Методика проектирования синхронно-синфазного электропривода Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭЛЕКТРОТЕХНИКА

удк «2-83 А. В. БУБНОВ

Омский государственный технический университет

МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИНХРОННО-СИНФАЗНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА_

В статье приведена методика проектирования синхронно-синфазного электропривода для обзорно-поисковых и сканирующих систем.

Электроприводы с фазовой синхронизацией, в основе построения которых лежит принцип фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ) [1], находят широкое применение при построении обзорно-поисковых и сканирующих систем и устройств, в системах технического зрения современных робото-технических комплексов, установках фототелеграфной и видеозаписывающей аппаратуры, лентопротяжных и регистрирующих устройствах, копировальных установках, многоцветных полиграфических машинах, что обусловлено, в первую очередь, высокими точностными показателями в достаточно широком диапазоне регулирования угловой скорости (точность регулирования по углу достигается порядка единиц угловых секунд, по угловой скорости в области высоких частот вращения — порядка 0,001 % в диапазоне изменения угловой скорости 100:1 и более).

Широкое использование при построении обзорно-поисковых систем получил синхронно-синфазный

электропривод (ССЭ), представляющий собой совокупность управляемого задающего генератора и одного или нескольких электроприводов с фазовой синхронизацией, связанных с задающим генератором только односторонними каналами связи. В таких системах обеспечивается синхронность вращения каждого исполнительного электродвигателя и стабилизация заданного взаимного углового положения их валов.

Обобщенная функциональная схема синхронно-синфазного электропривода [2] (рис. 1) может быть представлена в виде контура ФАПЧВ, включающего в себя частотно-задающий блок ЧЗБ, формирующий импульсы опорной частоты {оп и импульсы задания начального положения вала электродвигателя Я ; блок импульсных датчиков ВИД частоты вращения / и положения вала электродвигателя Р[)с; логическое устройство сравнения ЛУС частот и фаз двух импульсных последовательностей: задания /'цм и обратной связи f'o¡:, корректирующее устройство КУ и бескон-

Рис. 1. Обобщенная функциональная схема синхронно-синфазного электропривода.

тактный двигатель постоянного тока БДПТ; и фазирующего регулятора ФР, содержащего блок определения углового рассогласования Даф БОУР, блок регулирования БР угловой ошибки, формирующий импульсы добавочной частоты и смеситель СМ основных /ил, и добавочной / частот,

Контур ФАПЧВ в синхронно-синфазном режиме (/'ол = /оп, Гж = /ос) обеспечивает высокую точность регулирования частоты вращения за счет «удержания» фазового рассогласования частот Vт и Гк в области |Д(р| = гЬа.тах « 2А, где г — число импульсов ИДЧ за один оборот вала БДПТ (с частотой следования /ос), Дат1И — максимально допустимая угловая погрешность работы электропривода в установившемся режиме.

Синхронность вращения нескольких электроприводов можно обеспечить, подав на них один и тот же задающий сигнал определяемый кодом задания, однако синфазность вращения в такой системе обеспечена не будет, что обусловлено многозначной нелинейной характеристикой ДУС.

Для обеспечения фазирования электропривод снабжается датчиком положения, входящим в состав БИД и формирующим равномерно распределенное количество импульсов за оборот вала электродвигателя, равное числу граней используемого в узле развертки полигонального зеркала.

Переход к синфазному режиму работы осуществляется путем устранения начальной угловой ошибки Ааф электропривода, определяемой в БОУР путем подсчета импульсов частоты 1оп (/к) между импульсами частот Роп и Р . В зависимости от реализуемого алгоритма фазирования БР формирует сигнал, обеспечивающий требуемый закон преобразования частот /0„ и /ос в частоты Гт и Гос, поступающие в контур ФАПЧВ. При этом контур ФАПЧВ рассинхронизиру-ется по отношению к сигналу /оп, и происходит отработка угловой ошибки Даф.

На основе теоретических исследований, проведенных в [2], предлагается следующая методика проектирования электропривода с фазовой синхронизацией (задается момент инерции рабочего механизма узла оптико-механической развертки погрешность регулирования угловой ошибки Дал и диапазон рабочих угловых скоростей со3):

1) исходя из допустимой погрешности регулирования угловой ошибки Дап, определяем количество меток г ИДЧ из условия

ф0 <100Да„, где ср0 = 2А/г, или получаем

2п

г>-•

1 ООДа '

2) исходя из нижней граиицы рабочего диапазона регулирования угловой скорости с учетом условий линеаризации фазового дискриминатора при аналоговой и дискретной фильтрации сигнала у, определяем требуемую частоту среза о>с замкнутой системы регулирования:

- мя аналогового демодулятора условие линеаризации

/оп> 100^/2*, где /оп = (оз/ф0, в результате получаем

Фо '

- для дискретного демодулятора условие линеаризации

4„ ^ ДШг/Да, ,

где Дсо, = л/2етф0 = Фол/ЁГ/^, = 2кгт/% , принимаем Да9 =0,1Да„ =Ю"3ф0 и с учетом шг получаем

