Информационная подсистема следящего вентильного электропривода

ИНФОРМАЦИОННАЯ ПОДСИСТЕМА СЛЕДЯЩЕГО ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА И.Н. Жданов, А.И. Лебедев

Рассматриваются способы обработки сигналов тахогенератора, необходимые для получения кода скорости в прецизионных следящих электроприводах современных комплексов позиционирования и слежения.

При проектировании следящих электроприводов систем наведения последнее время наибольшее распространение в качестве исполнительных двигателей получили вентильные двигатели. Для качественного управления электродвигателем с целью обеспечения высоких точностных и динамических показателей, требуемых от систем такого класса, необходимо, в том числе, обладать точной информацией об угле положения и скорости вращения двигателя.

Функциональная схема замкнутого следящего электропривода приведена на рис.1. Структурно электропривод содержит энергетическую и информационную подсистемы. Энергетическая подсистема определяет предельно достижимые динамические характеристики электропривода (максимальные скорости и ускорения следящей оси) и, в значительной степени, массогабаритные показатели систем управления. Информационная подсистема обеспечивает необходимые точности в заданных режимах работы привода.

Рис.1. Функциональная схема следящего электропривода

Энергетическая подсистема содержит источник питания, силовой каскад (СК), синхронный электромеханический преобразователь (СД) и исполнительную ось как нагрузку электропривода. С валом СД жестко связаны роторы первичного датчика углового положения ротора СД (ДП) и первичного датчика скорости - тахогенератора (ТГ).

Микропроцессорная система управления (МП) обеспечивает аналого-цифровое преобразование сигналов первичных датчиков координат, реализацию алгоритмов цифровых регуляторов, формирование широтно-модулированных сигналов для управления ключами СК, связь с компьютером или пультом управления и реализацию функций защиты и диагностики системы.

Один из наиболее простых способов получения информации о скорости вращения вала двигателя - использование в качестве ТГ двигателя постоянного тока (ДПТ). Однако коллекторный блок ДПТ приводит к снижению надежности и ограничению области применения таких датчиков скорости.

Вычисление скорости через информацию датчика положения неприемлемо в системах, работающих с инфранизкими скоростями вращения (единицы угловых секунд в секунду). Оптимальным в таких случаях будет использовать в качестве датчика скоро-

сти ТГ на базе трехфазного синхронного двигателя. При этом встает вопрос об обработке сигналов такого ТГ для получения кода скорости.

В общем виде выходные напряжения обмоток трехфазного синхронного ТГ в зависимости от угла поворота вала двигателя представлены на рис. 2.

Рис. 2. Выходные напряжения трехфазного ТГ

Если для получения кода скорости выпрямлять три фазы ТГ, то полученный сигнал будет иметь пульсации порядка 14%.

Для уменьшения пульсаций предлагается несколько алгоритмов коррекции, для реализации которых необходима информация об угле положения. Сигнал Итг формируется в соответствии со структурной схемой, представленной на рис. 3, где Ш, Ц2, ИЗ - напряжения обмоток тахогенератора; N1, N2, N3 - управляющие коды.

N1

Итг

л ✓

Рис.3. Схема формирования итг

Блок-схема первого варианта коррекции пульсаций начального напряжения Итг представлена на рис. 4. При этом корректирующее напряжение Ик образуется определенной коммутацией (рис. 5) модульных значений трехфазной системы. С учетом тождественности (с определенной степенью точности) характера изменения сигнала пульсаций и Ик происходит снижение уровня пульсаций до значения 3,4 % (рис. 6). Управляющие коды формируются в зависимости от текущего угла положения вала двигателя.

N11

V-

N21

И31

N31

Итг

У

р

Итг1

Ик

Рис. 4. Функциональная схема 1-го варианта коррекции

У

Рис. 5. Управляющие сигналы 1-й схемы коррекции

и, в

¿CV итг 1 1-ГГ-1 vO>

\/4 ч/\ UK /V

Рис. 6. Выходной сигнал ТГ после коррекции

Еще один положительный момент - увеличение частоты пульсаций Итг1 в два раза по сравнению с итг.

Второй вариант коррекции пульсаций базируется на том, что характер пульсаций итг в пределах электрического периода с определенной степенью достоверности соответствует зависимости вида | sin3a|. Функциональная схема второго варианта коррекции представлена на рис. 7, а.

Графики | sin 3a|, Итг и скорректированного значения Итг2 представлены на рис.8. Величина пульсаций не превышает 1,3%.

Третий вариант коррекции соответствует второму с той лишь разницей, что коррекции подвергается уже не Итг, а скорректированное значение Итг1, а поскольку частота Итг1 в два раза больше, то в качестве корректирующего значения берется | sin6a|. Функциональная схема представлена на рис. 7, б, а скорректированные значения напряжения - на рис. 9.

Величина пульсаций составляет 0,3%. Частота пульсаций по сравнению с Итг увеличивается в 4 раза.

а)

б)

Рис. 7. Функциональная схема 2-го и 3-го вариантов коррекции

итг

ГЛ / \ х

итг2

/Л/ Л/ V" \/Л /Л/ л/ Л/- ч/Л

Рис. 8. Напряжения ТГ при 2-м варианте коррекции

итг1

итгЗ

Рис. 9. Напряжения ТГ при 3-м варианте коррекции

Все варианты коррекции могут быть реализованы с помощью контроллера, входящего в состав микропроцессорной системы управления. Для обработки сигналов тахоге-нератора понадобятся дополнительно три канала АЦП.

Заключение

Для обеспечения высокой точности слежения и качественной динамики системы необходимо обладать точной информацией об угле положения и скорости вращения вала двигателя. Предложены алгоритмы обработки сигналов датчика скорости, позволяющие, не прибегая к фильтрации, значительно снизить пульсации и получить код скорости с требуемой точностью.

Литература

1. Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. - М.: Энергоиздат, 1981.

2. Жданов И.Н., Синицын В.А. Определение скорости двигателя с использованием СКВТ / ХХХ11 Неделя науки СПбГТУ. Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2003.

3. Изерман Р. Цифровые системы управления. - М.: Мир, 1984.