CC BY
45
4. D'hulster Frederik. Advanced nonlinear modelling techniques for switched reluctance machines; Hogeschool West-Vlaanderen dept .PIH (Belgium) www.cedrat.com.
5.V. Minchuk
THE CONTROL ELECTRIC DRIVE OF THE SMALL-SIZED FLYING MACHINE ROTATING ON THE HEEL SYNTHESIS AND CHARACTERISTICS CALCULATION TECHNIQUE
The technique of synthesis and characteristics calculation of the control electric drive of the small-sizedflying machine rotating on the heel with the executive permanent magnet synchronous motor taking into account restrictions on operation term is considered. The resulted technique includes the power analysis, formation of system of mathematical models of the executive engine based on numerical calculation magnetostatic and thermal fields with a method of final elements, synthesis of an electric drive by a method of desirable frequency characteristics with correction of phase delay.
Key words: the control electric drive, flying machine rotating on the heel, permanent magnet synchronous motor, a work excessive rate, a method of final elements.
Получено 03.10.11
УДК 629.7.062.2
А.М. Селиванов, канд. техн. наук, доц., (499) 252-05-17, [email protected],
A.C. Алексеенков, асп., [email protected],
A.B. Найденов, асп., [email protected] (Россия, Москва, МАИ)
ОЦЕНКА ОБЛАСТИ ДРОССЕЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В ПРИВОДЕ С КОМБИНИРОВАННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ СКОРОСТИ ВЫХОДНОГО ЗВЕНА
Анализируются области дроссельного и электромоторного управления для новой схемы автономного электрогидравлического привода с комбинированным регулированием скорости выходного звена.
Ключевые слова: привод, автономный, электрогидравлический, дроссельное, объемное, электромоторное, комбинированное, регулирование, скорость.
Высокие требования к энергетике перспективных авиационных приводов наилучшим образом выполняются при использовании объемного или электромоторного способа регулирования скорости выходного звена. В то же время повышенные требования к работе привода в области малых сигналов (в частности, высокая чувствительность и жесткость характеристик) наилучшим образом реализуются c использованием
дроссельного регулирования за счет изменения сопротивления рабочих окон золотникового гидрораспределителя, стоящего между насосом и гидроцилиндром.
В автономном электрогидравлическом приводе с комбинированным регулированием скорости выходного звена применяется амплитуднозависимая комбинация дроссельного и электромоторного способов регулирования скорости [1].
В этом приводе при малых сигналах рассогласования следящего контура привода поддерживается некоторое избыточное давление на входе пропорционального клапана реверса и скорость выходного звена регулируется за счет дросселирования жидкости в его окнах. При значительных открытиях окон клапана реверса падение давления на них мало и абсолютная величина скорости выходного звена привода регулируется преимущественно частотой вращения вала безколлекторного электродвигателя постоянного тока за счет управления подачей насоса. Специальный алгоритм управляющего микровычислителя привода обеспечивает плавный переход от одного способа регулирования к другому в зависимости от абсолютной величины сигнала рассогласования [2].
Строго говоря, при комбинированном регулировании частоты вращения не существует в чистом виде как дроссельного, так и электромоторного регулирования. Практически все режимы работы по амплитуде сигнала рассогласования следящего привода являются смешанными, однако по мере увеличения этого сигнала степень влияния различных способов регулирования на работу привода меняется.
Для выделения преимущественного способа регулирования можно исходить из энергетического подхода или действовать с точки зрения внешних характеристик.
При первом подходе нужно учитывать, что дроссельный режим характеризуется наличием значительного рассеивания энергии потока на окнах золотника. Для количественной оценки потерь давления в этих окнах можно ввести следующий параметр:
0 (Рр - Р) - Р, • )
К =---------------------
(Рр - Рг )
где Рр - давление подачи насоса, МПа; Рг - давление жидкости в сливной полости, МПа; Ра - перепад давления в гидроцилиндре, МПа; X -перемещение золотника, мм. Величина Я характеризует относительные потери давления на дросселях клапана реверса и изменяется в интервале от 0 до 1. Применительно к режиму холостого хода привода нулевая величина означает отсутствие дросселирования, т.е. электромоторное регулирование, а единичное значение - чисто дроссельное регулирование.
