CC BY
43
Секция
«АВТОМАТИКА И ЭЛЕКТРОНИКА»
УДК 621.316.722
Н. В. Астахова Научный руководитель - Ю. М. Казанцев Национальный исследовательский томский политехнический университет, ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», Томск
ФОРМИРОВАНИЕ УПРАВЛЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ УРАВНЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА
Рассмотрен метод управления импульсными преобразователями (ИП) на основе баланса необходимой и запасенной в системе энергии. Приведен вывод закона управления, а также обоснование его эффективности как системы с нелинейной коррекцией. Указаны преимущества нового метода управления, выявленные в экспериментах на модели ИП.
Качество энергии на выходе системы электропитания космического аппарата обеспечивается при использовании специальной регулирующей аппаратуры, основой которой являются ИП напряжения, представляющие собой динамическую систему. Адаптацию системы к возмущающим воздействиям и ее способность выполнять свои функции обеспечивает управление. Разработка эффективных систем управления является актуальной проблемой.
Существует много различных методов решения задачи проектирования оптимальной системы управления. Наиболее часто используемыми и эффективными из них считаются принцип максимума Понтрягина, использование функций Ляпунова, типовых законов управления.
Однако непосредственное применение функций Ляпунова и принципа максимума Понтрягина при синтезе систем управления является весьма затруднительным из-за сложности преобразований, а показатели качества при управлении по типовым законам требуют улучшения.
В преобразовательной технике существенно упростить задачу и добиться оптимальных показателей качества управления позволяет использование уравнения баланса между текущим значением запасенной системой энергии и ее значением в установившемся режиме [1]. В соответствии с принципом наименьшего действия [2] стратегия управления, обеспечивающая минимум интеграла по времени от уравнения баланса, обеспечивает и минимальное время переходного процесса. Рассмотрим реализацию этого подхода на примере ИП (рис. 1), в котором текущее значение накопленной ЬС-фильтром энергии равно
г=С и2 с)+1 ( с) - '„ с ))2 (с) - ¿и с)),
(1)
где Ь, С - индуктивность дросселя и емкость конденсатора ЬС-фильтра; П^) - выходное напряжение; /'ь(0 - ток дросселя; 1н(?) - ток нагрузки; 8§п(г'ь(/) - г^)) - знак тока конденсатора /с(0, опре-
деляет знак пульсирующей составляющей энергии дросселя.
Пусть переключение ключевого элемента (Кл) осуществляется по смене знака баланса между текущим значением внутренней энергии, запасенной ЬС-фильтром, и значением энергии ЬС-фильтра в установившемся режиме.
Тогда после простых преобразований (1) закон управления можно представить в виде:
^ =(Пн2 ()-По2п ) +
+ Р2 (( (?)-¿н ())П(( ()-¿н ()), (2)
Рэ <0; Fэ >0,
где р = л^ЦС - характеристическое сопротивление
ЬС-фильтра; Поп - заданное выходное напряжение;
- состояние Кл (при = 1 включено, при = 0 выключено).
Схема ИП
С точки зрения теории автоматического управления систему с управлением по закону (2) можно представить как систему с нелинейной коррекцией:
Секция «Автоматика и электроника»
Рэ = (ин (г) + иоп)(ин (г)-иоп) +
+ р2/с (г) sgn (1С (г)) 1С (г) =
= К (Х(г)) х(г) + К (Х(г)) Х(г), где х(г) = ин(г) - иоп(г) - сигнал ошибки;
У
х(г) = iс (г)/C - производная сигнала ошибки. С из-
У
менением ошибки х(г) и ее производной х(г) нели-
У
нейные коэффициенты передачи К(х(г)) и К(х(г)) изменяются в направлении, обеспечивающем наиболее эффективное изменение воздействия регулятора в переходном процессе.
Испытания, проведенные на модели ИП, показали, что метод управления по балансу энергии (2) обеспечивает минимальное значение статической ошибки и наилучшее качество как в переходном процессе при включении с нулевых начальных условий,
так и при воздействии внешних возмущений. Еще одно существенное достоинство способа управления по балансу необходимой и запасенной в системе энергии - более низкое по сравнению с известными схемами значение выходного импеданса ИП во всем частотном диапазоне, что свидетельствует о большей устойчивости системы с управлением по (2).
Библиографические ссылки
1. Казанцев Ю. М., Лекарев А. Ф. Формирование управления по балансу необходимой и накопленной в системе энергии //Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2009. № 5. С. 17-20.
2. Справочник по теории автоматического управления / под ред. А. А. Красовского. М. : Наука : Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.
© Астахова Н. В., Казанцев Ю. М., 2010
УДК 004.384
Н. И. Виноградов Научный руководитель - И. А. Кудрявцев Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева, Самара
ВСТРАИВАЕМЫЙ ОДНОПЛАТНЫЙ КОМПЬЮТЕР ОБРАБОТКИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ДЛЯ НАНОСПУТНИКА
Рассматриваются основные аспекты конструирования и программной реализации встраиваемого бортового компьютера для наноспутника, выполняющего сбор и отправку данных о состоянии спутника во время полета в научно-исследовательских целях.
В последнее время все большую популярность в области получения научных данных о Земле и околоземном космическом пространстве приобретает использование научно-образовательных наноспут-ников, характеризующихся малыми габаритами, низкой стоимостью проектирования и практической реализации, но отличающихся достаточным уровнем аппаратной и программной оснащенности для решения широкого круга практических задач по получению экспериментальных данных о характеристиках полета космического аппарата.
В докладе рассматриваются технические аспекты разработки электронного оборудования для сбора, первичной обработки и доставки на Землю навигационной информации о полете наноспутника, а также ряда технологических параметров. В качестве аппаратной платформы разрабатываемого нанос-путника был выбран одноплатный компьютер ТИОН-ПРО v2 российского производителя «Завод электрооборудования», выполненный в соответствии с промышленным стандартом PC104. Его основой является высокопроизводительный 32-разрядный микропроцессор EP9315 класса «система на кристалле», основанный на RISC-архитектуре ARM9, компании Cirrus Logic. Этот микропроцессор отличается достаточно высокой производительностью при низком энергопотреблении, широким на-
бором встроенной периферии, устойчивостью к температурным воздействиям.
Разрабатываемый наноспутник должен выполнять следующие задачи:
1. Сбор, первичная обработка и хранение информации об изменениях состоянии магнитного поля Земли и навигационных параметрах полета космического аппарата.
2. Регулярная передача собранной информации на Землю посредством спутникового канала связи «Глобалстар».
В соответствии с поставленными задачами к компьютеру через последовательные интерфейсы RS-232 будут подключены магнитометр собственной разработки на анизотропных магниторезистив-ных датчиках, двухсистемный (GPS/ГЛОНАСС) навигационный приемник и радиомодем системы спутниковой связи. Собранные данные будут сохраняться в структурированную базу данных и при установлении сеанса связи отправляться на удаленный FTP-сервер.
В качестве программной платформы была выбрана современная, компонентная, многозадачная, многопоточная, многоплатформенная операционная система реального времени Microsoft Windows Embedded CE 6.0 R2. Она обладает следующими достоинствами:
