Значения скоростей и ускорений, которые может развивать реальный привод, ограниченный по величине. Если требуемые скорости и ускорения выше тех значений, которые способен обеспечивать привод, то попытки получения удовлетворительного функционирования привода введением каких - либо корректирующих устройств будут безуспешны. Никакая система управления исполнительным двигателем не может обеспечить требуемые моменты или скорости, если они не заложены в самой конструкции исполнительного механизма.     Корректирующие устройства предназначены для обеспечения требуемой точности привода и более полного использования его динамических возможностей.

Мощность, которую привод может рассеивать, не нагреваясь свыше допустимой температуры, также ограничена по величине. Если мощность, теряемая в приводе в процессе работы в заданном режиме, выше допустимой, то необходимо использовать дополнительные меры охлаждения, сократить время работы или применить другой, более мощный привод. Поэтому анализ энергетических характеристик привода также должен предшествовать расчету его динамики.

Анализ динамических возможностей и энергетических характеристик привода целесообразно проводить на этапе выбора исполнительного двигателя, который осуществляется методом последовательных приближений, т.е. пригодность выбранного в первом приближении двигателя проверяется детальным анализом его динамических возможностей и энергетических характеристик.

Алгоритм проектирования следящего привода

Рисунок 3.1.

4. Определение зависимости скорости и ускорения наведения АОП от дальности

Определим угловые скорости и ускорения привода, моменты времени, когда они достигают экстремальных значений.

Исходными данными для расчета являются:

- закон движения и его параметры;

- параметры угловых колебаний подвижного основания.

1)В проектируемой следящей системе реализуется закон равномерного прямолинейного движения, характеризующийся постоянными значениями линейной скорости объекта слежения Vo, высоты Н, параметра движения объекта Р:

Характеристики горизонтального канала

                  (4.1)

где  , - время слежения от начала процесса до момента прохождения параметрового участка (ОУ);

, -коэффициент.

Угловая скорость

                    (4.2)

Угловое ускорение

                (4.3)

Графики, характеризующие закон движения представлены на рисунке 4.1.

Максимальные значения характеристик горизонтального канала можно определить по следующим формулам:

МАКС = V0/P,                (4.4)

где МАКС - максимальная угловая скорость.

МАКС = 0,65×V02/P2,               (4.5)

где МАКС - максимальная угловое ускорение.

2)Угловые колебания подвижного основания заданы гармоническим законом:

                 (4.6)

где A=50 -амплитуда колебаний подвижного основания,

- частота колебаний подвижного основания.

fk=0,8

Угловая скорость колебаний подвижного основания

                   (4.7)

Графики закона движения.

1 – положение объекта слежения b, рад;

2 – скорость движения объекта слежения , с-1;

3 – ускорение объекта слежения , с-2.

Рисунок 4.1.

Максимальная угловая скорость колебаний

                 (4.8)

Угловое ускорение колебаний подвижного основания

             (4.9)

Максимальное угловое ускорение колебаний

                  (4.10)

На основе проведенных расчетов получены следующие данные :

МАКС = 1,2 рад/c

МАКС = 0,935 рад/c2

 = 5,027 рад/c

 = 0,439 рад/c

 = 2,205 рад/c2

5. Расчет потребной мощности ЭДВ

Расчет мощности, необходимой для преодоления нагрузки, проводим  по следующим формулам:

                  (5.1)

где - суммарный момент нагрузки,

- суммарная скорость.

           (5.2)

 рад/c

               (5.3)

где - момент двигателя без нагрузки.

               (5.4)

 Нм

 50+25,122=75,122 Нм

Таким образом получаем:

 Вт

6. Определение типа и параметров ЭДВ

На основании расчетов был выбран бесконтактный моментный электродвигатель с номинальным моментом 120 Нм. Полное наименование - бесконтактный моментный электродвигатель постоянного тока ДБМ. Служит для систем стабилизации и наведения по двум каналам - горизонтальному и вертикальному (ГН и ВН). Параметры электродвигателя представлены в таблице 6.1.

В состав ДБМ входят :

1) бесконтактный моментный электродвигатель (Д);

2) сборки статора и ротора датчика угла (ДУ);

3) блок обработки сигнала датчика угла (БОСДУ);

4) силовой коммутатор двигателя (К);

5) сборки статора и ротора тахогенератора (ТГ);

6) блок обработки сигнала тахогенератора (БОСТГ);   

7) оконечное устройство (ОУ).

Сигнал управления электродвигателем - аналоговый, постоянного тока, двуполярный, общая точка электрически не связана с минусом источника питания 27 В.

Зона нелинейности  ±12 В.

Величина входного сигнала, соответствующая номинальным параметрам электродвигателя +12 В, -12 В.

