CC BY
51Решетнеескцие чтения. 2015
УДК 621.31
ДВУХКООРДИНАТНЫЙ СЛЕДЯЩЕ-ПОЗИЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД
СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ
К. В. Аржанов
Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники Российская Федерация, 634034, г. Томск, ул. Белинского 53. E-mail: [email protected]
Приведены результаты разработки двухкоординатного следяще-позиционного шагового электропривода для солнечной установки, обеспечивающего минимизацию потребления электроэнергии приводами при наведении установки на Солнце.
Ключевые слова: фотоэлектрическая энергетическая установка, солнечная батарея, микроконтроллер, минимизация энергопотребления, автоматическое слежение за Солнцем.
TWO COORDINATE TRACKING POINT STEPPER OF ELECTRIC SOLAR PLANT
K. V. Arzhanov
Research Institute of Automation and Electromechanics, Tomsk State University Control Systems and Radioelectronics 53, Belinsky Str., Tomsk, 634034, Russian Federation. E-mail: [email protected]
The following research demonstrates results of development of the two-coordinate position-servo stepper actuator for solar installation providing a minimum power consumption drive hover installation to the sun.
Keywords: photovoltaic power plant, solar battery, microcontroller, minimizing energy consumption, automatic sun tracking.
Основным условием при разработке высокоэффективных автономных фотоэлектрических энергетических установок (АФЭУ) является реализация режима автоматического слежения солнечных батарей за Солнцем. При наведении солнечных батарей на Солнце необходимо осуществлять минимизацию энергопотребления электроприводами. Это реализуется путем непрерывно-дискретного перемещения, которое осуществляется шаговыми электроприводами, работающими в следящее-позиционном режиме.
На рис. 1 приведена функциональная схема [1] фотоэлектрической энергетической установки [2], где СБ - солнечная батарея (КСМ 190); АБ1, АБ2 - аккумуляторные батареи; КЗАБ - контроллер заряда АБ; И - инвертор; М1, М2 - шаговые двигатели; Р1, Р2 -редукторы; Д111Д1. ДШД2 - драйверы управления шаговыми двигателями; ДПС1, ДПС2 - датчики положения Солнца; КНС - контроллер наведения на Солнце; КВ1-КВ4 - конечные выключатели, GPRS модуль; КОНВЕРТОР - узел связи с внешним компьютером по каналу RS 485. Контроллер наведения на Солнце состоит из микроконтроллера STM32-F103, преобразователя постоянного напряжения, пяти операционных усилителей, узла связи с блоком ручного наведения, узла связи с конечными выключателями, узла связи с внешним компьютером. Программное обеспечение [3] контроллера наведения на Солнце позволяет работать в следующих режимах: автоматическое наведение на Солнце, ручное наведение от
пульта управления, режим наведения от внешнего компьютера с изменением параметров режима наведения, управление по каналу GPRS.
Автоматическое наведение реализуется с помощью контроллера наведения и датчика положения Солнца, выполненного в форме усеченной четырехгранной пирамиды [4]. Если фотоэлементы в противоположных гранях датчика выдают одинаковый ток, то перемещать раму с СБ не требуется, а если есть отличие, то необходимо перемещение в таком направлении, чтобы скомпенсировать эту разницу по току. Если фотоэлементы в противоположных гранях датчика показывают одинаковый ток, то фотодатчик (и соответственно СБ) находится в тени и перемещение рамы производить не требуется. Если тыловой фотоэлемент выдает самый больший ток, то Солнце светит с обратной стороны рамы, и необходимо развернуть раму в направлении Солнца. Перемещения происходят дискретно через 1-3 оС по обеим координатам, пока не выровняются сигналы в противоположных гранях в фотодатчике. Погрешность между сигналами тока в противоположных гранях фотоэлементов датчика, при которой необходимо проводить перемещение по координатам, составляет 0,5 оС. Точность наведения составляет 1 оС по обеим координатам.