с 10 Ф0 Ф0 Ф0

3) задавая значение коэффициента усиления к регулятора в пределах 1... 10, с учетом величины момента инерции J рабочего механизма электропривода и выражений Мш = ¡¿¥т и ц = ММ(Л/ производим выбор БДПТ:

е

т 2к '

^у max ^jh max j^m t

4) определяем постоянную времени КУ

5) для снижения времени переходного процесса и величины перерегулирования по Дю в электроприводе целесообразно использовать двухканальное ЛУС [3] и систему управления с введением корректирующих сигналов в режимах насыщения ИЧФД [4] и опережающей разблокировкой логического устройства сравнения по сигналу дополнительного частотного дискриминатора [5];

6) в зависимости от области применения ССЭ выбираем алгоритм работы фазирующего регулятора

(пошаговый доворот вала электродвигателя [6] или квазиоптимальное по быстродействию регулирование [7]).

Предлагаемая методика проектирования ССЭ может быть использована при разработке прецизионных электроприводов для сканирующих и обзорно-поисковых систем.

Библиографический список

1. Трахтенберг P.M. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. — М.: Энергоиздат, 1982. — 168 с.

2. Бубнов A.B. Вопросы анализа и синтеза прецизионных систем синхронно-синфазного электропривода постоянного тока: Научное издание// Омск: «Омский научный вестник», 2004. — С. 131,

3. A.c. 1508334 СССР, МКИ4 Н02 Р 5/06 - 4351484/24-07; Заявлено 02.11.87; Опубл. 15.09.89. Бгол. № 34. Стабилизированный электро-привод/А.В.Бубнов,В.Г.Кавко,А.М.СуторМин(СССР). — 4с.:ил.

4. Бубнов A.B. Способ коррекции синхронно-синфазного электропривода. //Динамикасистем, механизмов и машин: Мат.

УМеждунар, науч.-техн. конф. — Омск: ОмГТУ, 2004. — С. 173176.

5. Ас. 1624649 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/06 - 4647424/24-07; Заявлено 06.02.89; Опубл. 30.01.91. Бюл. №4. Стабилизированный электропривод/А. В. Бубнов, Б. М. Ямановский (СССР). - 4 с.: ил.

6. A.c. 1591172 СССР, МКИ5Н02 Р5/50,5/06 - 4602514/24-07; Заявлено 05.11.88; Опубл. 07.09.90. Бюл. №33. Синхронно-синфазный электропривод/А. В. Бубнов, В. Г. Кавко А. М. Сутормин и др. (СССР). - 6с.: ил.

7. A.c. 1612368 СССР, МКИ5 Н02 Р 5/50,5/06 - 4637187/24-07; Заявлено 13.01.89; Опубл. 07.12.90. Бюл № 45. Устройство для согласования углового положения синхронно-вращающихся валов электродвигателей постоянного тока / А. М. Сутормин, В. Г. Кавко, А. В. Бубнов и др. (СССР). - 4 е.: ил.

БУБНОВ Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».

УДК 62-83: А.В.БУБНОВ

А. И. ЛЫЧЕНКОВ

Омский государственный технический университет

ЦИФРОВОЙ РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ФАЗОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИЕЙ_

Рассматриваются вопросы разработки цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией. Представлены результаты численного моделирования электропривода.

В основе построения электроприводов с фазовой синхронизацией лежит принцип фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ) [ 1 ], в соответствии с которым в качестве задающего сигнала используется частотный сигнал7оп, формируемый с помощью кварцевого генератора; в качестве сигнала обратной связи — частотный сигнал/ос, формируемый на выходе импульсного датчика частоты (ИДЧ) вращения; а в качестве сравнивающего элемента — импульсный частотно-фазовый дискриминатор (ИЧФД) частот и фаз двух импульсных последовательностей (рис. 1, где ЧЗБ - частотно-задающий блок, КУ -корректирующее устройство, БДПТ - бесконтактный двигатель постоянного тока).

В области высоких частот вращения в пропорциональном режиме работы электропривода частота следования импульсов на выходе импульсного частотно-фазового дискриминатора, равная /оп, лежит за частотой среза системы управления, в результате дискретностью выходного сигнала ИЧФД можно пренебречь и система управления может быть линеаризована [2].

Анализ динамических процессов в системах ФАПЧВ удобно проводить методом фазовой плоскости [1,2],

Рис. 1. Функциональная схема электропривода с фазовой синхронизацией.

при этом электропривод рассматривается как система с переменной структурой и для каждой рабочей области строятся семейства фазовых траекторий.

На рис. 2 представлен фазовый портрет для режима синхронизации электропривода при различных начальных условиях. Фазовые траектории 1 и 2 соответствуют режиму разгона электропривода с последующей синхронизацией, а траектория 3 - режиму торможения электропривода. Направление движения на траекториях отмечено стрелками.

В области низких частот вращения условия линеаризации системы управления в режиме фазового сравнения ИЧФД не выполняются [2]. Для снижения