Г. Г. Соколовский - Электроприводы переменного тока с частотным регулированием (1249707), страница 38
Текст из файла (страница 38)
Достижение такой точности представляет собой сложную научно-техническую задачу, в решении которой не последняя роль принадлежит силовым следящим электроприводам, перемещающим по азимуту и углу места поворотную часть радиотелескопа, включающую в себя главное зеркало и элементы несущей конструкции. Одной из особенностей радиотелескопа, как объекта управления, является ограниченная жесткость самого зеркала и несущей его конструкции, в результате чего механическую часть конструкции приходится рассматривать как многомассовую упруго-вязкую систему. Вторая особенность состоит в том, что значение момента нагрузки на поворотной части, обусловленное массой самой поворотной части и ветровыми нагрузками на главное зеркало, достигает сотен тысяч ньютон-метров, что исключает возможность применения в приводе тихоходных двигателей и делает необходимым использование редукторных приводов с передаточным числом редуктора порядка десятков тысяч единиц.
К числу основных путей, обеспечивающих достижение требуемой точности следящего электропривода, могут быть отнесены: 1) минимизация влияния упругих свойств конструкции на точность слежения путем расширения объема информации о движении элементов конструкции, вводимого в систему управления электроприводом. В основу построения системы может быть положен принцип модального управления с использованием наблюдающего устройства 1наблюдателя) [27) при измерении скорости одной или нескольких представительных точек конструкции специальными датчиками; 2) исключение влияния зазоров в кинематической цепи привода главного зеркала, что достигается применением двухдвигательного электропривода с электромеханической выборкой зазора.
При малых моментах нагрузки один из этих двигателей работает в двигательном режиме, а второй — в тормозном. По мере увеличения нагрузки тормозной момент двигателя, работающего в тормозном режиме, уменьшается, а при дальнейшем ее росте двигатель переходит в двигательный режим; 3) обеспечение плавного движения зеркальной части радиотелескопа как при малых, так и при больших заданных угловых перемещениях путем применения регулятора положения с перестраиваемой структурой и изменяемыми параметрами. Современным решением для следящих электроприводов радиотелескопов является применение в них двигателей переменного тока.
Это соответствует существующим в настоящее время тенденциям развития электропривода и позволяет использовать в каче- 9 сокол0вскни 241 стве скоростной подсистемы следящего привода комплектные электроприводы с приводными преобразователями, выпускаемыми отечественными и зарубежными фирмами. Структура азимутального следящего электропривода радиотелескопа 1 показана на рис.
8.16. Поворотная часть радиотелескопа врашается относительно неподвижного основания 4 на шаровом погоне. Два асинхронных двигателя М1 и М2 установлены на поворотной части и через редукторы Р1 и Р2 приводят во вращение две шестерни, которые, обкатываясь вокруг неподвижной шестерни, связанной с основанием, приводят во вращение поворотную часть. Двигатели получают питание от двух приводных преобразователей ПП1 и ПП2, основным элементом которых являются преобразователи частоты с автономными инверторами. Звеном постоянного тока„общим для обоих преобразователей, служит активный выпрямитель напряжения АВН (см.
подразд. 4.5). Его применение обеспечивает обмен мощностью между питающей сетью и двигателями как в двигательном, так и тормозном режимах. В используемых двигателях имеется встроенный датчик, сигналы которого после обработки в приводном преобразователе используются как сигналы истинного значения скорости.
Контур, включаюший в себя приводной преобразователь с регуляторами тока и скорости, асинхронный двигатель, наблюдатель, с помощью которого восстанавливаются неизмеряемые координаты механической части системы, и модальный регулятор, являются скоростной подсистемой следящего электропривода. Рассматриваемый радиотелескоп, как объект электропривода, представляет собой многомассовую упруго-вязкую механическую конструкцию. С учетом этого обстоятельства регулятор в скоростной подсистеме электропривода строится по принципам модального управления с применением наблюдателя, с помощью которого определяются (восстанавливаются) переменные, необходимые для построения модального регулятора.
Теоретически принцип модального управления предполагает замыкание системы управления по полному вектору состояний, порядок которого равен порядку системы. Однако целесообразность и практическая реализуемость такого подхода вызывает сомнения по ряду причин. Во-первых, как показали эксперименты на действующем радиотелескопе [61, резонансная частота первого тона упругих колебаний остается практически неизменной при изменении положения зеркала по углу места. Поэтому высокочастотные резонансы менее стабильны, что затрудняет использование модального регулятора с постоянной настройкой. Во-вторых, наличие в системе ряда звеньев с малыми постоянными времени ограничивает возможное быстродействие, в ре- 242 О 8- Г1 ~ч Р И о, ею % оо, Ж х о М о о о Ю й О о О в $ фы о й о а о д к И г о $ М 1 Б я о ~ о о х Д о х р.
ю Д о 'о $ о Я Х р, Ю зультате чего оказывается, что излишнее расширение объема информации о координатах объекта не дает желаемого эффекта. В-третьих, поскольку для плавного движения исполнительного органа (зеркала) необходимо увеличение колебательности движения приводных двигателей, нужно принимать во внимание характер изменения скорости двигателя, необходимый для обеспечения быстрого и плавного перемещения исполнительного органа (зеркала).
