Совершенствование программно-аппаратных средств управления импульсно-фазовых электроприводов : на примере цифровых систем наведения оптических телескопов

• Автор: Поклад, Павел Михайлович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 185 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ
1.1. Особенности цифровых систем наведения
1.2. Выявление комплекса требований к электроприводам систем наведения
1.3. Анализ прецизионных электроприводов
1.4. Прецизионные электроприводы на базе контура фазовой синхронизации
Выводы
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ
2.1. Исследование средств нечеткого управления
2.1.1. Анализ алгоритмов дефаззификации нечетких множеств
2.1.2. Исследование нечетких регуляторов с разными дефаззификагорами
2.1.3. Исследование динамических свойств нечетких регуляторов
2.2. Ограничение предельных скоростей и ускорений приводного механизма
2.3. Исследование цифровых и импульсных систем
2.3.1. Анализ цифровых фильтров первого порядка
2.3.2. Исследование свойств цифровой и импульсной систем
2.3.3. Исследование цифровых фильтров на базе сдвигающих регистров
2.4. Исследования регуляторов фазовых переменных электропривода
2.4.1. Комбинированный регулятор скорости/фазы
2.4.2. Исследование регулятора тока
Выводы
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ПОДДЕРЖКИ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ НАВЕДЕНИЯ
3.1. Разработка системного программного обеспечения верхнего уровня
3.1.1. Разработка программного средства наладки электропривода
3.1.2. Программное средство тестирования электропривода
3.2. Разработка информационной системы интерактивных руководств
3.2.1. Общая структура системы
3.2.2. Разработка программы для подготовки руководств
3.2.3. Разработка программы для просмотра руководств
3.2.4. Создание информационного Интернет-портала
Выводы
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭЛЕКТРОПРИВОДА
4.1. Методика испытаний электропривода
4.2. Результаты экспериментальных испытаний электропривода
Выводы
Заключение
Библиографический список
ПРИЛОЖЕНИЕ
П1. Фотографии опытных образцов контроллера электропривода
П2. Организация взаимодействия контроллера электропривода и ЭВМ
ПЗ. Средство программирования контроллера электропривода
П4. Методика испытаний штатной системы наведения
П5. Свидетельства о регистрации программного обеспечения
П6. Акты технической проверки и использования контроллера электропривода

Введение
Актуальность темы. Повышение вероятности обнаружения космических объектов требует использования высокоточных цифровых систем наведения (ЦСН) оптических телескопов. Такие системы обеспечивают полный контроль за космическим пространством (КП) и представляют исключительно важное значение для обороноспособности нашей страны. Высокие требования к электроприводам таких систем, обусловлены их высоким уровнем точности и быстродействия при сканировании пространства, необходимостью обеспечения требуемых условий работы фотоприемных устройств при экспозиции, а военная "закрытость" таких установок, не позволяет использовать зарубежные электроприводы.
Важнейшей задачей при модернизации действующих ЦСН оптических телескопов является повышение качества наблюдений за КГ1 путем замены малонадежных аналоговых систем электропривода их осей на цифровые с развитым "интеллектуальным" управлением без изменения существующих высокоточных многоступенчатых кинематических схем.
Состояние проблемы. Основным направлением решения данной задачи является разработка эффективных прецизионных электроприводов осей телескопов. Среди существующих проблем рассматриваемых систем можно выделить следующие: применяемые каналы грубого и точного наведения с высокой и низкой жесткостью соответственно, ненадежные и громоздкие системы управления электропривода, низкоточные датчики положения вала двигателя. В настоящее время, к новым системам управления электропривода предъявляются следующие требования: широкий диапазон регулирования скорости равный 36000:1, инфранизкие скорости движения телескопа от 1 '/сек до 10 °/сек, "переброс" оси на заданные углы за минимальное время, высокая надежность, встраиваемость в локальные сети управления, наличие встроенных средств диагностики, возможность программной настройки системы локально и удаленно.
Широкое использование точных электроприводов, построенных на основе контура фазовой синхронизации обусловлено их высокими точностными показателями в широком диапазоне регулирования угловой скорости. Основы теории построения прецизионных систем электропривода постоянного тока заложены в работах P.M. Трахтенберга. Экспериментальные и теоретические исследования в этой области проводились различными научными коллективами. Значительный вклад в решение вопросов проектирования таких систем внесли Б.А. Староверов, М.В. Фалеев, В.П. Галас, A.B. Ханаев, А.Н. Ширяев, A.A. Киселев и др. [85, 88, 100].
На этой основе спроектированы электроприводы для различных областей применения, разработаны новые способы регулирования и новые технические решения построения систем управления. Достижения этого коллектива, а также разработки ряда научных и проектных организаций Санкт-Петербурга, Новосибирска, Омска, Азова создали мощный фундамент для дальнейшего развития этого принципа, но на современной схемотехнической и программной базе [11].
Целыо работы является разработка высокоточного электропривода постоянного тока с широким диапазоном регулирования скорости, предназначенного для управления движением орбитальной оси телескопа и программного обеспечения верхнего уровня для контроллера электропривода.
Достижение поставленной цели требует решения следующих задач:
1. Анализ проблемы управления сложным движением телескопа и определение требований, предъявляемых к современной системе электропривода орбитальной оси телескопа;
2. Исследование возможностей построения электроприводов осей тел-скопа на базе контура цифровой фазовой синхронизации и определение рациональных способов построения аппаратно-программных средств контроллера электропривода ЦСН (КЭП ЦСН);
3. Исследование возможностей повышения качества управления координатами движения орбитальной оси на основе использования традиционных

Рис. 1.11. Диаграммы изменения сигналов ПЧФД Такое построение ПЧФД увеличивает возможности по его адаптации к
различным режимам работы двигателя за счет возможности оперативного изменения условий выхода в насыщение.
Полученный интеграл ошибки обрабатывается регулятором скорости, обеспечивающим управление по величине ошибке и первой и второй производным ошибки управления. Структурная схема регулятора скорости представлена на рис. 1.12.
1 к,«

Блок программного ограничения

Рис. 1.12. Структурная схема регулятора частоты вращения с ПЧФД Сигнал на его выходе регулятора N4 определяется как:
чя = • чри + кр ■ +ка • +N іпі

N int = N int+Ki-Nph Kg - коэффициент передачи по величине фазовой ошибки,
Кр - коэффициент передачи по первой производной величины фазовой
ошибки,