шагового волнового электродвигателя с улучшенными энергетическими характеристиками.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 19 печатных работ, из них 12 авторских свидетельств на изобретение.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержащих 158 страниц машинописного текста, 58 рисунков и таблиц, списка литературы из 93 наименований.
