Асинхронный электропривод антенны радиолокатора секторного обзора в режиме пульсирующего движения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.313.333.2

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД АНТЕННЫ РАДИОЛОКАТОРА

СЕКТОРНОГО ОБЗОРА В РЕЖИМЕ ПУЛЬСИРУЮЩЕГО ДВИЖЕНИЯ

1В. О. Нагорный, 2А. В. Аристов

1ОАО «Научно-производственный центр «Полюс» Российская Федерация, 634050, г. Томск, пр. Кирова, 56в. E-mail: [email protected] Национальный исследовательский Томский политехнический университет Российская Федерация, 634034, г. Томск, просп. Ленина, 30. E-mail: [email protected]

Рассмотрен принцип формирования пульсирующего режима движения асинхронного электропривода антенны радиолокационной станции секторного обзора за счет фазовой модуляции питающих напряжений. Разработана методика определения выходных параметров электропривода при заданных параметрах источников питания, исполнительного двигателя и нагрузки.

Ключевые слова: радиолокационная станция, пульсирующий режим работы, асинхронный двухфазный электродвигатель, электропривод антенны.

CONTROLING TWO-PHASE ASYNCHRONOUS DRIVE OF RADAR ANTENNA

OF SECTOR REVIEW IN PULSATING MOTION MODE

1V. O. Nagorniy, 2A. V. Aristov

Joint-stock company "Research and production center "Polyus" 56v, Kirov pr, Tomsk, 634050, Russian Federation. E-mail: [email protected]

2National Research Tomsk Polytechnic University 30, Lenin Av., Tomsk, 634034, Russian Federation. E-mail: [email protected]

The principle of the formation of the electric drive pulsating motion mode of the radar antenna of the sector scanning station at the expense ofphase-shift keying is considered. The method of determination of the drive output for the set-up parameters of power supplies, the operating motor and load was developed.

Keywords: radar locator, pulsating motion mode, asynchronous two-phase induction motor, electric drive of antenna.

Принцип действия радиолокационных станций заключается в облучении радиоволнами объекта и приеме отраженного от него сигнала. Радиолокационная станция генерирует электромагнитный импульс, излучаемый антенной в заданном направлении, а затем принимает отраженный сигнал, по задержке которого можно судить о расстоянии до объекта, а по положению антенны - о направлении на него. Антенна радиолокатора формирует электромагнитный луч, положение которого можно изменить путем поворота ее в нужном направлении. Во время работы она сканирует окружающее пространство по заданному закону в соответствии с текущим режимом работы.

Расширение областей применения и функциональных задач электропривода антенны радиолокационной станции секторного обзора обусловливает повышение требований к его координатной точности и динамическому частотному диапазону различными законами сканирования. Так, в частности, для получения пульсирующего движения антенны в приводе азимута обычно используются серийный электродвигатель постоянного тока и специальный редуктор. Наличие редуктора вносит дополнительную коорди-

натную погрешность в определение направления на объект и существенно снижает частоту сканирования.

Одним из возможных вариантов, позволяющим нивелировать данные недостатки и существенно расширить динамический диапазон работы азимутального привода антенны, является построение его на базе двухфазного асинхронного электродвигателя, работающего непосредственно в режиме периодического движения. Пульсирующее движение предлагается осуществить за счет фазной модуляции питающих напряжений с прерыванием одного из напряжений тогда, когда электромагнитный момент переходит через ноль [1]. Подобный алгоритм управления может быть реализован программно. Электропривод, построенный таким образом, обладает более простой и, как следствие, надежной, легкой и компактной механической частью, а требуемый алгоритм управления может быть реализован программно с использованием современной микропроцессорной техники.

Модель обобщенного электродвигателя, работающего в режиме пульсирующего движения в системе координат а, в, описывается следующими дифференциальными уравнениями:

Системы управления, космическая навигация и связь

иал (г) - + ¿ал —Г^ + Ма

ш Ш

^ а) - ^ + ь^^+мв ^,

Шг

0 - 1а„Кг + ь

0 - 1вгЯг + ьг

Шг Шг

Ш/,

+ М а^Г -Ю(М Р'Р» + )

Шг

1р Ш

+ М-ю(Ма/'а

М э

+ ¿г'аг

- кд ((а'ал'рг -МрУ'аг ) - Мн I {ю^ ^ ^

Шг

' в*, ' а

«в»

¡вг - напряжения и токи

Ьаи ¿в*, Ьг - активные

Так, при потенциальном питании одна из фаз исполнительного двигателя питается напряжением, модулированным с частотой О:

(

ио, (г) - Ц^^)

(1)

1 2 ^ 2 + " ^

V2 "к-1

((2к - 1)Ог)

Л

где иш(г), ^(г), / фазных обмоток; Я, сопротивления и полные индуктивности фазных об моток; Ма, Мв - взаимоиндуктивности между статор-ными и роторными обмотками по координатным осям а, в, ю - скорость изменения обобщенной координаты подвижного элемента; Мэм, Мн - обобщенные электромагнитное усилие и нагрузка; кд - обобщенный силовой коэффициент.