При анализе внешних характеристик привода с комбинированным регулированием скорости можно опираться на наличие характерного излома его скоростной характеристики, обусловленного сменой способа регулирования. Крутизна начального участка этой характеристики привода и диапазон управляющего напряжения, при котором скоростная характеристика формируется в результате дроссельного способа регулирования, определяются настройкой привода. Требуемая настройка задается как выбранными конструктивными размерами основных агрегатов привода - насосной станции и клапана реверса, так и параметрами алгоритма управления этими агрегатами.
На рис.1 показан пример изменения скоростной характеристики при различных параметрах алгоритма управления насосной станцией и клапаном реверса.
\/отн = V / \/тах
0.15
0.1
0.05
// 7 / !/
/ •• варі іантьі наст эойки прив 03 3
0.04 0.08 0.12 0.16 0.2
ііотн = иу / ІІтах
Рис. 1. Скоростнаяхарактеристика приразличных настройках привода: V- скорость; и - управляющий сигнал
Как показывают приведенные характеристики, процесс смены способа регулирования скорости происходит плавно, но достаточно энергично, оставляя характерные линейные участки с доминирующим способом регулирования. Такой характер смены способа регулирования скорости наблюдается при любых параметрах микрогеометрии золотникового клапана реверса в применяемом в авиационной гидроавтоматике диапазоне их вариаций.
При анализе процессов регулирования интересно соотнести результаты определения преимущественного способа регулирования скорости исходя из двух названных подходов.
301
На рис.2 представлены графики зависимости величины Я от управляющего сигнала при различных настройках привода, а так же его соответствующие относительные скоростные характеристики. Наложение этих характеристик позволяет определить области преимущественного способа регулирования скорости в поле параметра Я. Расчеты и экспериментальные исследования показывают, что смена
преимущественного способа регулирования скорости происходит при значениях параметра Я=0,7... 0,8.
Рис. 2. Зависимость относительной величины потерь давления на окнах клапанареверса от управляющего сигнала при различных настройках привода: Уотн - относительная скорость;
Я - относительная величина потерь давления на окнах клапана реверса; иу - управляющее напряжение на клапане
При отработке следящим приводом динамических управляющих сигналов, кроме амплитудного распределения преимущественных способов регулирования, появляется и зависимость востребованности этих способов во времени.
На рис.3 представлены графики распределения относительного времени нахождения следящего привода в области преимущественно дроссельного регулирования скорости при отработке им гармонического сигнала различной амплитуды и частоты. Эти графики наглядно показывают, что при воспроизведении динамических сигналов привод отрабатывает малые амплитуды преимущественно в дроссельном режиме, а средние и большие - преимущественно в электромоторном, т.е. осуществляется комбинированное регулирование скорости выходного
302
звена. Кроме того, с ростом частоты гармонического сигнала время преимущественно дроссельного регулирования уменьшается. Последнее объясняется тем, что при фиксированной амплитуде колебаний выходного звена увеличение частоты приводит к росту уровня необходимых скоростей его движения, а следовательно, к общему сдвигу в область преимущественно электромоторного регулирования.
100
0 12 3 4 5 6
Амплитуда входного сигнала,см
Рис. 3. Графикираспределения относительного времени
Стоит отметить, что параметр R может являться показателем способа регулирования скорости только для режимов работы привода с небольшой нагрузкой.
Список литературы
1. Селиванов А.М., Автономный электрогидравлический привод с комбинированным регулированием скорости выходного звена // Вестник Московского авиационного института. 2010. Т. 17. №3. С. 37 - 41.
2. Автономный электрогидравлический привод с комбинированным управлением скорости выходного звена: пат. 2305210. Рос. Федерация. №2005122981; заявл. 19.07.05, опубл. 27.01.07. Бюл. №24. 8 с.
A.M. Selivanov, A.S. Alekseenkov, A.V. Naydenov
EVALUATION FIELD OF THROTTLE CONTROL IN THE DRIVE WITH COMBINED SPEED CONTROL OF OUTPUT LINK
The field of electric motor and a throttle control for the new scheme of autonomous electrohydraulic drive with combined speed control of output link is examined
Key words: drive, autonomous, electrohydraulic, throttle, volumetric control, electromotive, combined, control, speed.
Получено 03.10.11
