kurskiy

Главная страница Головна сторінка Main page Автореферат Ссылки Библиотека

"Измерение кинематических параметров работы электропривода с применением фотоимпульсных датчиков"

Авторы работы студенты кафедры ЭАПУ ДонНТУ Курский А.С., Кайдаш Р.Ю. Денисенко Д.А.

ВВЕДЕНИЕ

Развитие многих отраслей производства связано с постоянным усложнением регулируемых электроприводов, что приводит к повышению общих и специальных технических требований, предъявляемых к системам контроля скорости электроприводов.
Механизация и автоматизация производства в различных отраслях техники повлекли за собой создание устройств измерение скорости электропривода. В качестве датчиков скорости широкое применение получили аналоговые измерительные устройства - тахогенераторы. Технологический прогресс обусловил быстрое развитие сложных регулируемых электроприводов в металлургической, станкостроительной, бумажной и других отраслях промышленности. Наряду с этим возникли трудности с созданием необходимых датчиков скорости, обеспечивающих сложные требования работы электроприводов. В качестве высокоточных датчиков использовались прецизион-ные тахогенераторы постоянного и переменного тока, но и они с трудом обеспечивали заданные требования и к тому же имели массу недостатков. Исключить множество недостатков свойственных аналоговой технике помогло внедрение дискретных импульсных датчиков. Фотоимпульсные датчики имеют большие преимущества практически по всем параметрам (точности, габаритам, надежности, экономичности), в связи с этим они являются более перспективными в при-менении. Использование фотоимпульсных датчиков расширяет возможности работы электропривода.
В настоящее время задача разработчиков состоит в повышении надежности и износоустойчивости всех узлов контроля скорости; особое внимание должно быть уделено обеспечению стабильности характеристик. Из возможных вариантов технических решений надо выбирать достаточно качественные, но наиболее простые методы и конструкции, обеспечивающие предъявляемые требования без излишнего запаса.

1. Необходимость измерения ускорения, скорости и положения двигателя

      1.1 Для лабораторных исследований.
       В стационарных лабораторных установках независимо от применяемого электропривода (постоянного или переменного тока) для лабораторных исследований необходимо измерять и обрабатывать кинематические параметры работы электропривода такие как: скорость, ускорение, положение вала. Измерение скорости и ускорения вала электропривода возможно с помощью тахогенератора постоянного тока, т. е. аналоговым прибором. Однако этот метод часто не обеспечивает заданной точности при исследованиях, а также имеет ряд недостатков: большие пульсации выходного сигнала, низкая стабильность, высокая инерционность в случае применения фильтров. Измерение положения с помощью тахогенератора очень сложно и требует применения радиодеталей с большой стабильностью параметров.
      В настоящее время наибольшее применение получили фотоимпульсные датчики скорости и положения, которые относятся к цифровой технике. Рассматриваемые датчики обеспечивают большую точность измерения кинематических параметров двигателя, но требуют применения цифровой обработки информации. С использованием электронной аппаратуры возможно расширение функционального применения фотоимпульсных датчиков: датчик скорости используется как датчик положения, а датчик положения может выступать в роли датчика скорости. Таким образом, с помощью одного датчика имеется возможность измерения всех основных кинематических параметров: скорости, ускорения, положения.
      В лабораторных установках применение фотоимпульсных датчиков необходимо для получения таких режимов работы электропривода, позволяющих имитировать технологические процессы работы электроприводов на предприятиях и заводах. Это повышает наглядность и оперативность проведения лабораторных исследований.
      1.2 Для использовании в промышленных системах. Приведём примеры производственных механизмов, в которых целесообразно применение дискретных фотоимпульсных датчиков.

ГЛАВНЫЙ ПРИВОД.

