CC BY
7
УДК 62 - 83:621.3.07
А.В. Бубнов, A.V. Bubnov, e-mail: bubnov - [email protected] А.Н. Чудинов, A.N. Chudinov, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЧНОСТИ КОСВЕННОГО СПОСОБА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОГО УСКОРЕНИЯ ПРИ КВАЗИОПТИМАЛЬНОМ ФАЗИРОВАНИИ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
THE PRECISE DEFINITION OF INDIRECT WAY OF MEASURING ANGULAR ACCELERATION WHEN QUASIOPTIMAL PHASING SYNCHRONOUSLY SINPHASE ELECTRIC DRIVE
Определена точность косвенного способа измерения углового ускорения при квазиоптимальном фазировании синхронно-синфазного электропривода. Использование косвенного способа измерения углового ускорения позволяет повысить быстродействие и надежность работы синхронно-синфазного электропривода.
Determine the accuracy of an indirect way of measuring the angular acceleration quasioptimal phasing synchronously sinphase electric drive. Using an indirect method of measuring the angular acceleration can improve performance and reliability of the in-phase synchronous-drive.
Ключевые слова: синхронно-синфазный электропривод, фазирование, косвенное измерение углового ускорения, синхронизация
Keywords: synchronous in-phase electric, phasing, an indirect measurement of the angular acceleration, synchronization
Синхронно-синфазные электроприводы (ССЭ) находят широкое применение в обзорно-поисковых и сканирующих системах, в системах технического зрения современных робо-
тотехнических комплексов, системах автоматического визуального контроля продукции, установках фототелеграфной и видеозаписывающей аппаратуры, копировальных установках, что обусловлено их высокими точностными показателями, широким диапазоном регулирования угловой скорости и высоким быстродействием [1]. Синхронно-синфазный электропривод строится на основе двухконтурной схемы (рис. 1).
Астатизм по частоте вращения и высокая точность регулирования электропривода по углу обеспечивается внутренним контуром синхронизации, построенном на основе принципа фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) [2]. Контур фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ) электропривода включает в себя логическое устройство сравнения (ЛУС), корректирующее устройство (КУ), электродвигатель (ЭД) и импульсный датчик частоты (ИДЧ).
Рис. 1. Обобщенная функциональная схема синхронно -синфазного электропривода
Логическое устройство сравнения обеспечивает три режима работы электропривода: разгон с максимальным ускорением 8m (при ^оп>/ос), пропорциональный (синхронный, _/оп~^с) и торможение с максимальным ускорением (при ^п</ос). В качестве логического устройства сравнения двух импульсных последовательностей обычно используется импульсный частотно-фазовый дискриминатор (ИЧФД) [1]. Наиболее часто используется алгоритм работы ИЧФД, при котором изменение режима работы происходит в случае прохождения двух или более импульсов одной из сравниваемых частот между двумя соседними импульсами другой частоты.
Внешний контур фазирования служит для начальной установки углового положения вала электродвигателя, что вызвано необходимостью установки положения призмы узла оптико-механической развертки (ОМР), соответствующего началу строки развертки сканируемого изображения в момент прихода импульса Fon. Контур фазирования включает в себя блок определения углового рассогласования (БОУР), блок регулирования угловой ошибки (БР), контур ФАПЧВ и датчик положения ДП.
Управление внешним и внутренним контурами осуществляется от блока задания частоты (БЗЧ), формирующего импульсные сигналы fon и Fon. Опорная частота fon задает частоту вращения электропривода, определяется кодом задания N. Частота импульсов угловой привязки Fon связана с опорной частотой fon через коэффициент деления цифрового делителя частоты, входящего в состав БЗЧ, и определяется как
_ m
F = , — f
оп J оп
z
где m - количество граней призмы узла ОМР, а z - количество радиальных меток ИДЧ.
