CC BY
4
УДК 62 - 83:621.3.07
А.В. Бубнов, A.V. Bubnov, e-mail: bubnov - [email protected] М.В. Гокова, M.V. Gokova, e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СПОСОБА ФАЗИРОВАНИЯ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С КВАЗИОПТИМАЛЬНЫМ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ РЕГУЛИРОВАНИЕМ
IMPROVEMENT IN THE WAY THE PHASING SYNCHRONOUSLY SINPHASE ELECTRIC DRIVE WITH QUASI-OPTIMAL PERFORMANCE REGULATION
Усовершенствован способ квазиоптимального по быстродействию фазирования электропривода сканирующей системы. Использование косвенного способа измерения углового ускорения позволяет повысить быстродействие и надежность работы синхронно-синфазного электропривода.
Improved method for speed quasioptimal phasing electric scanning system. 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, 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 (рис. 1) строится на основе электропривода с фазовой синхронизацией (ЭПФС), включающего в себя логическое устройство сравнения (ЛУС), корректирующее устройство (КУ), электродвигатель (ЭД) и импульсный датчик частоты (ИДЧ) вращения, формирующий z импульсов за оборот вала электродвигателя. Для формирования сигналов задания используется блок задания частоты (БЗЧ), формирующий
f F
задающую частоту оп и импульсы угловой привязки о и включающий в себя кварцевый
п
генератор высокой частоты (ГВЧ) f г , а также управляемый двоичным кодом N (ДЧ1) и неуправляемый (ДЧ2) делитель частоты [2]. Начальная установка углового положения осуществляется с помощью фазирующего регулятора (ФР) датчика положения (ДП), формирующего импульсы положения вала электродвигателя.
Для начальной установки углового положения вала электродвигателя электропривод снабжается датчиком положения ротора электродвигателя, формирующим равномерно распределенное количество импульсов F^ за оборот вала электродвигателя (равное числу граней используемого в узле оптико-механической развертки обзорно-поисковых систем полигонального зеркала).
Задача перехода в синфазный режим работы ССЭ решается с помощью фазирующего регулятора, формирующего управляющие сигналы для ЭПФС таким образом, чтобы осуществить доворот вала электродвигателя и, соответственно, добиться одновременного прихода импульсов FOT и Fx, В результате обеспечиваются синхронность вращения исполнительного
227
электродвигателя и отсутствие ошибки углового положения вала электродвигателя в моменты прихода импульсов угловой привязки.
N
ФР
ГВЧ >• > ДЧ1 оп ь N ДЧ2
г
^ ос
БЗЧ
ЛУС ч КУ
ЭПФС
эд
ИДЧ
ДП
Рис. 1. Функциональная схема синхронно-синфазного электропривода
Организация управления ССЭ осуществляется в соответствии с принципом разделения во времени процессов синхронизации и фазирования [3].
Сложность практической реализации БР при оптимальном по быстродействию регуляторе приводит к целесообразности использования квазиоптимальных по быстродействию регуляторов. Алгоритм работы квазиоптимального регулятора на интервале фазирования сводится к отработке угловой ошибки с постоянным заданным угловым ускорением и изменению знака ускорения в момент отработки половины начальной угловой ошибки фазирования Аа0 , сформировавшейся в конце процесса синхронизации. Для сохранения синхронного режима работы при отработке линейно нарастающего частотного сигнала накладывается ограничение на скорость нарастания задающей частоты [1]
ёю/Л <(в - в )(1- г)
где г - коэффициент, учитывающий перерегулирование угловой ошибки в контуре ФАПЧВ в переходных режимах.
Данное условие ограничивает не только диапазон изменения фазовой ошибки в пределах + ф0/2, но и амплитуду тока в фазах двигателя на уровне, близком к максимально допустимому (при достаточно эффективной коррекции, то есть при г <<1). При выполнении этого условия и задании одинаковой величины ёю/& при разгоне и торможении электродвигателя в режиме фазирования обеспечивается независимость ускорения электропривода от величины момента нагрузки.
