Контроллеры систем управления шаговыми двигателями электромеханических устройств специального назначения

• Автор: Тарасов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 269 с. : ил.

1. Общие принципы контроллерного управления электроприводами.

1.1 Современное состояние контроллерных систем управления.

1.2 Требования к системам управления электромеханических устройств ВГИ.

1.3 Анализ характеристик ШД.

1.4 Проблемы использования шагового электропривода в системах управления.

1.5 Вывод. Возникающие задачи исследования. .

2. Специальные требования к алгоритму работы контроллера, методы реализации и анализ структур формирования электрических состояний ШД.
2.1 Учет в алгоритме управления контроллера статических и динамических погрешностей и условий устойчивости ШД в переходных процессах.
2.2 Синтез базового программного алгоритма управления для контроллера шагового электропривода.
2.3 Реализация базовых структур формирования электрических состояний контроллером на основе алгоритма.

2.4 Анализ особенностей базовых структур контроллера, требования к их

схемным параметрам.
2.5 Энергетические оценки эффективности управления силовым инвертором контроллера и методы ее повышения.
2.6 Вывод.
3. Синтез контроллерной САУ, схемная реализация контроллера с учетом требований алгоритма работы .
3.1 Анализ существующих функциональных и структурных схем САУ ШД. Классификация.
3.2 Общее описание функциональной и структурной схем контроллера САУ ШД в составе ЭМУ ВГИ.
3.3 Анализ и синтез блока управляющего электрическим дроблением шага. Исследование структурной схемы ФРИ в составе контроллера.
3.4 Схемная реализация контроллера с учетом особенностей алгоритма функционирования. Анализ внедрения в производство полезной модели контроллера в составе электромеханического устройства ВГИ.
3.5 Расчет усилителя мощности для базового силового модуля контроллера.
3.6 Вывод.
4. Математическое описание контроллера. Моделирование режимов работы ШД.
4.1 Обоснование идеализированной модели ШД.
4.2 Исследование требований к алгоритму контроллера для общего случая двухфазного ШД.
4.3 Методика определения рационального годографа электрических состояний фаз и угловых моментных характеристик ШД с учетом искажения реального момента.
4.4 Обобщенная модель и граничные оценки привода с электрическим дроблением шага.
4.5 Синтез эквивалентной структурной схемы ШД при управлении на уровне электрического дробления шага. Моделирование режимов работы ШД.
4.6 Вывод
Заключение
Список литературы


Для увеличения эффективности структурной схемы данной САУ целесообразно уменьшить количество блоков, служащих для преобразования информации из одного вида в другой и применить блочномодульную компановку аналогичных узлов. В классе универсальных систем управления ЭМУ ВГИ интересной структурой обладает графическая планшетная станция табл. Для внешних приведенных интерфейсов он поддерживает ряд протоколов, на один из которых можно настроить интерфейс с пульта переключателей рис. Таблица 1. Логический модуль 2. Встроенные функции возможность оператора управлять перемещением пишущего инструмента при помощи панели управления. Внешний интерфейс Изменяемый асинхронный последовательный, параллельный протоколы X, I и др. Отметим, что каждый модуль содержит в своей структуре микропроцессор, управляющий его работой. Рис. Драйвер привода обеспечивает все сигналы, требуемые для обмоток двигателя по оси х и по оси у. Оба канала управления являются идентичными. В приводе использованы двигатели постоянного тока фирмы ВеП. Рис. Принцип работы схемы. Оптический датчик, установленный на оси электропривода выдает логические импульсы при вращении вала ротора. Число импульсов от датчика сравнивается с синхроинтервалами полученными от блока логики А в счетчике с прямым и обратным счетом. Полученная дискретная ошибка позиционирования преобразуется в аналоговое напряжение, которое управляет двигателем для компенсации этой ошибки. Счетчик ошибки и преобразователь коданалог представляют так называемый прямой канал управления, в то время как оптический датчик вместе с системой вычисления скорости образуют демпфирующий канал. Кинематические схемы приводов ЭМУ ВГИ обычно имеют простую структуру. Движение передается при помощи ременной передачи, практически не имеющей деформации растяжения при работе. Блоки механической редукции обычно стараются исключить для избежания люфта. В тросиковых системах возможно использования редукторов. Рис. Кинематическая схема балки. Рис. Кинематическая схема каретки. На рис. Коэффициент редукции возникает только в барабане, передающего вращение от вала двигателя. Диаметр барабана выбирают по соотношению линейного перемещения балки или каретки к одному обороту двигателя соответствующего привода. Данные схемы обеспечивают коэффициент полиспаста равный двум, что дает возможность понизить мощность двигателя. Схемы имеют защиту от возникновения люфтов за счет крепления концов тросов через пружины. Особые требования в таких приводах предъявляются к точности изготовления деталей каретки и балки направляющих, шкивов, деталей передающих движение. При несоблюдении технических требований у балок широкоформатных устройств есть опасность перекоса и стопорения. Шаговый двигатель в общем случае представляет собой элемент автоматики дискретного типа. Шаговые двигатели преобразовывают цифровую информацию в форме электрических импульсов в соответствующее перемещение механизма, причем это преобразование однозначно, т. Величина шагового угла непосредственно определяет точность и быстродействие автоматических приборов и систем с шаговым двигателем. При одинаковой частоте импульсов управления двигатели с различными шаговыми углами обеспечивают разные скорости и точность отработки. Кроме того, размер элементарного шага является одним из исходных параметров создании кинематической схемы системы. Точность отработки большой серии импульсов не зависит от числа импульсов и находится в пределах точности единичного угла поворота. Эта особенность шаговых двигателей позволяет создавать системы автоматического управления дискретного типа без обратных связей. Наиболее распространены в качестве исполнительных двигателей электрические машины с многофазными обмотками и электромагнитной связью между ротором и статором, так как однофазные ШД либо не способны к реверсу, любо не имеют пускового момента. Эти двигатели по конструкции аналогичны бесконтактным электрическим машинам, они не имеют механической связи между вращающейся и неподвижной частями, обладают более высоким быстродействием и надежностью. Многофазные шаговые двигатели в зависимости от типа ротора подразделяются на двигатели с активным и реактивным ротором.