Разработка и исследование высокоточных регуляторов электромеханических исполнительных органов систем ориентации и стабилизации космического аппарата

• Автор: Завьялова, Ольга Юрьевна
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Аннотация
Ключевые слова: электромеханический исполнительный орган, система ориентации и стабилизации космического аппарата, моделирование, широтно-импульсный модулятор, система управления, прогнозирование, синтез регулятора, электропривод, двухфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами.
Во введении обосновывается актуальность совершенствования законов управления электромеханическими системами космических аппаратов, формулируются цели работы, указывается научная новизна исследования, а также приводятся основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе приведено описание основных электромеханических исполнительных органов систем ориентации и стабилизации космических аппаратов, их классификация, рассмотрены области применения. Затронуты особенности применения электроприводов с синхронным двигателем с постоянными магнитами, используемых в качестве исполнительных органов космического аппарата и способы их управления. Приведен обзор точностных характеристик отечественных и зарубежных электроприводов электромеханических исполнительных органов систем ориентации и стабилизации, применяемых в настоящее время.
Вторая глава посвящена разработке имитационной модели электропривода электромеханического исполнительного органа. Рассмотрены основные принципы моделирования, приведен метод электромеханических аналогий как способ описания механических систем. Дано описание основных составляющих имитационной модели электропривода электромеханического исполнительного органа, приведены результаты моделирования и верификация модели.
В третьей главе проведен синтез законов управления электроприводами электромеханического исполнительного органа по
условию нулевой ошибки. Обосновывается целесообразность формирования управляющего сигнала в функции текущих и прогнозируемых параметров силовой части схемы. Предлагаются аналитические решения уравнений, прогнозирующих пульсирующую составляющую тока в непрерывной части системы, формируются законы управления для разных видов модуляции. Приводятся схемы регуляторов и модуляторов реверсивных электроприводов электромеханического исполнительного органа.
Четвертая глава содержит результаты разработки высокоточного регулятора электропривода электромеханического исполнительного органа, реализующего принцип прогнозирования, приводится имитационная модель устройства, схемная реализация широтно-импульсного модулятора, результаты исследования, сравнительный анализ полученных характеристик, исследование адекватности имитационной модели.
В заключении сформулированы выводы по диссертационной работе.

Содержание
Аннотация
Введение
Глава 1 Электромеханический исполнительный орган системы ориентации и стабилизации космического аппарата
1.1 Определение, принцип действия и особенности ЭМИО
1.2 Обзор отечественных и зарубежных ЭМИО
1.3 Способы управления динамическим моментом и точностные характеристики ЭП ЭМИО
1.4 Выводы
Глава 2 Разработка имитационной модели ЭП ЭМИО
2.1 Моделирование электромеханических узлов и систем
2.2 Метод аналогий
2.3 Имитационная модель ЭП ЭМИО
2.4 Результаты моделирования
2.5 Выводы
Глава 3 Синтез высокоточного регулятора ЭП ЭМИО по условию
нулевой ошибки
3.1 Следящий регулятор тока с управлением по условию нулевой ошибки
3.2 Управление ЭП ЭМИО с прогнозированием приращения тока
в силовой цепи
3.3 Регуляторы реверсивных ЭП ЭМИО
3.4 Модуляторы реверсивных ЭП ЭМИО
3.5 Выводы

состав, определены методом направленного перебора с оценкой качества переходных характеристик [56].
Для создания динамического момента в обмотках двигателя, с помощью инверторов, формируются токи первой и второй фаз г'ф! и /ф2, сдвинутые относительно друг друга на 90 эл. град.
Информация об угле поворота, формируется в ДПР. Для работы датчика на выводы обмотки возбуждения подается высокочастотное питающее напряжение. Сигналы с ДПР представляют собой огибающую низкочастотную синусоиду промодулированную высокочастотным напряжением. Частота огибающей синусоиды пропорциональна угловой скорости.
Полученные сигналы с ДПР поступают на входы соответствующих демодуляторов (ДМ), где происходит выделение низкочастотного сигнала. Для устранения помех и выделения сигнала, несущего информацию об угле поворота ротора двигателя на выходе демодуляторов обычно включены низкочастотные фильтры (Ф).
Отфильтрованные сигналы поступают на вход формирователя сигналов управления (ФС), где происходит перемножение с сигналом задания /, и сравнение с сигналами обратной связи с датчиков тока первой и второй фазы (/ф|,/ф2). Результатом сравнения является управляющий сигнал, который подается на вход двухполярного двухстороннего широтно-импульсного модулятора (ШИМ), где происходит его сравнение с опорным пилообразным сигналом, формируемым генератором пилообразного напряжения (ГПН). ЕЗ зависимости от величины управляющего сигнала длительность выходных импульсов ШИМ меняется.
Полученные управляющие импульсы поступают на вход каскада промежуточного усиления (КПУ), где они согласуются по уровню и затем поступают на силовые ключи инверторов первой или второй фазы.
В результате переключения силовых ключей инверторов, в обмотках двигателя с помощью токозадающего дросселя формируется ток фазы