CC BY
41
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ, МЕТРОЛОГИЯ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
УДК 621.369
ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ И НАВЕДЕНИЯ С АСИНХРОННЫМ ТРЕХФАЗНЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ
М.А. Кожеуров, В. И. Родионов
Приведена динамическая модель и исследованы погрешности движения информационно-измерительной системы стабилизации и наведения, работающей на подвижном основании. Исследования проведены при переменных углах пеленга с учетом динамических процессов, протекающих в гироскопах и электроприводах, имеющих векторное управление асинхронным трехфазным электродвигателем.
Ключевые слова: векторное управление, линия визирования, электропривод.
Информационно-измерительные системы стабилизации и наведения (ИИССиН) оптической линии визирования (ОЛВ) представляют собой двухосные электромеханические устройства, выполняющие функции стабилизации качки подвижного основания и наведения ОЛВ.
Постановка задачи. Высокие требования к точности и быстродействию стабилизации в режиме наведения ОЛВ современных гироскопических ИИССиН приводит к необходимости использования более эффективных методов повышения точности наведения ОЛВ. Данного эффекта возможно достичь за счет применения в электроприводах переменного тока-векторного управления трехфазными асинхронными двигателями (АД), которые приводят в движение рамки карданова подвеса системы.
Математическая модель движения системы [1 - 3]. Математическая модель ИИССиН для азимутальной оси наведения, состоит из уравнений карданова подвеса и уравнений динамических процессов, протекающих в датчиках угловых скоростей (ДУС) и трехфазных АД с векторным управлением:
</уфу -НаСОБф^ -М =-/7(00^7 -СО^тф^)-
- С¿П + ¿Х2 ) х 8111У В + - и>ох §т ф 7 - С05; Ч>А )<»Л7%Ч>В 10055 Ф5 ]
1аа + Ьаа + к0а = - Н[соду + а - со|а];
Т^КХ + =¥3; (1)
ТЯ^кх+^КХ =ьт15Х;
^их
и = Шаа-Шаа; а = (фу -фА)со8фВ;
Здесь ]у - приведенный момент инерции вокруг азимутальной оси, (ру - проекция пеленга ОЛВ по азимуту; фд, Фз - проекции пеленга ЗЛВ по азимуту и углу места; моменты инерции ИИССиН по осям
ОХ, ОУ, индекс 1 относится к наружной рамке, 2 - к платформе; Ь- коэффициент вязкого трения в осях подвеса; О, НДа,Ьа,ка - угол прецессии, кинетический момент, момент инерции, коэффициенты вязкого трения и
пружин ДУС; М - момент на валу АД; а - погрешность наведения; со|,со^
- абсолютная и переносная угловые скорости ИИССиН вокруг ЗЛВ;
~ постоянная времени и относительный коэффициент затухания
контура потокосцепления; ^з^ях ~ заданное и реальное потокосцепле-
ние ротора; Ь, Я- индуктивность и активное сопротивление обмотки управления АД; ~ проекции тока статора; к - конструктивный
коэффициент; и- управляющее напряжение АД; активное сопро-
тивление и постоянная времени ротора; индуктивность ротора; Ьт-взаимная индуктивность; со^- угловая скорость потока; т - число пар полюсов статора; передаточные функции контуров ДУС и оптико-электронного датчика; соох^оу^ог ~ проекции абсолютной угловой скорости качки летательного аппарата; Шду, сод^ - проекции абсолютной угловой скорости ЗЛВ; в уравнениях (1) фд, Фз - определяются по известным формулам [3,4]; Тш = / ^; =—^^ —? где
V ЬщКр 2/Г8ТкЬтКр
Я^+к2!^; Ь = Ь8-к2ЬК; Т8=^; Т8 - элек-
ьк кк к8
(2)
тромагнитная постоянная времени статора; Ls - индуктивность статора; R§ - активное сопротивление статора; K р - коэффициент регулирования в контуре потокосцепления.
Электропривод переменного тока. Полагаем, что Yrx = const (Ty ® 0), тогда решая совместно уравнения системы (1), получаем уравнения АД с векторным управлением, аналогичные двигателю постоянного тока с параллельным возбуждением, которые в преобразованиях Лапласа имеют вид
R'(T'p + 1)isY = U - Се pj a M =
где
Cm = 1,5zk¥ rx; CE = z(k R' = R + R^-— » R;
Lm LR
T' = 2TSTR = 2LLR » 2T Ts + Tr RLr + RrL s"
В первом приближении динамические процессы создания противо-ЭДС можно не учитывать, тогда из уравнений (2) получаем передаточную функцию АД, работающего в режиме асинхронного моментного датчика (АМД):
w = M = kAMD WAMD = — -
где kAMD
U T'p +1 1,5zk^ RXiSY
Я'
Для уменьшения постоянной времени Т' в асинхронном электроприводе (АЭП) введем отрицательную обратную связь (ОС) по
токУ ¿БУ -
Передаточная функция АЭП с ОС по току при условии, что к|кд >> Я' имеет вид
ш М К шаэп =т7:
и +1
где Т = Т Я ; К = 1,5гк^, к0,к^ - коэффициенты прямой цепи и об-к0к1 к1 ратной связи по току.
Коэффициенты к1 и ко выбираем из условия сохранения коэффициента передачи К=кдмБ и уменьшения постоянной времени Т1:
к = Я';
Т'
Т1 = Г"-к0
125
При изодромном корректирующем устройстве уравнения АЭП с ОС по току будут иметь следующий вид:
К р
где Тк - постоянная времени изодромной коррекции ЭП.