      Условия работы главных электроприводов прокатных станов характеризуются целым рядом специфических особенностей, таких как, например, большое число включений (до 1000 включений в час); ударный характер нагрузки, особенно в момент захвата металла валками; особая важность обеспечения высокой производительности стана и качества готовой продукции для народного хозяйства.
      К главному приводу прокатных станов предъявляют высокие требования, основные из которых следующие: широкий диапазон и плавность регулирования скорости; жесткость механических характеристик, оптимальное протекание переходных процессов, учитывая то, что стан работает в основном в переходных режимах; экономичность регулирования; высокая перегрузочная способность; эксплуатационная надежность; высокие динамические качества, в частности минимальный момент инерции, большой пусковой момент и т. п.
      Привод прокатных станов может быть редукторным и безредукторным. Достоинством безредукторного электропривода является меньшая инерционность, чем объясняется его преимущественное применение.
      В главных электроприводах прокатных станов используется в основном электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением, обладающие большими достоинствами в отношении плавности и диапазонов регулирования скорости, динамики и в наибольшей степени, удовлетворяющие предъявляемым жестким требованиям.
      В настоящее время актуальной является проблема как можно более точного измерения скорости для улучшения динамических и эксплуатационных характеристик привода и, как следствие этого, повышение производительности и поддержание качества выпускаемой продукции на требуемом уровне.
      Для систем регулирования скорости электроприводов можно выделить три системы, замкнутых обратной связью по напряжению, скорости и ЭДС. Системы, замкнутые обратной связью по напряжению, имеют низкую точность, невысокое быстродействие. Поэтому, при тех требованиях, которые предъявляются к главным приводам обжимных станов, системы с обратной связью по напряжению не обеспечивают необходимые динамические свойства и требуемое быстродействие. При применении систем с обратной связью по ЭДС возникают сложности в реализации самого датчика ЭДС. Это связано с тем, что большинство главных приводов обжимных станов работают с ослаблением магнитного потока и датчик ЭДС имеет инерционное звено с постоянной времени якорной цепи. В связи с этим используют системы с обратной связью по скорости. Для систем, реализованных на аналоговой элементной базе типа УБСР, в качестве датчиков скорости используют тахогенераторы постоянного тока. Они содержат в своем выходном напряжении переменную составляющую, относительная амплитуда которой может доходить до 10% полезного сигнала в зависимости от типа тахогенератора и способа его сочленения с валом двигателя. В выходном сигнале наряду с постоянной составляющей содержатся оборотные пульсации, частота которых равна частоте вращения тахогенератора. Это наиболее ярко выраженные пульсации. Также присутствуют полюсные, коллекторные и зубцовые, которые пропорциональны скорости вращения тахогенератора и зависят от его конструктивного исполнения. Амплитуда оборотных пульсаций зависит от способа сопряжения тахогенератора с выходным валом механизма. Для их снижения используют полужесткие муфты и гибкие валы. Наилучшие ре-зультаты по снижению уровня помех обеспечивает конструктивное исполнение двигателей со встроенным тахогенератором. Помехи в выходном напряжении та-ких тахогенераторов практически отсутствуют. Однако у них может наблюдаться эффект трансформации переменной составляющей напряжения возбуждения в якорную цепь. Ее частота постоянна и зависит от схемы питающего обмотку возбуждения выпрямителя.
      Особенностью главных приводов обжимных станов также являются большая установленная мощность, большие габариты, моменты и высокий уровень динамических нагрузок (масса прокатываемых слитков от 3 до 20 тонн). Включение фильтра на выходе тахогенератора требует снижения коэффициента усиления системы регулирования, что приводит к снижению быстродействия и ухудшению статических свойств. На рис.1.1 показана реконограмма напряжения тахогенератора, контролирующего скорость главного привода клети 950 ДМЗ. Запись выходного напряжения тахогенератора была произведена с помощью цифрового регистратора "RECON-04XMC" с частотой 2000 Гц. Для контроля скорости на каждом из двух двигателей главного привода клети 950 (далее речь будет идти об одном двигателе) установлены тахогенераторы, сочлененные с валами двигателей с помощью редукторов с передаточным числом равным 5. Редуктор предназначен для расширения диапазона выходного напряжения тахогенератора. Номинальная скорость вращения двигателя равна 60 об/мин, максимальная, при ослаблении потока, 110 об/мин. Таким образом, максимальная частота вращения тахогенератора составляет 550 об/мин. На приведенной реконограмме видно, что в сигнале скорости присутствуют практически все перечисленные пульсации, составляющие примерно 8% от полезного сигнала.
       Несмотря на многолетний опыт эксплуатации главных приводов с обратной связью по скорости с применением тахогенераторов, проблема надежности канала измерения скорости остается актуальной. В связи с этим всё большее распространение находят методы измерения скорости в цифровом виде с использованием фотоимпульсных датчиков скорости и положения, сигналы последних можно использовать в качестве сигналов обратной связи по скорости.

РОЛЬГАНГИ.

