CC BY
19^стемы управления, космическая навигация и связь
УДК 62-83
О. Ю. Завьялова, Ю. М. Казанцев, А. Ф. Лекарев ОАО «Научно-производственный центр „Полюс"», Россия, Томск
РАЗРАБОТКА ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА СИСТЕМЫ ОРИЕНТАЦИИ И СТАБИЛИЗАЦИИ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА
Разработана имитационная модель электромеханического исполнительного органа, использование которой позволяет исследовать различные режимы работы и оптимизировать стратегии управления, обеспечивающие оптимальное функционирование системы.
В настоящее время во всех системах ориентации и стабилизации длительно существующих околоземных космических аппаратов и орбитальных космических станций в качестве силовой управляющей части используются электромеханические исполнительные органы (ЭМИО).
ЭМИО предназначены для создания по трем или четырем осям, связанным с осями космического аппарата, управляющих динамических моментов Мд, под действием которых происходит его ориентация в пространстве.
Исследование работы ЭМИО в различных режимах - это актуальная задача, которая решается с помощью имитационной модели.
Имитационная модель ЭМИО (рис. 1) разработана в программной среде РБр1се, сочетающей в себе возможности моделирования как принципиальных, так и функциональных схем, и состоит из четырех моделей: силовой электрической цепи, электромеханических преобразований в двигателе, механической системы и регулятора.
Мэм = 'ф1 яп ф фд + /ф2 сОБ ф Фд;
Еф1 = бШ фф Еф2 = соБ фф
где Мэм - электромагнитный момент; /ф1, /ф2 - ток первой и второй фаз двигателя; ф - угловое положение ротора двигателя; Ф8 - магнитный поток; Еф1, Еф2 -ЭДС вращения обмоток двигателя; О - частота вращения вала двигателя.
Рис. 2. Модель силовой электрической цепи
м,
Модель регулятора
Модель силовой электрической цепи
. . Модель
^Ф2 \ электромеханических V преобразований в двигателе
Дфа ¿фь ¿фа %1 -ЕфЬ -Яф2 V
WJ
% 7%
Модель w,j
механической
системы
Рис. 1. Функциональная схема имитационной модели ЭМИО
Модель силовой электрической цепи ЭМИО (рис. 2) на базе двухфазного синхронного двигателя включает в себя по каждой фазе один однофазный мостовой инвертор напряжения, сопротивление Яф, индуктивность Ьф и ЭДС Еф обмоток двигателя. Поскольку она реализована на компонентном уровне, это позволяет исследовать режимы работы любого элемента в силовой электрической цепи [1].
Модель электромеханических преобразований (рис. 3) построена на функциональном уровне с реализацией математических операций, описывающих процесс электромеханических преобразований в двигателе:
ЭДС в обмотках двигателя пропорциональна угловой скорости вращения и является синусоидальной функцией углового положения ротора ф так же, как и электромагнитные моменты обмоток, которые пропорциональны фазному току и в сумме равны электромагнитному моменту двигателя.
м 1- о2 Н м 1,А; м эм
Н Н м-с
7
м
н
:
0
103
Рис. 3. Зависимость кинетического, электромагнитного, динамического моментов от времени при разгоне двигателя с максимальным управляющим сигналом гу
Модель механических преобразований описывается следующим уравнением:
Мд = Мэм ± Мс,
Решетневскце чтения
где Мс = ксH + Mxsign(H) - момент сопротивления вращению; кс - коэффициент пропорциональности по угловой скорости; Н = JW - кинетический момент; J - момент инерции вращающейся части двигателя-маховика; Мт sign (H) - момент трогания.
Модель регулятора построена на компонентном и частично функциональном уровне. Она имитирует работу регулятора, реализующего управление бесконтактным двигателем, позиционной коммутацией его обмоток и импульсной модуляцией напряжения питания.
Управляющим воздействием в данной модели является электромагнитный момент (рис. 3). При этом динамический момент соответствует электромагнитному моменту с точностью до момента сопротивле-
ния, зависящего от частоты вращения двигателя. Электромагнитный момент на валу двигателя пропорционален значению сигнала тока задания /у.
Разработанная имитационная модель ЭМИО позволяет описать поведение системы с бесконтактным двигателем в реальных электрических и механических координатах и определить эффективные стратегии управления систем рассматриваемого класса.
Библиографическая ссылка
1. Казанцев Ю. М., Лекарев А. Ф. Разработка модели и синтез регулятора бесконтактного электропривода // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2003. № 6. С. 22-25.
O. U. Zavjalova, U. M. Kazantsev, A. F. Lekarev JSC «Scientific-Production Center "Polus"», Russia, Tomsk
DEVELOPMENT OF THE IMITATING MODEL OF THE REACTION WHEEL ASSEMBLE FOR SPACE VEHICLE STABILIZATION AND ORIENTATION SYSTEM
The article presents a developed imitating model of Reaction Wheel Assemble which allows to research different working condition with a sufficient accuracy and optimize strategics of control, providing optimal functional of the system.
© Завьялова О. Ю., Казанцев Ю. М., Лекарев А. Ф., 2011
УДК 623.4.084.3
И. Н. Зуев
ОАО «Научно-производственный центр „Полюс"», Россия, Томск
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИВОДА ВРАЩЕНИЯ РАМКИ ГИРОДИНА
Рассматривается функциональная схема системы управления привода вращения рамки гиродина. Описывается многоконтурная система подчиненного регулирования с последовательной коррекцией.
В качестве электромеханического исполнительного органа системы ориентации и стабилизации космического аппарата используется силовое гироскопическое устройство - гиростабилизатор (гиродин).
Привод вращения рамки гиродина обладает рядом недостатков, в частности, люфтами в редукторе, а следовательно, нежесткостью передаточной функции.
Математическая модель привода вращения на основе энергетического подхода позволяет учесть кинематические погрешности и люфты редуктора для обеспечения достаточной устойчивости и жесткости.
Принцип работы привода (см. рисунок) состоит в следующем: сигнал с блока управления (БУ) поступает на обмотку возбуждения двигателя (Д), датчик положения ротора (ДПР) фиксирует это движение и через обратную связь датчика скорости (ДС) вводит корректировки в выходные параметры блока управления.
Для устранения вышеперечисленных недостатков необходимо определить структуру и параметры сис-
темы управления привода вращения рамки гиродина. В качестве типового решения в существующую схему со связью 1 предложено ввести дополнительную обратную связь 2, получив многоконтурную систему подчиненного регулирования с последовательной коррекцией.
Функциональная схема гиродина: БУ - блок управления приводом рамки; Д - двигатель, ДПР - датчик положения ротора; ДС - датчик скорости; Ред - редуктор; Р - рамка гиродина; ДУ - датчик угла; БИУ - блок измерения угла
