Содержание к диссертации
Введение
1. Математические модели и динамические характеристики электромеханического преобразователя «напряжение-угол поворота» 17
1.1 Основные режимы работы электропривода сканирования и их параметры 17
1.2 Известные системы сканирования 18
1.2.1 Системы лазерного сканирования 19
1.2.2 Системы тепловизионного наблюдения 24
1.3 Математические модели и динамические характеристики электромеханического преобразователя 28
1.3.1 Одномассовая модель системы «МЭП-механизм» 28
1.3.2 Двухмассовая модель системы «МЭП- механизм» 33
1.4 Демпфирование свободных колебаний оси ЭМП 36
2. Исследование режимов сканирования в системе управления, замкнутой по углу поворота исполнительной оси 45
2.1. Система подчинённого регулирования угла 45
2.1.1 Синтез подчинённой системы управления углового контура 45
2.1.2. Математическое моделирование процессов в угловом контуре в режиме слежения за трапециидальным сигналом задания 50
2.2. Формирование альтернативных задающих воздействий для системы, замкнутой по углу поворота ротора 53
2.2.1. Формирование задающего воздействия в виде суммы гармонических составляющих трапециидальной диаграммы сканирования 53
2.2.2. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления 1,=0.03Гн 57
2.2.3. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления =0.6Гн
2.2.4. Алгоритм формирования программной траектории с непрерывным во времени ускорением задавания 64
2.2.5. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления 1,=0.6Гн 70
3. Исследование режимов сканирования в системе управления, замкнутой по скорости исполнительной оси... 73
3.1. Системы управления, замкнутые по скорости исполнительной оси 73
3.1.1 Одноконтурные системы с П и ПД-регуляторами скорости 73
3.1.2 Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и двумя ПИ- регуляторам во внешнем 85
3.1.3 Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и ПИ+И регуляторами во внешнем 92
3.2. Формирование задающего воздействия для системы, замкнутой по
скорости 99
3.2.1. Формирование задающего воздействия с нулевыми значениями ускорения при смене рабочих участков диаграммы сканирования 100
3.2.2. Алгоритм формирования программной траектории с непрерывным во времени ускорением задавания для системы управления, замкнутой по скорости 101
4. Практическая реализация и экспериментальное исследование электроприв ода оси сканирования 104
4.1. Функциональная схема электропривода оси сканирования 104
4.2. Экспериментальное исследование электропривода оси сканирования ИКТ «Берет-06» 106
Заключение 122
Список литературы
- Системы лазерного сканирования
- Формирование задающего воздействия в виде суммы гармонических составляющих трапециидальной диаграммы сканирования
- Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и двумя ПИ- регуляторам во внешнем
- Экспериментальное исследование электропривода оси сканирования ИКТ «Берет-06»
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Одной из актуальных задач в области современного электропривода является задача расширения функциональных возможностей трехосных телескопов траекторных измерений путем повышения точности воспроизведения заданной диаграммы движения электроприводом оси сканирования. Характерными особенностями подобных осей являются ограниченный диапазон регулирования положения и повышенная точность поддержания скорости на рабочих участках диаграммы сканирования. В ряде установок предназначенных для лазерного сканирования, радиолокации, акустической локации, сканирующих устройств тепловизоров и др. также требуются системы управления с ограниченным диапазоном регулирования положения при повышенной точности поддержания скорости в рабочем режиме.
Различия в технических требованиях, предъявляемых к конкретным электроприводам по величинам диапазона углов сканирования, нестабильности скорости на рабочем участке диаграммы сканирования и условиям эксплуатации привели к разработке систем точного позиционирования и поддержания скорости, отличающихся по структуре, типам исполнительных двигателей, техническому решению отдельных блоков и пр. Подавляющее большинство таких реализованных устройств, предназначены для работы в широких диапазонах регулирования углового положения при низких значениях моментов инерции на валу двигателя.
Между тем, для большинства сканирующих осей трёхосных телескопов траекторных измерений рабочий диапазон регулирования угла составляет примерно 1-2градуса, а масса установленного на сканирующей оси оборудования может достигать 700кг. Известные автору аналоги сканирующих осей, в частности системы тепловизионного наблюдения, во-первых, практически не описаны теоретически, а во вторых имеют массу менее 3 -4 кг.
Это приводит нас к необходимости проведения серьёзных теоретических и экспериментальных исследований, представленных в этой работе.
