С. А. Винокуров, о. А. Булыгина оценка и способы компенсации запаздывания в электромеханических системах с бесконтактным двигателем постоянного тока

При рассмотрении электромеханической системы (ЭМС) с бесконтактными двигателями постоянного тока (БДПТ) с позиции системной методологии, то есть в виде совокупности однородных и идентичных подсистем, замкнутых позиционными обратными связями, циклически работающими на одну нагрузку, могут возникать дополнительные трудности, обусловленные возможностью накопления систематических ошибок и погрешностей. Кроме того, как было показано ранее, ЭМС с БДПТ содержат запаздывающие звенья как в прямом канале, так и в каналах обратных связей. При этом запаздывание прохождения сигналов может привести к различного рода искажениям, а также к качественному изменению переходных процессов системы. В докладе величина запаздывания в ЭМС с БДПТ τ рассматривается как сумма запаздываний, возникающих в датчике положения ротора, при снятии сигнала обратной связи или в микропроцессоре. Величина запаздывания в процессе функционирования ЭМС с БДПТ не является постоянной и зависит от состояния системы, ее конструктивных особенностей и воздействий внешней среды. Сделан вывод, что в ЭМС с БДПТ величина запаздывания определяется также временем прохождения ротором двигателя угла φ. Показано, что в системе можно сформировать сигнал γ(t), обеспечивающий оптимальный режим работы двигателя при номинальных значениях:

,

где U_max – максимальное значение питающего напряжения, С_М – коэффициент двигателя, α_К – угол коммутации, Θ – угол между полем ротора и статора, М_Н – момент нагрузки, R – активное сопротивление двигателя, ω₃ – частота задания, С_е – коэффициент противоэдс.

Поведение ЭМС с БДПТ может быть описано переходом от одного состояния в другое, например, от z₁ к z₂ , или от z₂ к z₃ и так далее. В любой произвольный момент времени t на рассматриваемом интервале Т (t) поведение системы можно представить как некоторую функцию вида

z_t = f(z_t-1, x_t, v_t),

где z_t-1 – состояние, предшествующее состоянию z_t; x_t, v_t – входная и выходная координаты соответственно.

В целом, процесс управления ЭМС с БДПТ рассматривается как результат работы алгоритма , где G – исходная информация, на базе которой вырабатываются управляющие функции и команды управления с учетом текущего состояния системы z*. Сущность задачи стабилизации системы при этом сводится к необходимости формирования некоторых прикладываемых к системе управляющих воздействий, обеспечивающих требуемое устойчивое перемещение объекта управления.

Задача стабилизации выходной координаты в ЭМС с БДПТ может быть рассмотрена как задача поддержания ее выходных величин вблизи некоторых неизменных значений, несмотря на действие помех и полифакторных внешних воздействий. Для случая стабилизации при ω(t) = const, φ = pωt (где р – число пар полюсов двигателя), рассматриваемая задача будет заключаться в обеспечении прохождения заданного угла φ₀ за определенное время (период) Т из условия

.

С учетом изложенного выше в процессе проведения исследования было установлено, что в ЭМС с БДПТ задача компенсации запаздываний может быть сведена к синтезу стабилизирующего управления, формируемого с учетом реального состояния системы. При этом по измерениям, проведённым на интервале времени [0,Т] необходимо построить такой линейный функционал, который позволил бы восстановить значение x(t), то есть найти такую функцию (t), при которой должно выполняться условие вида

при t.

В процессе проведения исследования также было установлено, что в ЭМС с БДПТ при относительно малых по величине запаздываниях влияние на угловую частоту вращения практически не оказывается, а при увеличении запаздывания происходит некоторое уменьшение частоты автоколебаний. Система остается работоспособной при величинах запаздывания менее критического, когда режим автоколебаний отсутствует. Моделирование происходящих в ЭМС с БДПТ процессов на математической модели свидетельствует о возможности компенсации действующих в системе запаздываний с достаточной степенью качества.