При дискретном наведении рамы с СБ заложен несимметричный режим позиционирования, а именно: несимметричный режим разгона, движения и торможения в шаговом электроприводе [5].
Космическое и специальное электронное приборостроение
Рис. 1. Функциональная схема АФЭУ
Рис. 2. Структурная схема контура регулирования амплитуды тока
Несимметричный режим позиционирования совмещен с нелинейным заданием амплитуды тока ШД. Увеличивать пусковой ток в ШД целесообразно при положительном значении ускорения (пусковой ток увеличить до 1,5-кратного от номинального тока), после преодоления начального момента сухого трения можно снизить амплитуду тока ШД (рабочий ток уменьшить до 0,75 от номинального тока, а в режиме торможения - до 0,6 от номинального тока). Это позволяет исключить сбои при пуске ШД и в целом уменьшить потребление тока двигателем во время микроцикла наведения.
Для обеспечения точного наведения СБ на Солнце при действии большой ветровой нагрузки предложен алгоритм, реализующий увеличение амплитуды тока ШД при определении большой ветровой нагрузки. Принцип заключается в определении сбоя в ШД путем измерения ошибки по току в наклонных гранях датчика положения Солнца и определении, уменьшалась ли эта ошибка в течение заданного времени. Если ошибка в течение заданного времени не уменьшилась, это означает что действует большой момент ветровой нагрузки или выключился ДШД по каким-либо причинам. Необходимо опросить ДШД. Если он исправен, это означает, что действует большой момент ветровой нагрузки. При этом необходимо увеличить амплитуду задания тока в ДШД на время перемещения рамы с СБ. На рис. 2 показана предлагаемая структурная схема контура регулирования амплитуды тока в ШД (для одной координаты) в функции от разницы токов в противоположных гранях фотоэлементов ДПС (косвенной ошибки по положению) и их производной.
На рис. 2 приняты следующие обозначения: БЗТ -блок задания тока; Рег - регулятор; ИМ - исполни-
тельный механизм; БОС - блок обратной связи; /азад. -задание на амплитуду тока ШД, 1аос. - величина обратной по амплитуде тока ШД, ирег - выходной сигнал регулятора; /зшд - амплитуда тока задания для ШД, /шд м - максимальное значение амплитуды тока для ШД.
Высокоэффективная система наведения для АФЭУ реализуется на следующей основе: непрерывно-дискретное наведение СБ, создание оптимального по быстродействию перемещения в цикле наведения с учетом ограничений; создани нелинейного режима позиционирования и созданием дополнительного контура регулирования амплитуды тока ШД в функции ошибки наведения и ее производной. С учетом вышеизложенного разработана экспериментальная установка АФЭУ 0-5.
Библиографические ссылки
1. Аржанов К. В. Автоматическое управление фотоэлектрической энергетической установкой // Электронные средства и системы управления : материалы 10-й Междунар. науч.-практ. конф. Томск : В-Спектр, 2014. С. 190-192.
2. Солнечное фотоэлектрическое устройство : пат. № 128781 и1 Рос. Федерация. № 2012153448; заявл. 11.12.2012; опубл. 27.05.2013; бюл. № 15; ил.
3. Программное обеспечение двухкоординатной системы наведения солнечных батарей на Солнце : свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014616456. Дата поступления 29.04.2014. Дата государственной регистрации в Реестре программ для ЭВМ 24.06.2014.
4. Датчик положения Солнца: пат. № 135126 и1 Рос. Федерация. № 2013117198; заявл. 15.04.2013; опубл. 27.11.2013; бюл. № 33; ил.
Решетнееские чтения. 2015
5. Аржанов В. В., Шурыгин Ю. А., Шиняков Ю. А., Аржанов К. В. Минимизация энергопотребления электроприводами в фотоэлектрической энергетической установке // Известия Томск. политехн. ун-та. 2013. Т. 322, № 4. С. 146-150.