В-четвертых, понятие «полного вектора состояния механизма» в известной мере условно, так как в такой сложной электромеханической системе, как крупный радиотелескоп, число масс разработанной модели ограничено, в первую очередь, полосой частот, в которой производились исследования в ходе идентификации. С учетом этого можно сформулировать следующий подход к построению скоростной подсистемы радиотелескопа как сложной электромеханической системы: скоростная подсистема должна быть выполнена так, чтобы при ограничении размерности вектора координат, по которому осуществляется ее замыкание, обеспечивалось отсутствие в скорости исполнительного органа колебаний на частоте одного или двух низкочастотных резонансов при ограничении высокочастотных колебаний на допустимом уровне. Как показывает опьп, целесообразно ограничить размерность вектора состояний на уровне, соответствующем двух- или трехмассовому объекту. Эта цель в многомассовой системе может быть достигнута при замыкании системы управления через наблюдателя, в основу которого положена упрощенная двух- или, максимум, трехмассовая модель объекта, собсгвенные частоты которой выбраны равными частотам, соответственно, одного или двух нижних резонансных тонов многомассового механизма.
Такое построение системы позволяет получить положительный эффект при измерении скорости двигателя и скорости одной из масс механизма. Для исключения влияния зазоров в кинематической цепи привода применяется электромеханическая выборка зазора. Для этого на входы токовых контуров преобразователей следует подать управляющие сигналы задания распора разного знака на входы токовых контуров преобразователей. При применении в скоростной подсистеме стандартных преобразователей, в которых обычно нет прямого доступа к токовым контурам, сигналы здлания распора могут быть поданы на входы контуров скорости при условии применения пропорциональных регуляторов скорости (см. рис.
8.16). Внешним по отношению к скоростной подсистеме является контур регулирования положения с датчиком положения 3 и регулятором положения (РП). Регулятор положения имеет переклю- чаюшуюся структуру. Переключения осуществляются электронными ключами к1 и к2, состояние которых определяется значением угловой ошибки 6. При малой ошибке ключи находятся в показанном на рисунке состоянии и регулятор является пропорционально-интегральным. Если ошибка больше некоторого наперед заданного значения, то ключи переключаются в верхнее положение и регулятор переходит в пропорциональный режим.
При работе в пропорциональном режиме неработающий интегратор шунтируется, превращаясь в апериодическое звено. Применение такого регулятора позволяет получить допустимую ошибку в режиме слежения или программного управления и обеспечить согласование без значительного перерегулирования в режиме позиционирования. Блок ограничения на выходе регулятора положения ограничивает предельно допустимую скорость двигателя номинальным значением.
Структурная схема скоростной подсистемы в относительных единицах показана на рис. 8.17. Математическое описание объекта управления представлено в виде четырехмассовой упруго-вязкой разветвленной системы, полученной на основании экспериментов на действующем радиотелескопе. Модель асинхронного двигателя выполнена по схеме, аналогичной рис. 8.12, но без контура регулирования момента и в относительных единицах.
Значение потокосцепления ротора поддерживается постоянным путем задания постоянного значения тока статора по прямой оси. Как отмечалось в подразд. 6.3, при векторном управлении математическое описание асинхронного двигателя во вращающейся системе координат практически совпадает с математическим описанием двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. Математическое описание схемы двигателя приведено на рис. 8.12 и 8.13. Поэтому, чтобы не усложнять рисунок изображением схем двух уже описанных асинхронных двигателей и токовых контуров, на рис. 8.17 токовые контуры показаны в виде эквивалентных апериодических звеньев с постоянными времени Т„. На входы блоков, моделирующих зазоры в кинематических цепях, поданы разности утлов ~р~ -~р; и Ч, -~рм каждая из которых определена, как интеграл от разности соответствующих скоростей.
Величина половины зазора обозначена как ~ре. Далее показана схема узлов упруто-вязкой системы, в которых постоянные времени жесткости описываются выражением Т;, = Ме/(о>6 са), а механические постоянные времени — выражением Тга = У; ые/ 84 (сд — коэффициент жесткости связи между 1-й и 7-й массами; 1;— момент инерции 1-й массы; М, — базовый момент; и, — базовая скорость). Коэффициенты демпфирования обозначены А;;; Управляющим воздействием для скоростной подсистемы является напряжение на выходе регулятора положения йр„„возмущающее 245 воздействие в виде момента нагрузки М, приложено к третьей массе, которая моделирует зеркало. Параметры механической части привода, приведенные в табл.
8.5, получены в результате обработки экспериментальных частотных характеристик, снятых на однотипном радиотелескопе. Постоянные времени нормированы относительно базовых значений от, = 147 рад/с и Ме = 58 Н м, принятых по номинальным данным двигателя: 8,5 кВт, 1400 об/мин (147 рад/с), 58 Н м. Эти значения использованы при определении механической постоянной времени первой массы. Момент инерции намеченного к применению асинхронного двигателя компании БЕ% Ецгодпте типа СУ1бОМ4 равен 0,04 кг м'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