Цель и задачи работы. Целью работы является теоретический анализ, математическое
моделирование и экспериментальное исследование функционирования магнито-
электрического преобразователя (МЭИ) напряжения в угол поворота в системе управления электропривода оси сканирования для системы наведения трехосного инфракрасного (ИК) телескопа с большими моментами инерции на валу. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-
разработка аналитических соотношений для расчета электромеханических переходных процессов в электроприводе и анализ его статических и динамических характеристик;
-
разработка математических моделей и синтез систем управления электропривода оси сканирования;
-
моделирование процессов в режимах сканирования электропривода;
-
выбор рациональной структуры системы управления электроприводом оси сканирования на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик электроприводов, замкнутых как по углу поворота исполнительной оси, так и по угловой скорости;
-
формулирование требований к техническим характеристикам МЭП из условия воспроизведения электроприводом с требуемой точностью заданной диаграммы сканирования при наличии заданного момента сопротивления исполнительной оси.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических цепей, методы теории электрических машин, методы теории автоматического управления, методы теории идентификации, методы математического моделирования сложных машинно-вентильных систем с использованием пакета Matlab, методы интерактивной отладки алгоритмов систем автоматического регулирования электроприводов с использованием программного комплекса СБПЭТ (система быстрого прототипирования электропривода телескопа) (гос.per. № 2009611420 от 12.03.2009).
Научная новизна: Аналитические соотношения для расчёта электромеханических переходных процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя «напряжение-угол поворота», подтверждённые экспериментально; структурные решения систем управления и строгие методики их синтеза, учитывающие конструктивные особенности электропривода на основе МЭП, параметры задаваемой диаграммы сканирования и требования, предъявляемые к точности поддержания скорости на рабочих участках заданной диаграммы сканирования; алгоритмы формирования задающих воздействий на входе электропривода оси сканирования, дополняющие системы управления электропривода и обеспечивающие тем самым воспроизведение с требуемой точностью рабочих участков заданной диаграммы сканирования с учетом ограниченных динамических возможностей энергетических подсистем.
Положения, выносимые на защиту
-
Аналитические соотношения для расчёта электромеханических переходных процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя «напряжение-угол поворота», подтверждённые экспериментально.
-
Структурные решения систем управления электропривода, обеспечивающие воспроизведение с требуемой точностью рабочих участков заданной диаграммы сканирования и строгие методики их синтеза
-
Алгоритмы формирования задающих воздействий на входе электропривода оси сканирования, обеспечивающих повышение точности воспроизведения диаграммы сканирования с учетом ограниченных динамических возможностей энергетических подсистем
Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:
- разработаны аналитические соотношения для расчёта электромеханических переходных
процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического
преобразователя «напряжение-угол поворота», подтверждённые экспериментально.
разработаны структурные решения и методики синтеза систем управления, замкнутых по углу поворота и угловой скорости МЭП с нагрузкой, нашедшие практическое применение при настройке электропривода оси сканирования трехосного телескопа траекторных измерений на заводе изготовителе ОПУ ТТИ (ОАО «106 экспериментальный оптико-механический завод»).
выработаны рекомендации по проектированию электроприводов на основе МЭП, исходя из требуемой динамики привода при заданных моментах статического сопротивления на валу и моментах инерции нагрузки.
Реализация результатов работы.
Результаты диссертационной работы использованы: 1. при разработке и исследованиях систем прецизионного электропривода телескопов траекторных измерений по г/б НИР № 12363 и х/д НИР № 28828, проводимых по
заказу ОАО Научно производственная корпорация "Системы прецизионного приборостроения"; 2. в учебном процессе при подготовке студентов вуза по направлению 140400 «Электроэнергетика и электротехника» по профилю «Электропривод и автоматика». Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы и ее результаты докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: XL Научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2011); VIII Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых (Санкт-Петербург, 2011); XLI Научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2012); I Всероссийский конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2012); XLII Научная и учебно-методическая конференция НИУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2013);
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 11 работах, в том числе в Вестнике Ивановского Государственного Университета, тематических выпусках научно-технического вестника СПбГУ ИТМО, материалах указанных конференций, сборнике научных статей СПбГУ ИТМО.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованных источников и приложений.
Системы лазерного сканирования
Среди устройств управления пространственным положением лазерного пучка наибольшее распространение получили электромеханические дефлекторы, обеспечивающие сканирование пучка по произвольному закону с высоким разрешением и точностью. Однако для современных систем сканирования требования к динамическим качествам систем управления дефлекторов определяются характеристиками всей системы в соответствии с выбранным сочетанием показателей "быстродействие - точность - метод сканирования". Например, часто в качестве показателя быстродействия приводится время переходного процесса при отработке минимального приращения сигнала управления. Однако на самом деле очень трудно сопоставить динамические свойства дефлекторов различных фирм по этому показателю, т.к. они определяется настройкой всей системы сканирования в соответствии с нагрузкой (апертурой лазерного пучка) и принятым каждым производителем компромиссом между точностью и скоростью.
В статье [17] рассмотрена взаимосвязь между методами структурно функциональной организации современных дефлекторов и параметрами всей системы сканирования с учетом взаимодействия силового электромеханического преобразователя с регулятором в замкнутом контуре управления. Авторами также предпринята попытка анализа практических применений дефлекторов с подвижным ротором из магнитомягкой стали (электромагнитных роторов), гальванометров с подвижным магнитом и магнитоэлектрических приборов с подвижной рамкой. Приведём некоторые выдержки из этой статьи. Электромагнитные дефлекторы (ЭМД).
Электропривод данного дефлектора отличается тем, что и постоянные магниты, и обмотки управления размещены на статоре, а через ротор, выполненный из магнитомягкой стали, проходят магнитные потоки, создаваемые статором. Один из потоков (поток управления) - продольный, разветвленный в зоне каждого зубца, а другой (поток магнитов) - поперечный. В одних зазорах потоки складываются, а в других вычитаются. При этом возникает момент сил, поворачивающий ротор в сторону, где потоки складываются.
Однако момент сил, действующих на ротор, пропорционален магнитному потоку через площадь воздушного зазора между ротором и статором, а значение этой площади непрерывно меняется при повороте ротора, т.е., момент сил, развиваемый приводом, убывает с ростом угла сканирования. Это снижает эффективность применения данного метода при больших углах развертки лазерного пучка. Дефлекторы с подвижным магнитом (ПМ). Электропривод дефлектора с подвижным магнитом состоит из кольцевого магнитопровода, цилиндрического магнита и обмотки управления, являющейся частью статора. Момент сил, действующий на ротор, в два раза меньше, чем у ЭМД. Практической основой создания такого класса приборов - послужило появление постоянных магнитов на основе редкоземельных материалов с величиной индукции более единицы Тесла (например Fe-Nd-B).
Отличительной особенностью ПМ от всех других типов моментных двигателей является постоянство площади взаимодействия потока ротора со статором. По этой причине отклонение ротора не создает противодействующих магнитных сил. Кроме того, ПМ характеризуется большим диапазоном углов отклонения ротора, в пределах которого момент, развиваемый электромеханическим преобразователем электропривода, не зависит от угла поворота ротора.
Магнитоэлектрические дефлекторы с подвижной рамкой (МД). Магнитоэлектрические дефлекторы состоят из ротора с обмоткой управления в виде рамки, и статора, содержащего магнитопроводы и магниты. МД отличается от ПМ меньшим рабочим углом (так как зона взаимодействия статора и ротора ограничена) и меньшим моментом сил (поскольку небольшая подвижная рамка создает слабое магнитное поле). По указанным причинам МД обычно используют для управления широкими световыми пучками в пределах малых углов.
Формирование задающего воздействия в виде суммы гармонических составляющих трапециидальной диаграммы сканирования
Структурное решение системы управления, так же как и предельные динамические характеристики электропривода оси сканирования телескопа определяются статическими и динамическими характеристиками электромеханического преобразователя. В главе 1 проведен анализ статических и динамических характеристик бесконтактных моментных электромеханических преобразователей (МЭП) с ограниченным углом поворота для приводов сканирования. На основе анализа обоснована целесообразность построения системы управления электропривода по двухконтурной структуре, содержащей внутренний контур динамической коррекции для демпфирования слабо затухающих угловых колебаний вала с обратной связью по скорости вала. [28]
Структурная схема системы управления изображена на рис.2.1. Здесь штриховыми линиями выделен электромеханический преобразователь со структурной схемой, представленной в разделе 1.3.1. Контур динамической коррекции содержит П-регулятор с коэффициентом передачи Кт и датчик скорости с коэффициентом передачи Кдс- Передаточные функции внутреннего контура по задающему U3il и возмущающему Мс воздействиям при L = 0 можно представить в виде соответственно
Контур регулирования угла содержит ПИД-регулятор с коэффициентом передачи КП2 и датчик угла поворота МЭП с коэффициентом передачи Кду. С учетом дополнительной инерционности, неизбежно появляющейся при реализации ПИД-регулятора, передаточную функцию последнего запишем в виде: где Тм - постоянная времени интегрирования, Тд — постоянная времени дифференцирования, Ту - постоянная времени дополнительного инерционного звена. Детализированная структурная схема такого регулятора представлена на рис.2.2. где урі и уР2 - выходные сигналы интеграторов ДСС, а U3a - сигнал задания на входе углового контура.