References
1. Arzhanov K. V. Avtomaticheskoe upravlenie fotojelektricheskoj jenergeticheskoj ustanovkoj // Materialy 10 Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Jelektronnye sredstva i sistemy upravlenija». Tomsk: Izd-vo V-Spektr, 2014, s. 190-192.
2. Solnechnoe fotojelektricheskoe ustrojstvo: pat. № 128781 U1 Ros. Federacija. № 2012153448; zajavl. 11.12.12; opubl. 27.05.2013 v bjul. № 15; il.
3. Programmnoe obespechenie dvuhkoordinatnoj sistemy navedenija solnechnyh batarej na Solnce. Svidetel'stvo o gosudarstvennoj registracii programmy dlja JeVM №2014616456. Data postuplenija 29.04.2014. Data gosudarstvennoj registracii v Reestre programm dlja JeVM 24.06.2014.
4. Datchik polozhenija Solnca: pat. № 135126 U1 Ros. Federacija. № 2013117198; zajavl. 15.04.2013; opubl. 27.11.2013 v bjul. № 33; il.
5 Аrzhanov V. V., Shurygin Ju. A., Shinjakov Ju. A., Arzhanov K. V. Minimizacija jenergopotreblenija jelektroprivodami v fotojelektricheskoj jenergeticheskoj ustanovke // Izvestija Tomskogo politehnicheskogo universiteta. 2013. T. 322. № 4. S. 146-150.
© Аржанов К. В., 2015
УДК 537.525
ПЛАЗМЕННЫЙ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ ДЕФЕКТОВ ИЗОЛЯЦИИ В БОРТОВОЙ АППАРАТУРЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
А. В. Батраков*, С. А. Попов, Е. В. Нефёдцев, Е. Л. Дубровская, А. В. Шнайдер
Институт сильноточной электроники СО РАН Российская Федерация, 634055, г. Томск, просп. Академический, 2/3. E-mail: *[email protected]
Представлен анализ концепции метода обнаружения дефектов защитного изоляционного покрытия на печатных платах радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космических аппаратов (КА).
Ключевые слова: защита космических аппаратов от дугообразования.
PLASMA METHOD FOR DETECTING INSULATION DEFECTS IN ON-BOARD EQUIPMENT
OF SPACECRAFTS
A. V. Batrakov*, S. A. Popov, E. V. Nefyodtsev, E. L. Dubrovskaya, A. V. Schneider
Institute of High Current Electronics SB RAS 2/3, Akademichesky Av., Tomsk, 634055, Russian Federation. E-mail: *[email protected]
The research analyses the concept of the method for detecting defects in a protective insulating coating above printed circuit boards of electronic equipment of spacecrafts.
Keywords: protection of spacecrafts from arcing.
Введение
В условиях космического пространства КА находится в потоке высокоэнергетических частиц, что приводит к накоплению избыточного заряда, электростатическим разрядам (ЭСР) и дуге. Проблема ЭСР особенно актуальна для солнечных батарей и другого внешнего оборудования КА [1; 2]. Во внутреннем пространстве бортовой аппаратуры ЭСР, как правило, не возникает, но риск вторичного дугообразования есть, например, вследствие выхода из строя и испарения электрорадиоизделия (ЭРИ) с зажиганием первичного разряда. Наиболее разрушительным последствием первичной дуги является зажигание вторичных дуг. Процесс вторичного дугообразования приме-
нительно к РЭА КА экспериментально исследован в [3]. Теоретический анализ вторичного дугообразования применительно к РЭА КА, выполнен в [4] для различных геометрий электродов при наличии в математической модели дефектов диэлектрического покрытия печатных плат. Показано [4], что для напряжения 100 В при давлениях, соответствующих минимумам кривых Пашена, инициирование вторичной дуги происходит только при наличии дефекта сплошности защитного диэлектрического покрытия. Это делает актуальным разработку метода диагностики диэлектрических покрытий печатных плат с установленными ЭРИ на предмет наличия дефектов сплошности на финальной стадии производства модулей РЭА.
*Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ, № RFMEFI60714X0008.