При условии, что Тк = Т1, структурная схема АЭП принимает вид, представленный на рис. 1.
и
1 '»у
ко 1.5 кгфм
Чр '-7
*. *
М
Рис. 1. Упрощенная структурная схема АЭП
Таким образом, передаточная функция АЭП может иметь вид апериодического звена
М^ Кэп и Тэпр +1
_ игк^кх _ Я' где Кэп --, 1ЭП --
к0к:
"1 и 1
Принимаем кх = Я', тогда для уменьшения постоянной времени (Тэп < Т') необходимо обеспечить кд >1/Т. Структурная схема ИИССиН
Структурная схема, соответствующая уравнениям (1) в первом приближении приведена на рис. 2.
а)оу - а)е51п<рв
*>п м
ЛпР + I
<*ЛУ
Г*р* 4 2еТгр + 1 -1-НЛЕНЗ"
Рис. 2. Структурная схема ИИССиН
126
Моделирование динамики ИИССиН. Моделирование динамических процессов ИИССиН проведено с помощью пакета Simulink системы MATLAB 7.1 [5].
Результаты моделирования показали, что погрешность наведения существенно увеличивается при пеленгах, приближающихся к наружным осям карданова подвеса. На рис. 3 приведены графики проекции пеленга ЗЛВ ФвО) и проекция пеленга ОЛВ фY(t), а также возмущающий момент Мв1(0 и вызванная им погрешность а^) при наведении по оси угла места с угловой скоростью Юлz(t) = 0,34sin0,5t . Графики получены при численных значениях коэффициентов k ^ = 5000 В / рад.
Г\ в, рад
п у, рад
М В1, Нм
аКа, угл. мин
-2
1
\ 2 /
3 4
10
12
Рис. 3. Графики азимутальных проекций пеленга и погрешностей наведения ОЛВ при Юлу = 0 и Юлz = 0,34sin0,5t :
1 - фв 00; 2 - фуф; 3 - Mвl(t); 4 - аф
Из графиков видно, что когда фв(t) приближается к 800, возмущающий момент Mвl(t) увеличивается до 0,6 Нм и вызывает максимальную ошибку до 3 угл. мин.
На рис. 4 приведены аналогичные графики при наведении по обеим осям, с угловыми скоростями ЮЛуОО = Wлz(t) = 0,34sin0,5t .
Из графиков видно, что угловая скорость ю ду (^) вызывает погрешность наведения, на которую накладывается погрешность от возмущающего момента, вызванного качкой основания.
127
Fi В, 3 рад
2
Fi Y,
рад 1 М В1, о
Нм
-1
alfa, угл. мин .2
-3
2 ~
""1 ^...............
4 3
4
10 12
Рис. 4. Графики азимутальных проекций пеленга и погрешностей наведения ОЛВ при Юду = ^Л2 = 0,34sin0,5i :
1 - фв(1); 2 - jy(t); 3 - Mei(t); 4 - a(t)
Погрешность от качки основания возрастает с увеличением проекции пеленга по углу места и не превышает 1 угл. мин, при jg = ±600, а погрешность от наведения ОЛВ достигает 3 угл. мин. при угловой скорости 0,34 рад/с .
Список литературы
1. Родионов В.И. Гироскопические системы стабилизации линии визирования оптических приборов // Изв. вузов. Приборостроение, 2001. Т. 44. № 9. С. 36 - 41.
2. Родионов В.И. Анализ и синтез управляемого гиростабилизатора при переменных углах пеленга летательного аппарата // Авиакосмическое приборостроение. 2005. Вып. 3. С. 2 - 6.
3. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Сравнительный анализ кинематики двухосных систем стабилизации и наведения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 5. Ч. 2. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. С. 313-319.
4. Кожеуров М.А., Родионов В.И. Влияние динамики гироскопа и электропривода на погрешность стабилизации систем наведения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2015. Вып. 5. Ч. 2. С. 320 - 329.
5. Герман-Галкин С.Г. Matlab&Simulink. Проектирование меха-тронных систем на ПК. СПб.: КОРОНА-Век, 2008.
128
Кожеуров Максим Александрович, асп., maxxomonte@yandex. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Родионов Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
INFORMATION-MEASURING STABILIZATION AND INDUCTION SYSTEMWITH THREE-
PHASE ASYNCHRONOUS ENGINE
M.A. Kozheurov, V.I. Rodionov.
The dynamic model shows and the motion error of information-measuring stabilization and induction system that install on a movable base has been investigated. The investigates have been carried at varying angles of bearing at dynamics of gyroscopes and electric drives with vector control of three-phase asynchronous engine. Key words: vector control, vision line, electric drive.
Kozheurov Maksim Aleksandrovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Rodionov Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
УДК 550.37;53.084;519.688
РАСПРЕДЕЛЕННАЯ СЕТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ГРУНТАХ И НЕКОТОРЫЕ ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
В.С. Бобровский
Рассмотрены технические вопросы организации мониторинга электрических процессов в приповерхностных грунтах с помощью многоэлектродных систем: конструкция измерительного шурфа, набор измеряемых параметров и способы измерений. Показана структура существующей сети измерений, состоящей из 12 станций. Приведены графики зарегистрированных нестационарных подземно-электрических сигналов, зарегистрированных перед рядом сильнейших землетрясений.
Ключевые слова: электрические измерения, шурф, многоэлектродная система, постоянная составляющая, переменная составляющая.
Электрические измерения с использованием длинных измерительных линий, заглубленных на небольшую глубину в грунт, известны и проводятся с конца XIX века. Классической схемой измерений являются пары
129