Дополнив систему уравнений, описывающих поведение внутреннего скоростного контура, приведенную в разделе 1.3. уравнениями регулятора (2.9,а-2.9,в) представим описание рассматриваемой структуры в векторно-матричной форме (1.1) [29], = І/ О. a где Y вектор состояния, элементами которого Урі Ур2І являются соответственно ток обмотки управления, скорость вала ЭМП, угол поворота вала, выходные сигналы интеграторов ДСС ПИД - регулятора, вектор внешних воздействии, элементами которого являются соответственно напряжение задания на входе внешнего контура регулирования угла и момент статической нагрузки на валу ЭМП,
Настройка контура положения на технический оптимум состоит в таком выборе параметров ПИД - регулятора, при котором передаточная функция разомкнутого контура соответствует эталонной: (2.11) а передаточная функция замкнутого углового контура имеет вид Дополнительное инерционное звено с некомпенсированной постоянной времени Гм включает электромагнитную постоянную времени обмотки управления МЭП Те и дополнительную постоянную времени ПИД-регулятора Tv. Таким образом: Гц= Ге+ Tv. Обычно ПИД регулятор реализуем при условии Ти Тд. Поэтому расчет этих постоянных (настроек регулятора) целесообразно осуществлять по формулам:
После определения резонансной частоты о по формуле (1.2) выбираем значение коэффициента передачи An из условия обеспечения Т\ (3-4)Г2 и из выражения (2.3) находим значение коэффициента Кп\. Далее по формулам (2.14), (2.15) и (2.17) находим параметры ПИД-регулятора угла Ти, Тд и Km- При заданном времени переходного процесса в системе t„ некомпенсированная постоянная времени 7J, может быть вычислена как tn/6 и при этом удовлетворять условию Тц Те . Если это условие не выполняется, то заданное время процесса при настройке на технический оптимум не реализуемо.
В нашем случае при значениях коэффицентов передачи Кдс=20 В с/рад, Кду=10 В/рад и заданном времени переустановки оси t„= 0.2 с имеем 7 =0.033 с, Кт= Ю.2 , .Кл2=30, 7 =0.52 с, Тд= 0.107 с.
Математическое моделирование процессов в угловом контуре в режиме слежения за трапециидальным сигналом задания
Результаты математического моделирования установившихся и переходных режимов в двухконтурной системе регулирования угла на скачек напряжения /за=0.058 В, соответствующий заданному углу поворота а3=0.0058 рад (20 ), представлены на рис.2.4.
На рис.2.4: 1- эталонная (расчетная) кривая угла поворота МЭП в масштабе 100:1, соответствующая переходной характеристике системы, настроенной на технический оптимум , 2 - кривая угла поворота, полученная на модели в том же масштабе, 3 - кривая скорости вращения МЭП в масштабе 10:1, 4 - кривая тока обмотки управления в масштабе 10:1, 5 - кривая напряжения на обмотке управления МЭП 1:100.
Как видно, кривые (1) и (2) практически совпадают и, следовательно, статические и динамические характеристики МЭП с дополнительной обратной связью по скорости и с контуром регулирования угла, полученные с использованием модели, полностью соответствуют расчетным. Таким образом, можно утверждать, что принятые при синтезе математические модели, методики синтеза контуров электропривода сканирования и расчетные соотношения корректны.
Результаты моделирования установившихся режимов сканирования при слежении системой за задающими воздействиями в виде заданных временных диаграммы сканирования для широкого и узкого угловых полей при нулевом моменте нагрузки Мс приведены соответственно на рис. 2.5,а и 2.5,6.
На рис.2.5: 1 - кривая угла задавания в масштабе 1:1 (град), 2- угол поворота сканирующей оси в масштабе 1:1 (град), 3- кривая скорости в масштабе 1:1(1:2) (рад/с), 4 - ток в обмотке управления ЭМП в масштабе 1:10(A), 5- напряжение на обмотке управления в масштабе 1:10 (В). Масштабы, указанные в скобках относятся к кривым на рисунке 2.5,6., иллюстрирующие процессы при сканировании в режиме узкого углового поля.
Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и двумя ПИ- регуляторам во внешнем
В предыдущей главе нами была рассмотрена система управления электропривода оси сканирования, замкнутая по углу поворота ротора МЭП. Математическое моделирование показало на невозможность воспроизведения заданной трапециидальной диаграммы при сканировании в узком угловом поле как при задающем воздействии, соответствующем непосредственно требуемой диаграмме сканирования, так и при формировании его с использованием предложенных алгоритмов.
На основании этого был сделан вывод о необходимости поиска альтернативных структур системы управления и способов формирования задающего воздействия.
Простейшей системой управления электропривода сканирующей оси, замкнутой по скорости поворота ротора, является одноконтурная система с П-регулятором скорости.
Подобная система была рассмотрена в разделе 1.4. Структурная схема ее представлена на рисунке 1.10, уравнения состояния получены в виде (1.17), статические и динамические характеристики ее определяются передаточными функциями (1.18,а -1.18,е).
Применение подобной системы, как уже говорилось, возможно в тех случаях, когда индуктивность обмотки управления МЭП невелика и величиной Те при расчётах можно пренебречь. При построении демпфирующего контура коэффициент Km выбирается из условия обеспечения апериодического переходного процесса и демпфирования колебаний системы «МЭП-механизм». В случае же построения системы управления скоростью следует отметить, что Кп/ выбирается из условия обеспечения требуемого по длительности переходного процесса. Задающее воздействие в этом случае будет соответствовать кривой 2 рис.0.3.
Согласно передаточным функциям 1.18.,в и 1.18.,г, установившееся значение скорости системы равно нулю независимо от величины постоянного напряжения на обмотке управления МЭП и от значения момента нагрузки на оси. Это обстоятельство и определяет специфику синтеза системы управления скоростью МЭП - обеспечение заданной точности поддержания скорости на рабочем участке диаграммы сканирования в условиях принципиально стремящейся у нулю скорости. [37]
Для моделирования процессов воспользуемся векторно-матричная математическая моделью привода (1.1), Y - вектор состояния, элементами которого являются соответственно ток обмотки управления, скорость вала ЭМП, угол поворота вала; U - вектор внешних воздействий, элементами которого являются соответственно напряжение задания на входе контура регулирования скорости и момент статической нагрузки на валу ЭМП.
Промоделируем полученную систему в режиме сканирования для узкого и широкого угловых полей при отсутствии и наличии сухого трения и проанализируем полученные результаты. Для упрощения расчётов примем #л,=200. На рис.3.1 представлены графики изменения основных координат системы в установившемся режиме сканирования в узком и широком угловом поле при Мс=0 Нм.
Здесь: 1 - кривая задания скорости i3(t) в масштабе 1:1, 2- кривая скорости вращения оси Q(t) в масштабе 1:1, 3- угол поворота сканирующей оси a(t) в масштабе 1:1(для рис.3.1.6., в масштабе 5:1), 4- ток в обмотке управления ЭМП /(t) в масштабе 1:2, 5-напряжение на обмотке управления w(t) ЭМП в масштабе 1:10.
Как видно из результатов моделирования, система управления электроприводом сканирующей оси с П- регулятором скорости для системы с малой величиной индуктивности отвечает всем предъявленным требованиям по току, напряжению, нелинейности угла и точности поддержания скорости на рабочих участках диаграммы сканирования.
Рассмотрим теперь случай, когда величина индуктивности обмотки управления не позволяет пренебречь постоянной времени Те и появляется необходимость её компенсации.
Постоянная времени Те может быть компенсирована за счёт введения ПД - регулятора во внутренний контур регулирования скорости. Структурная схема исследуемой системы представлена на рис. 1.10.