Для реализации квазиоптимального фазирования ССЭ [3] необходимо поддерживать величину углового ускорения на заданном уровне. Наиболее эффективным способом регулирования углового ускорения является использования обратной связи, а для этого необходимо определять угловое ускорение ССЭ.
Для определения углового ускорения ССЭ в режимах насыщения ЛУС предлагается использовать методы косвенного определения углового ускорения [4].
Целью данной работы является определение точности измерения углового ускорения электропривода на основе косвенных способов определения ошибки по угловой скорости и углового ускорения.
Для достижения поставленной цели используется компьютерная имитационная модель синхронно-синфазного электропривода, построенная в приложении Simulink пакета программ Matlab. Данная модель учитывает импульсный характер системы управления, что позволяет исследовать способ косвенного определения угловой скорости и углового ускорения.
Вычисление углового ускорения с помощью косвенного способа измерения, основано на определении значений ошибки по угловой скорости (Дюк1 и Дюк2) на двух соседних участках [4]:
А@>л - Аюк. 2
£р = л
Аи
где Д^2 - интервал времени между двумя измерениями.
Таким образом, ошибка измерения углового ускорения:
5е = 23Ао>к = 25со
Ошибка измерения угловой скорости ССЭ тем больше, чем больше ошибка по угловой скорости [5]. Во время квазиоптимального фазирования ССЭ максимальная ошибка по угловой скорости достигает 5,6 об/мин.
Был промоделирован процесс синхронизации на 500 об/мин. Для большей наглядности результаты представлены в следующем виде: по оси абсцисс отложено значение отношения угловой скорости электропривода к заданному значению, по оси ординат - относительная погрешность измерения угловой скорости. Результаты моделирования приведены на рис. 2.
Да
..........
0.85 0.893 1 1.05
со!соъ
Рис. 2. Относительная погрешность измерения угловой скорости при п=500 об/мин.
Точки на графиках соответствуют максимальной ошибки определения угловой скорости на некотором временном интервале. Шаг временного интервала выбран таким образом -чтобы он уменьшался по мере приближения угловой скорости к заданной. Число точек на графике при этом прямо пропорционально количеству измерений.
Из полученных графиков видно, что при максимальной ошибке по угловой скорости точность определения угловой скорости составляет 1,3%. Таким образом, ошибка измерения углового ускорения составляет 2,6%.
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании электропривода узлов оптико-механической развертки сканирующих систем.
Работа выполнена в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований, проект № 1408-31109 «Улучшение динамических показателей качества регулирования прецизионного электропривода».
Библиографический список
1. Бубнов А. В. Современное состояние и перспективы развития теории синхронно-синфазного электропривода: монография / А. В. Бубнов, Т. А. Бубнова, В. Л. Федоров. -Омск : ОмГТУ, 2010 - 104с. : ил.
2. Бубнов А. В. Улучшение показателей качества регулирования электропривода сканирующих систем: монография / А. В. Бубнов, А. Н. Чудинов. - Омск : ОмГТУ, 2012 - 92с. : ил.
3. Бубнов А. В. Новые принципы и способы организации управления синхронно-синфазным электроприводом сканирующих систем / А. В. Бубнов, Т. А. Бубнова, А. Н. Чу-динов, В. А. Емашов // Омский научный вестник. - 2012. - № 1. - С. 192-197.
4. Бубнов А. В. Разработка методов косвенного измерения углового ускорения и ошибки регулирования по угловой скорости синхронно-синфазного электропривода / А.В. Бубнов, М.В. Гокова, А.Н. Чудинов // Известия Томского политехнического университета. Энергетика. - 2013. - Т. 323. - № 4. - С. 147-151.
5. Бубнов А. В. Анализ точности косвенного способа измерения ошибки по угловой скорости / А.В. Бубнов, В.А. Емашов, А.Н. Чудинов // Информационные и управляющие системы на транспорте и в промышленности: материалы всероссийской научно-технической интернет-конференции с международным участием. - Омск, 2014. - С. 172-177.