Блок обработки сигналов датчика угла выдает :

1) сигнал по положению ротора для обеспечения силового коммутатора ;

2) цифровой сигнал по углу поворота вала двигателя, при этом реализуется преобразователь угол - код, обеспечивающий измерение и выдачу в цифровую вычислительную систему (ЦВС) углов поворота вала с ошибкой не более 20 угловых секунд, разрядности не менее 16.Диапазон измерительных углов 0-360°, максимальная угловая скорость 66 об./мин. Обмен информацией между аппаратурой ДБМ и ЦВС производится по магистральному последовательному интерфейсу, при этом ЦВС выполняет функции контролера, а оконечное устройство (ОУ) входит в состав аппаратуры электродвигателя.

Таблица 6.1.

Параметры электродвигателя

3) Сигнал по частоте вращения ротора - 12-ти разрядный код, преобразованный в аналоговый сигнал. Крутизна сигнала 12 В на 20 об./мин.

Частота обновления информации 1 кГц. Оконечное устройство обеспечивает сопряжение электрической аппаратуры БОСДУ электродвигателя по цифровому каналу с ЦВС комплекса, выполняет адресованные ему команды ЦВС и осуществляет контроль принимаемой информации. ОУ - является устройством интерфейса по ГОСТ 26765,52 - 87.

Надежность:

·        наработка на отказ более 20000 часов.

·        ресурс работы 30000 часов.

·        срок службы 25 лет.

Технико - экономические требования:

Предприятие изготовитель ВНИИМЭМ(г. Санкт- Петербург).

Ориентировочная годовая потребность 40 шт. в течение 4-х лет начиная с 1999 г. Цена серийного образца 3000 у.е.

7. Расчет зон работы следящего привода

Пространственная область применения следящих приводов может быть оценена путем построения зон предельных скоростей и ускорений приводов. Пространство внутри зоны является запретным.

Наглядное представление о зоне дает изометрическая проекция, построенная в трехмерном координатном пространстве (H, P, Dс), но чаще всего строят вертикальные и горизонтальные сечения зон. Вертикальное сечение представляет собой проекцию пространственной зоны на координатную  плоскость (Н, Dс), вычисленную в предположении Р = const , Vо = const, Н = var, Dс = var.

Горизонтальное сечение представляет собой проекцию пространственной зоны на  координатную плоскость  (Р, Dс), вычисленную в предположении  Н = const, Vо = const, Р = var, Dс = var. Диапазоны  изменения Vо, Р, Н, Dс задаются техническим заданием.

В качестве предельных значений скоростей и ускорений могут рассматриваться максимальные располагаемые характеристики, рассчитанные по формулам (4.4),  (4.5) или определенные по графикам (см. рисунок 4.1).

Перепишем формулы расчета кинематических характеристик горизонтального канала (4.2) и (4.3) в следующем виде:

             (7.1)

            (7.2)

Если в левых частях формул (7.1) и (7.2) текущие значения  и  заменить их предельными значениями МАКС и МАКС (см. пункт 4), то получим выражения для запретных зон по скоростям и ускорениям, которые представляют собой решения нелинейных алгебраических уравнений.

Используя метод последовательных итераций решим эти уравнения с учетом ограничений по предельным значениям скорости и ускорения наведения горизонтального канала привода, предъявленные техническим заданием (см. тех. задание и пункт 1). Решение уравнений представляют собой зоны работы горизонтального канала следящего привода, изображенную на рисунке 7.1.

Зоны работы горизонтального канала следящего привода

1 – запретная зона горизонтального канала

по скорости и ускорению

Рисунок 7.1.

8. Определение параметров математической модели двигателя

Используя параметры двигателя из базы данных, определим параметры матмодели:

·                    скорость холостого хода

                  (8.1)

где Мп - пусковой момент;

Мном - номинальный момент;

Wном - номинальная скорость;

·                    электромеханическая постоянная времени

а)собственно двигателя

                  (8.2)

где Jдв - момент инерции двигателя.

          б)двигателя с учетом нагрузки

                  (8.3)

где  JS=Jдв+Jр+Jтг+   - суммарный момент инерции.        коэффициент передачи по моменту

                             (8.4)

·        коэффициент противоэдс

               (8.5)

·                    номинальная электрическая мощность

Pэ=Uном Jном                     (8.6)

·                    номинальная механическая мощность

Рном=Мном Wном               (8.7)

·                    уравнение механической характеристики

   (8.8)

(для напряжения питания ,отличного от Uном).

Механическая характеристика двигателя.

Рисунок 8.1.

·                    уравнение регулировочной характеристики

           (8.9)

Регулировочная характеристика двигателя.

Рисунок 8.2.

·                    максимальная механическая мощность

                   (8.10)

·                    сопротивление цепи статора

RC=UНОМ/IНОМ               (8.11)

·                    индуктивность цепи статора

              (8.12)

Упрощенная схема матмодели двигателя постоянного тока может быть представлена структурной схемой:

Структурная схема двигателя.

Рисунок 8.3.

В результате проведенных выше расчетов получены следующие данные (см. таблицу 8.1.).

Результаты экспериментальных замеров параметров электродвигателя представлены в приложении 1.

Используя параметры математической модели двига­теля и теорию замкнутых сис­тем, изложенную в литературе [3,4,5], найдем передаточную функцию ЭДВ без нагрузки.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8