Дополнив систему уравнений (1.1), описывающих поведение собственно МЭП, уравнениями регулятора (3.1) и (3.2) представим описание рассматриваемой структуры в векторно-матричной форме: (1.1), где
Осуществляя компенсацию электрической постоянной времени обмотки управления выбором Тд=Те и Tv« Тд, без большой погрешности передаточные функции контура по задающему U3Q и возмущающему Мс воздействиям можно представить в виде выражений (2.1) и (2.2),
Экспериментальное исследование электропривода оси сканирования ИКТ «Берет-06»
Структурно электропривод содержит энергетическую и информационную подсистемы. Энергетическая подсистема обеспечивает протекание процессов электромеханического преобразования энергии, определяет предельно достижимые динамические характеристики электропривода (максимальные скорости и ускорения следящей оси) и, в значительной степени, массогабаритные показатели систем управления. Информационная подсистема обеспечивает контроль энергетических процессов, протекание их по заданному закону и с необходимой точностью, а также защиту и диагностику наиболее ответственных узлов комплекса.
Энергетическая подсистема привода сканирования содержит вторичный силовой источник электропитания (ВИЛ), усилительно-преобразовательное устройство (УПУ) с системой управления (СУ), магнитоэлектрический преобразователь ДБ600-100-Д3043 с датчиком тока ДТ1 в обмотке управления и исполнительную ось как нагрузку электропривода (ОИ). На валу МЭИ закреплён инкрементальный оптический энкодер Renishaw с разрешающей способностью 0.05 угл.сек. [41-42], на основе которого организуется информация об угле поворота (ДУ) и скорости вращения (ДС) МЭИ.
Микропроцессорная система управления приводом (МПСУ) привода строится на основе управляющего компьютера (УК) и контроллера (К).
Микропроцессор TMS320F2808 предназначен для реализации алгоритмов управления МЭП с выдачей сигналов управления электроприводом оси сканирования на УПУ, формированием других сигналов управления, а также сигналов текущего состояния.
УПУ представляет собой широтно-импульсный преобразователь, преобразующий цифровой сигнал системы управления в напряжение на обмотке управления МЭП. Амплитуда напряжения на выходе УПУ составляет 48В, а частота следования импульсов ЮКГц.
Питание электрооборудования ЭСП Б-06Р осуществляется от источников электроэнергии трехфазного тока напряжением 380/220 В ±10 % частотой (50±0,2) Гц с глухозаземленной нейтралью. Нормы качества электроэнергии - в соответствии с ГОСТ 13109-97.
По принципу действия и основным параметрам МЭП относится к электрическим преобразователям с перемещением якоря нормально к линиям индукции магнитного поля индуктора в воздушном зазоре. Упрощенная конструкция МЭП представлена на рис.4.2.
Конструкция такого типа обеспечивает устойчивое нейтральное положение, а также возникновение момента, пропорционального величине углового отклонения от нейтрального положения, направленного в сторону, противоположную этому отклонению. Таким образом, при отсутствии на валу МЭП момента нагрузки типа «сухое трение» ротор будет стремиться вернуться в исходное (нейтральное) положение и без подачи сигналов управления с УПУ. Основы теории функционирования МЭП и их основные характеристики, изложены в книге [16].
При проведении испытаний на реальном объекте встаёт вопрос о параметрах самого объекта и их соответствии значениям, принятым в рассматриваемых ранее моделях. Поэтому первоочередной задачей при настройке реальной системы остаётся идентификация параметров МЭП с нагрузкой.
В силу малого диапазона углов сканирования и конструктивных особенностей МЭП, на основе которого построен электропривод оси сканирования процедура идентификации усложняется.
Одним из параметров, который можно определить с большой степенью точности, является постоянная времени Те. От величины этой постоянной напрямую зависит быстродействие системы и при организации демпфирующего контура с использованием ПД-регулятора именно эта постоянная подлежит компенсации.
Процесс определения постоянной времени заключается в следующем. Закрепим ось сканирования, в неподвижном состоянии, с помощью специальных конструктивных элементов, блокирующих перемещение оси и закрепляющих угломестную ось с установленной на ней сканирующей осью в горизонтальном положении, а саму сканирующую ось фиксируем в нейтральной точке, соответствующей 0 градусов. Подавая на обмотку управления МЭП напряжения с выхода УПУ в виде меандра с заданной амплитудой и частотой, снимаем переходной процесс по току в обмотке управления. Примем начальное значение амплитуды меандра 2.5 В и периода 3 сек.
Проведём серию экспериментов, каждый раз увеличивая амплитуду меандра на 2.5 В. После получения массива данных для работы, определим значение постоянной времени Ге при разных амплитудах меандра. Для точного определения воспользуемся MatLab Ident Toolbox - встроенным приложением матлаба. Для его вызова необходимо ввести ident в поле командной строки.