Для угловых движений кд = 1, а для прямолинейных п2 / т2, где т - полюсное деление.

Система уравнений (1) решена аналитически для случая пульсирующего движения. Для проверки полученных аналитических зависимостей создана математическая модель электропривода.

При реализации пульсирующего режима работы асинхронный двигатель может быть использован в качестве управляемого источника пульсирующего перемещения или усилия в зависимости от того, осуществляется питание его обмоток от источника напряжения или тока [2].

2к -1

/

- ит1 соэ^г) А(г), а вторая - от источника синусоидального напряжения:

ир* (г) - + у),

где ит1, ит2 - амплитудные значения питающих напряжений; юь ю2 - частоты питающих напряжений; у - начальная фаза; А (г) - периодическая функция, принимающая значения 0 или 1 и отвечающая за прерывание напряжения одной из фаз.

При отсутствии обобщенных усилий постоянного сопротивления и сухого трения уравнение движения подвижного элемента привода запишем в виде

Мн - ьмех <Ш—Х + Ямех — + См.х X,

н мех 1, мех *, мех

(2)

где Ьмех, Ямех, Смех - коэффициенты инерционной демпфирующей (жидкое трение) и позиционной составляющих обобщенной нагрузки; х - координата перемещения подвижного элемента привода.

Было установлено, что при фазовой модуляции питающих напряжений в законе движения антенны радиолокационной станции секторного обзора практически полностью отсутствуют высокочастотные составляющие с частотами питающей сети и ю2, вносящие существенный вклад в электромагнитный момент (см. рисунок). Последнее объясняется фильтрующими свойствами самой электромеханической системы.

х(0, р ад

Пс

Закон движения х(г) подвижного элемента антенны радиолокационной станции секторного обзора при потенциальной фазовой модуляции

Результат аналитического решения уравнения движения (2) с высокой точностью совпадает с результатами математического моделирования электропривода пульсирующего движения, выполненного в программной среде ММаЬ, и позволяет установить количественные взаимосвязи между параметрами электрической машины, источников питания и нагрузки, а также, в частности, оценить динамические и энергетические характеристики асинхронного электропривода.

В заключение следует отметить, что предложенный принцип управления асинхронным двухфазным двигателем азимутального электропривода антенны радиолокационной станции позволяет легко изменять алгоритм его действия, формируя различные траектории движения, модифицируя лишь программное обеспечение системы управления.

Библиографические ссылки

1. Аристов А. В. Электропривод колебательного движения с машиной двойного питания. Томск : Изд.-полиграф. фирма ТПУ, 2000. 176 с.

2. Бродовский В. Н., Иванов Е. С. Приводы с частотно-токовым управлением. М. : Энергия, 1974. С. 22.

References

1. Aristov A. V. The electric drive of the vibrational motion of the dual supply machine. Tomsk : Publishing and Printing company TPU, 2000. 176 p.

2. Brodovsky V. N., Ivanov E. S. Drives with frequency-current control. M. : Energy, 1974. P. 22.

© Нагорный В. О., Аристов А. В., 2014

УДК 629.05

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ СПУТНИКОВОЙ КОМАНДНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

В. Г. Патюков1, А. А. Силантьев2, В. А. Шатров2

1Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660074, Красноярск, ул. Киренского, 26 2ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52

E-mail: [email protected]

Рассматривается приборный состав бортовой аппаратуры командно-измерительной системы, вопросы ее оптимизации с целью усовершенствования системы, ее производства и эксплуатации. Приводится описание предложенной для разработки системы. Сущность проблемы сводится к необходимости расширения радиотехнического элементного и приборного производства в России, повышению конкуренции среди производителей радиотехнической аппаратуры, в том числе для спутниковых систем.

Ключевые слова: командно-измерительная система, космический аппарат, бортовой комплекс управления, оптимизация структуры, увеличение функциональности.

OPTIMIZATION OF THE ONBOARD EQUIPMENT STRUCTURE OF SATELLITE TELEMETRY,

COMMAND AND RANGING SYSTEM

V. G. Patyukov1, A. A. Silantyev2, V. A. Shatrov2

1 Siberian Federal University 26, Kirenskiy str., Krasnoyarsk, 660074, Russian Federation

2JSC "Information Satellite Systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]

The onboard instrumental equipment of satellite telemetry command and ranging system is researched, the issues aimed to optimize the improvement of the system, its production and use are considered. There is a description of the system development. The main idea is to expand the radio engineering element and instrument manufacture in Russia to increase competition among manufacturers of electronic equipment, including satellite systems.

Keywords: telemetry command and ranging system, spacecraft, onboard complex of management, optimization of structure, increase in functionality.

Бортовая аппаратура командно-измерительной начальной обработки команд управления с Земли, системы (БА КИС) представляет собой радиоэлек- формирования кадра телеметрической информации о тронную систему, предназначенную для приема и системах космического аппарата (КА), передачи дан-