      Рольганги - механизмы, которые служат для транспортирования металла вращающимися роликами.
      Различают следующие основные типы рольгангов:       · Рабочие основные;       · Рабочие вспомогательные (раскатные);       · Транспортные рольганги (подводящие и отводящие);       · Пакетировочные рольганги;       · Передвижные рольганги.
      Режим работы рольгангов определятся их назначением и типом стана. При выборе типа электропривода рольганга необходимо детальное изучение технологического процесса и режима работы рольгангов, а также необходимого диапазона регулирования скорости вращения роликов, точности остановки, плавности регулирования и других специфических условий работы.
      Рольганги работают в чрезвычайно тяжелом режиме с частыми пусками и реверсами (например, для рабочих и подводящих рольгангов обжимных клетей).
      Рольганги выполняются с групповым или индивидуальным электроприводом, а также с холостыми валками.
      При групповом электроприводе секция рольганга, состоящая из трёх - десяти, а иногда и более роликов, имеет общий электропривод от одного или двух электродвигателей через шестерни и трансмиссионный вал. При индивидуальном электроприводе рольгангов каждый ролик приводится в движение отдельным электродвигателем. Подобный электропривод применяет-ся в основном для транспортных рольгангов, перемещающих длинные полосы металла, когда вес проката рассредоточивается на большое число роликов.

НАЖИМНЫЕ УСТРОЙСТВА.

      Установка валков прокатного стана необходима для регулирования их взаимного положения, обеспечивающего прокатку профиля заданных размеров, а также для корректировки положения валков по отношению к уровню рольгангов. Расстояние между валками прокатных станов изменяется с помощью специальных установочных механизмов, перемещающих верхний валок. Конструкция и тип электропривода установочных механизмов, называемых также нажимными устройствами, зависят от скорости и величины перемещения валка, от числа этих перемещений в час и относительной продолжительности включения.
       В зависимости от скорости перемещения валков и типа привода различают следующие механизмы для установки верхнего валка:
      1. Установочные механизмы с ручным приводом (большинство сортовых станов, работающих с постоянным взаимным расположением калибров; небольшие станы для горячей прокатки тонких листов и полос);
      2. Быстроходные установочные механизмы с электроприводом (блюминги, слябинги, универсальные станы, толстолистовые и среднелистовые станы, некоторые сортовые станы, работающие с постоянным взаимным расположением калибров). Эти механизмы обеспечивают скорость перемещения верхнего валка более 0,2-1,0 мм/с и применяются для станов с относительно большой высотой подъёма верхнего валка, доходящей, например, у современных обжимных станов до величины свыше 1500 мм. Поэтому во всех механизмах данного типа верхний валок перемещается с помощью нажимных винтов;
      3. Тихоходные установочные механизмы с электроприводом (станы дуо и кварто для холодной и горячей прокатки листов и ленты). Высота подъёма валков для этих механизмов - не более 100 - 200 мм. А скорость перемещения верхнего валка менее 1 - 0,2 мм/с, что вызывается необходимостью получения малой величины отдельного перемещения (до 0,01 мм). А также необходимостью точной установки валков.
      Таким образом, видно, что точное измерение столь малого перемещения может быть осуществлено также с помощью фотоимпульсных датчиков положения, которые гораздо точнее синхронно - следящей системы с сельсинами, всё ещё применяющейся на производстве. Показания фотоимпульсных датчиков можно использовать также в системе автоматического управления нажимного устройства в качестве сигналов обратной связи по положению.

МАНИПУЛЯТОРЫ.

      Манипулятор - механизм, предназначенный для перемещения прокатываемого металла параллельно валкам и направления его в тот или иной калибр валков. Линейки манипуляторов используются для выпрямления металла при искривлении его в процессе прокатки.
      Линейки манипуляторов обжимных станов располагаются перед и за рабочей клетью. Приводы правых и левых линеек соответственно за и перед клетью имеют механическую связь, обеспечивающую согласованное движение манипулятора.
      В зависимости от расположения привода различают два основных типа конструкций манипуляторов: европейский и американский. Для манипуляторов первого типа (европейского) привод левых и правых линеек располагается по обе стороны рольганга. Конструкция такого манипулятора проста, но занимает много места. В последнее время подобные манипуляторы не применяются.
      Для манипуляторов второго типа (американского) привод левых и правых линеек располагается с одной стороны рольганга (со стороны привода рабочих валков). Конструкция манипулятора этого типа несколько сложнее, но он имеет несколько меньшие габариты и удобнее при эксплуатации. Для новых блюмингов и слябингов конструкция манипуляторов с односторонним расположением привода является типовой.
      Манипулятор относится к механизмам, работающим с большим числом включений в час, причём фактическая частота включений электропривода, как правило, больше того расчётного значения, которое можно определить на основании известной технологии работы манипуляторов для какой-либо конкретной программы прокатки.
      Теоретически трудно определить заранее число правок линейками прокаты-ваемого металла при его искривлении и число дополнительных включений электропривода толчками при отработке малых перемещений линеек. Поэтому осо-бую роль в этом случае будет играть точное измерение перемещений линеек манипуляторов. