–PAGE_BREAK–На курсовой дальности Dк=500 м максимум мощности наблюдается при р=0,5 км (рис. 3) и составляет 7,6 Вт
\s
Рис. 3. — График потребной мощности горизонтального канала на для всех параметров .
Мощность, развиваемая ИД, затрачивается не только на преодоления моментов сопротивления и момента инерции нагрузки, но и собственных моментов ИМ, поэтому исполнительный двигатель должен быть выбран с запасом по мощности. Обеспечение высокой характеристики плавности требует выбора двигателя с запасом по мощности не более 10 раз.
В качестве исполнительного элемента могут применяться двигатели постоянного тока, переменного тока, электромагнитные муфты с приводным двигателем. В результате анализа аппаратного состава, динамики электрических массовых характеристик, надежности и технологичности выявляются мощностные диапазоны преимущественного применения того или иного типа исполнительного элемента. В диапазоне мощностей до 500 Вт электропривод постоянного тока развивает большие ускорения, позволяющие сформировать широкополосный контур управления. Малые ошибки и высокая добротность, применение эффективных схем нелинейного управления позволяют обеспечивать высокую точность и плавность слежения.
Главным преимуществом двигателей постоянного тока с независимым и магнитоэлектрическим возбуждением является линейность их механических и регулировочных характеристик, что наряду с хорошими энергетическими характеристиками стало причиной их широкого распространения в качестве исполнительных элементов следящих систем.
Наилучшими характеристиками среди двигателей постоянного тока считают малоинерционные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов и гладким якорем (серии ДПР, ДПМ, ДП, ЭДМ, МИГ), но они используют в своей конструкции дефицитные редкоземельные металлы и имеют высокую стоимость. В качестве исполнительного элемента привода был выбран двигатель постоянного тока ДП 60-90-6-Р10, реверсивный, малоинерционный, постоянного тока, малой мощности с гладким якорем, возбуждающий от постоянных магнитов, предназначен для приводов следящих систем.
В качестве датчика скорости двигателя будем использовать тахогенератор постоянного тока, установленный непосредственно на валу исполнительного двигателя. Тип тахогенератора определяется типом исполнительного двигателя. Он должен обладать наибольшей крутизной, что обеспечивает преодоление зашумлённости измеряемого сигнала на малых скоростях движения, малыми статическими и инерционными моментами, наибольшим ресурсом. Указанным требованиям удовлетворяет тахогенератор постоянного тока 2,5ТГП–6, имеющий следующие паспортные характеристики:
Примем:
Момент трения редуктора
Момент инерции редуктора
1.3 Выбор передаточного числа редуктора. Определение располагаемых кинематических характеристик. В целях наиболее полного использования ИД, выбор передаточного числа редуктора осуществляется в точке соответствующего максимума располагаемого ускорения, при этом учитывается взаимное расположение графиков, располагаемых и потребных кинематических параметров.
При расчете располагаемых кинематических характеристик учтем негр создаваемые исполнительным механизмом.
(14)
(15)
– номинальный момент двигателя
, – суммарный момент трения и инерции исполнительного механизма
(16)
– передаточное число редуктора;
– номинальное значение угловой скорости двигателя
(17)
– КПД редуктора с прямозубыми цилиндрическими передачами
\s
1 — располагаемое ускорение ()
2 — располагаемая скорость ()
3 — потребное ускорение ()
4 — потребная скорость ()
Рис. 5. — Определение передаточного числа редуктора.
(18)
(19)
Передаточное число редуктора выберем равным 2850. При этом ,
Проверка исполнительного двигателя по скорости, моменту, мощности.
По скорости — (верно)
По развиваемому моменту — , (верно)
По мощности —
90 Вт>19,38 Вт(верно)
1.4 Расчет зон сопровождения цели. Пространственная область применения следящего привода может быть оценена путем построения зон предельных скоростей и ускорений привода. Пространство внутри зоны является запретным.
Наглядное представление о зоне даёт изометрическая проекция, построенная в трёхмерном координатном пространстве (), но чаще всего строят вертикальные и горизонтальные сечения зон. Вертикальные сечения представляют собой проекцию пространственной зоны на координатную плоскость (), вычисленную в предположении , . Горизонтальные сечения представляют собой проекцию пространственной зоны на координатную плоскость (), вычисленную в предположении , . Диапазоны изменения задаются техническим заданием.
В качестве предельных значений скоростей и ускорений могут рассматриваться потребные, максимальные располагаемые характеристики, рассчитанные в п.1.3. или другие.
(20)
(21)
Горизонтальные сечения зон предельных скоростей представляют собой окружности радиусом и центром смещенным вдоль оси р на величину радиуса окружности (рис. 6).
Рис. 6
Горизонтальные сечения зон предельных ускорений представляют собой 4х лепестковую кривую, каждый лепесток которой расположен в одном из квадрантов, симметрично относительно биссектрисы прямого угла (рис. 7).
\s
Рис. 7
Для скорости цели 100 м/с зона по скорости: ;
по ускорению: .
1.5 Расчет параметров матмодели исполнительного двигателя и статических характеристик. Поведение двигателя постоянного тока в динамике описывается системой дифференциальных уравнений, из которых одно является уравнением равновесия напряжения на двигателе, другое — уравнение равновесия моментов.
(22)
(23)
Момент двигателя Мдв, является результатом взаимодействия тока, протекающего по обмотке якоря и магнитного потока возбуждения. При постоянной величине потока возбуждения, момент двигателя равен:
(24)
Се — коэффициент момента, зависит от конструктивных параметров двигателя, величины потока возбуждения:
(25)
где – число активных проводников в обмотке якоря,
– число пар полюсов,
– число параллельных ветвей,
– поток возбуждения.
(26)
При вращении якоря, его обмотка пересекает силовые линии, магнитное поле возбуждения наводит в ней ЭДС направленную в обратную сторону приложенного к якорю напряжения и называется противо ЭДС.
Величина ее определяется угловой скоростью вращения якоря, величиной магнитного потока возбуждения и конструктивными параметрами двигателя, при постоянной величине потока возбуждения
(27)
Скорость холостого хода двигателя:
(28)
где – пусковой момент;
– номинальный момент;
– номинальная скорость;
Электромеханическая постоянная двигателя с учётом нагрузки:
(29)
(30)
Расчет параметров матмодели двигателя ДП 60-90-6-Р10
Скорость холостого хода
Электромеханическая постоянная времени собственно двигателя
Электромеханическая постоянная времени с учётом нагрузки
Коэффициент передачи двигателя по моменту
Коэффициент противо эдс
Номинальная электрическая мощность
Номинальная механическая мощность
Максимальная механическая мощность
Индуктивность якорной цепи
Механические характеристики исполнительного двигателя при различных напряжениях имеют вид (рис. 8).
\s
1 — механическая характеристика исполнительного двигателя при 27 В
2 — механическая характеристика исполнительного двигателя при 24 В
3 — механическая характеристика исполнительного двигателя при 12 В
Рис. 8
1.6 Синтез замкнутого по скорости привода и определение его характеристик 1.6.1 Выбор закона управления. Проектирование привода состоит в выборе усилительных, корректирующих и сглаживающих устройств, обеспечивающих точность, быстродействие, диапазон регулирования, неравномерность хода и т.п.
Совокупность усилительных, корректирующих и сглаживающих устройств образует систему управления привода.
В исполнительных подсистемах АСЦ перспективным является применения трехпозиционных (с логическим управлением) автоколебательных систем управления. В автоколебательных системах не требуется обеспечивать устойчивость “в малом”, поэтому возможна реализация высоких коэффициентов передачи разомкнутого контура, обеспечивающая плавность движения выходного вала исполнительного механизма, которая является одной из важнейших характеристик систем слежения.
Релейные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с линейными:
— менее сложная и более экономичная радиоэлектронная аппаратура, основу которой составляет релейный усилитель. Высокий кпд РЭА обеспечивает ключевой режим работы усилительных элементов;
— малые уходы нулей, простота настройки и эксплуатации;
— более высокая помехозащищенность систем;
— возможность линеаризации автоколебаниями нелинейностей типа сухое трение, люфт и др.
— в силу нелинейной зависимости эквивалентного коэффициента усиления релейного усилителя от амплитуды автоколебаний автоколебательная система обладает адаптивными свойствами (параметрическая самонастройка);
— при стремлении зоны неоднозначности релейного элемента к нулю автоколебательная система с исполнительным двигателем постоянного тока сводится к оптимальной по быстродействию, реализующей высокие требования по быстродействию и колебательности переходных процессов.
По сравнению с системами, работающими в режиме ШИМ, автоколебательные системы имеют больший коэффициент усиления разомкнутого контура, т.к. для обеспечения захвата контура вынуждающими колебаниями при работе в режиме широтно-импульсной модуляции необходима амплитуда их примерно в 2 раза больше амплитуды автоколебаний, что приводит к уменьшению эквивалентного коэффициента усиления релейного усилителя.
Положительные свойства автоколебательных систем проявляются, если параметры автоколебаний (амплитуда и частота) не вызывают существенного нагрева двигателя в процессе работы.
При проектирования двухпозиционной автоколебательной системы реализация этого требования приводит к постановки в цепь якоря двигателя дополнительной индуктивности — дросселя увеличивающего электромагнитную постоянную двигателя. Использования трехпозиционного колебательного режима позволяет снизить рабочие токи системы (улучшить, таким образом, тепловой режим) и получить более высокие динамические и меньшие массогабаритные характеристики по сравнению с двухпозиционным режимом. Поэтому трехпозиционный режим несмотря на большую сложность радиоэлектронную аппаратуру является предпочтительным. При выборе параметров автоколебаний будем учитывать диапазон частот управляющего воздействия, частоты упругих автоколебаний двух массовой системы “двигатель-тахогенератор”, возможное увеличение амплитуд автоколебаний по 3 и 5 гармоникам. В трехпозиционном режиме длительность управляющего импульса должна быть меньше 1800но больше 200-300(при этом автоколебания не стабильны), ток якоря не должен превышать номинальные значения. Синтез привода осуществляется в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 9 В состав структурной схемы электронного усилителя входят:
продолжение
–PAGE_BREAK–