CC BY
11
УДК 62-83
А.В. Бубнов, М.В. Гокова, А.Н. Чудинов
Омский государственный технический университет, г. Омск
УЛУЧШЕНИЕ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СКАНИРУЮЩИХ СИСТЕМ
Синхронно-синфазные электроприводы (ССЭ) находят широкое применение в обзорнопоисковых и сканирующих системах и устройствах, в системах технического зрения современных робототехнических комплексов, системах автоматического визуального контроля продукции, установках фототелеграфной и видеозаписывающей аппаратуры, копировальных установках, что обусловлено их высокими точностными показателями, широким диапазоном регулирования угловой скорости и высоким быстродействием[1].
Синхронно-синфазный электропривод (рис. 1) реализован в виде двух контуров регулирования:
- фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ) реализованный на основе электропривода с фазовой синхронизацией (ЭПФС) и включающий в себя логическое устройство сравнения (ЛУС), корректирующее устройство (КУ), электродвигатель (ЭД) и импульсный датчик частоты вращения (ИДЧ), формирующий z импульсов за оборот вала электродвигателя;
- фазирования включающий в себя контур ФАПЧВ, импульсный датчик положения (ДП), и фазирующий регулятор (ФР) состоящий из блока определения углового рассогласования (БОУР) и блока регулирования угловой ошибки (БР).
В основе построения ЭПФС (контура ФАПЧВ) [1] лежит принцип фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Принцип ФАПЧ заключается в автоматическом регулировании выходной частоты замкнутой САУ при частотном сигнале задания.
Рис. 1. Структурная схема синхронно-синфазного электропривода
102
Идеальный астатизм системы автоматического управления (САУ) по частоте обеспечивается в результате сравнения по фазе опорной частоты Уоп , формируемой кварцевым генератором по коду сигнала задания, и частоты обратной связи /ос, формируемой импульсный датчик частоты вращения, с помощью логического устройства сравнения, частот и фаз двух импульсных последовательностей. Устойчивость САУ при этом обеспечивается с помощью корректирующего устройства.
В настоящее время применяются различные способы регулирования ССЭ, при этом практически все они основаны на последовательной стыковки во времени процессов синхронизации и фазирования.
Предлагается способ предварительного фазирования с постоянной скоростью доворота вала электродвигателя устраняющий недостаток известных способов фазирования [2] - невозможность обеспечить высокое быстродействие ССЭ без создания сложной схемы фазирующего регулятора.
Разработанный способ заключается в предварительной синхронизации (точка 2 фазового портрета рис. 2) и предварительном фазировании (участок 2-3 фазовой траектории рис. 2) электропривода на дополнительной частоте
/д =
/оп ~ Аа/г. (312)
Значение
А/г
в уравнении (3.12) можно получить из следующего уравнения:
А/Г
Атг ■ z
— 2л ,
где
А®г =
V
2AaQSm —
v
4лв m - ошибка по угловой скорости электродвигателя, при
которой в случае переключения электродвигателя в режим максимального разгона, за время разгона электродвигателя до опорной частоты
/оп
фазовая ошибка изменится на значение Аао =2п, соответствующее довороту вала на один оборот) Уравнение
А®г —
V
2AaoSm —
v
4л£ m
выводится аналогично уравнению А®г —
V
2ф0єт
[2], где
2л
Ф0 = - угловое расстояние между соседними метками ИДЧ, 2 - число импульсов ИДЧ
ъ
за один оборот вала электродвигателя, за исключением того, что рассматривается участок фазовой траектории на котором значение фазовой ошибки Да изменяется на величину равную фоъ = 2 л , а не на величину равную фо .
Процесс предварительного фазирования заканчивается в момент устранения угловой ошибки (точка 3 фазового портрета рис. 2). Далее контур фазовой автоподстройки частоты
вращения переключается на опорную (заданную) частоту /оп , ИЧФД переключается в режим насыщения и электропривод отрабатывает ошибку нием 8т .
Да = 2л
с максимальным ускоре-
104
Рис. 2. Фазовые портреты работы синхронно-синфазного электропривода с предварительным фазированием
с постоянной скоростью доворота
В момент времени 3, когда значение фазовой ошибки
Да становиться равно нулю, начинается дальнейший разгон электропривода. В случае отсутствия колебаний момента нагрузки и других возмущающих факторов в момент времени 4 при прохождении двух импульсов частоты fос
между двумя импульсами частоты /оп происходит полная синхронизация электропривода с переходом в синхронно-синфазный режим. В случае присутствия колебаний момента нагрузки и других возмущающих факторов происходит отклонение от расчетной траектории, и синхронизация электропривода происходит на участке 5-6, после чего на участке 6-7 происходит отработка остаточной фазовой ошибки любым известным наиболее просто реализуемым способом - например пошаговым с последующей полной синхронизацией электропривода на участке 7-8 и переходом в синхронно-синфазный режим работы.
Максимальное время фазирования разработанным способом составляет:
ф max _ 2л _
Дюг
г~
2л 4лв m
sm
k ,
при следующих параметрах ЭП (в=10рад./с2., z=4800, k= 10), ф max _
-1
z к Dg _ 0,56 с.,
и оно в два раза меньше максимального времени фазирования оптимальным способом фазирования:
фmax _ 2 z к
■rrf-
-1
1 - 5
— ■
2 -1
> 1,12 с.,
где 5 = 8н
I
8т < 1.
Следует отметить, что ошибка по угловой скорости
не зависит от заданной угловой скорости, а зависит только от максимального ускорения электропривода, что упрощает возможность практической реализации данного способа при необходимости в широком диапазоне регулирования частот вращения. Предложенный способ позволяет значительно сократить время фазирования электропривода без значительного усложнения схемы управления.
Библиографический список
1. Трахтенберг, Р. М. Импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением / Р. М. Трахтенберг. - М. : Энергоиздат, 1982. - 168 с.
2. Бубнов, А. В. Вопросы теории и проектирования прецизионных синхронносинфазных электроприводов постоянного тока : монография / А. В. Бубнов. - Омск, 2005. -190 с.