Функциональная схема электропривода с квазиоптимальным фазирующим регулятором [4] приведена на рис. 2, где УК - управляемый ключ, а фазовый портрет отработки начальной угловой ошибки - на рис. 3 (пунктиром обозначены фазовые траектории при оптимальном регулировании углового положения).
/
н
т
чзб
fon
фапч
fd
he I . _ |
боур
Да
ук
f'on
бр
ф
фапчв
foc Foc
П
П '
р
Рис. 2. Функциональная схема синхронно-синфазного электропривода с квазиоптимальным по быстродействию фазированием
1 у / / _ 3 'У cJi:- Дю ч N 3'
5ш о "~2 \ Зф о \V2 _ф о 0 X ф о Зф о 2 У> \ / \ / \ / 5ф 0 Да 2
'2 / 2'
Рис. 3. Фазовый портрет работы синхронно-синфазного электропривода с квазиоптимальным по быстродействию фазированием
Для устранения нарушений алгоритма работы фазирующего регулятора установку
низких уровней сигналов Р, Т и Ф осуществляют по сигналу П', соответствующему синхронному режиму работы контура ФАПЧ [1]. В этом случае после отработки половины начальной угловой ошибки устанавливаются низкие уровни сигналов Р и т, и контур ФАПЧ самостоятельно отрабатывает накопившуюся скоростную ошибку. После синхронизации контура ФАПЧ происходит установка низкого уровня сигнала ф, и контур ФАПЧВ подключается к ЧЗБ с практически нулевыми начальными условиями по Дю и Да.
Эффективность рассмотренного способа фазирования сильно зависит от точностных характеристик основных элементов контура ФАПЧ: интегратора (наличие напряжения смещения) и преобразователя напряжение-частота (нелинейность характеристики). Для компенсации погрешностей, вносимых в алгоритм фазирования этими элементами предлагается осуществлять косвенное измерение значения углового ускорения в режиме фазирования путем логической обработки входных импульсных последовательностей fon и foc [5]. С этой целью в БОУР дополнительно определяется угловое ускорение по формуле:
£ = 2ф (N - Ni ) Р T2 N N (N + N )
Г 1 2 4 2 1 7 ,
где Тг - период следования импульсов дополнительного генератора; N2, Ni - количество импульсов дополнительного генератора на двух соседних интервалах между ситуациями прохождения двух импульсов одной из сравниваемых частот между двумя соседними импульсами другой частоты.
Полученные значения реального углового ускорения электропривода и его отклонения от требуемого значения в режиме фазирования могут быть использованы для формирования корректирующего сигнала на входе интегратора контура ФАПЧ, что позволит скомпенсировать погрешности, вносимые в процессе фазирования интегратором и преобразователем напряжение-частота (на рис. 2 подключение сигнала Дв с выхода БОУР на вход ФАПЧ, обозначенное пунктирной линией).
Работа выполнена в рамках гранта Российского фонда фундаментальных исследований. Проект №14-08-31109 «Улучшение динамических показателей качества регулирования прецизионного электропривода».
Полученные результаты могут быть использованы при проектировании узлов оптико-механической развертки сканирующих систем.
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 .- 104 с. : ил.
2. Бубнов А. В. Улучшение показателей качества регулирования электропривода сканирующих систем: монография / А. В. Бубнов, А. Н. Чудинов .- Омск : Омский .гос.техн.ун-т, 2012. - 92 с.: ил.
3. Бубнов А. В. Способы фазирования электропривода с фазовой синхронизацией / А.В. Бубнов, Т.А. Бубнова // Электротехника. - 2010. - № 5. - С. 2-8.
4. А.с. 1612368 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50, 5/06. Устройство для согласования углового положения синхронно вращающихся валов электродвигателей постоянного тока / А.М. Су-тормин, В.Г. Кавко, А.В. Бубнов и др. (СССР). - №4637187; заявл.13.01.1989; опубл, 4 с.: ил.
5. 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.