Воронежский институт МВД России

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313

В. И. Волчихин, В. С. Логунов, Е. А. Бойков, А. А. Панин

НЕТРАДИЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ФТОРОПЛАСТОВЫХ КОМПОЗИТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

МАГНИТНОГО ПОЛЯ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

В настоящее время магнитные поля применяются достаточно широко в различных отраслях промышленности. Особенно эффективно их применение в сфере разработки нетрадиционных технологий получения материалов с улучшенными механическими, эксплуатационными и другими важными свойствами. Поэтому актуальна и перспективна сейчас разработка компактных автономных источников магнитных полей. В зависимости от цели и задачи магнитные поля могут быть различной интенсивности, которая оценивается обычно напряжённостью. В свою очередь напряжённость зависит от величины магнитного потока и магнитодвижущей силы источника магнитного поля. В этом отношении для создания магнитных полей являются универсальными установки с электромагнитным возбуждением. Однако они имеют существенные недостатки: громоздкость, наличие источника питания с регулируемым напряжением, большую массу, что затрудняет применять их автономно в совокупности с другим технологическим оборудованием. Поэтому в этом отношении большую перспективу имеют установки с постоянными магнитами. Настоящая работа посвящена разработке источника магнитного поля с постоянными магнитами.

Магнитная система установки состоит из отдельных магнито-проводов, подвижных друг относительно друга. Сечение каждого магнитопровода рассчитывается с учётом отсутствия насыщения. Постоянный магнит может быть любой формы. Особое внимание следует уделять рабочему зазору , в который помещается исследуемый образец: магнитное поле в зазоре должно быть плоскопараллельным. Для этого площадь полюсных башмаков должна быть не менее чем на 30% больше площади контейнера с объектом исследования. Величину магнитного поля проще всего контролировать датчиком ЭДС Холла. Напряжённость магнитного поля можно регулировать несколькими способами: величиной воздушного зазора между наконечниками установки и шунтирующими магнитными прокладками. На наш взгляд шунтирующие прокладки более удобны, однако в этом случае необходимо контролировать величину напряжённости в каждом конкретном случае, тогда как при регулировании воздушным зазором величина напряжённости может быть заранее протарирована в зависимости от зазора. Причём в зависимости от площади полюсных наконечников строится семейство кривых, что позволяет работать без дополнительных измерений с широким диапазоном напряжённости магнитного поля.

Воронежский государственный технический университет

УДК 62-503.53(088.8)

А. М. Литвиненко, Ю. А. Пересыпкина

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПРОМЫШЛЕННОГО РОБОТА НА БАЗЕ

ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЯКОРЕЙ

Современная промышленность испытывает большую нужду в электроприводах манипуляторов промышленных роботов с улучшенными массо-габаритными показателями. Одним из путей решения данной проблемы является применение внешних магнитных систем, частным случаем которых для кругового движения якорей является орбитальная электромеханическая система, в том числе с цилиндрическими якорями.

Данный доклад посвящён разработке данного направления. Оособенностью привода является упрощенная форма якоря, которая позволяет ввести в электромеханическое взаимодействие не только радиальные, но и лобовые участки обмотки якоря.

Для данной конструктивной схемы проведён обзор литературы, выбран особый тип двигателя и редуктора, разработана структурная схема САР, определены показатели качества переходного процесса и устойчивости, произведён синтез корректирующего устройства, обоснован выбор электропривода, определены и рассчитаны элементы системы управления, магнитные поля рассчитаны с помощью программы QuickField.

Произведён технологический расчёт, в том числе компоновочный расчёт, расчёт механической прочности, тепловой расчёт, описана технология изготовления печатной платы, технология изготовления корпуса.

Произведён технико-экономический анализ конкурентноспособности продукта с проведением анализа новых функциональных возможностей электропривода.

В экономическом расчёте были определены затраты на проектирование данного устройства, а также найден уровень технической прогрессивности данного устройства.

Воронежский государственный технический университет

УДК 621.313.236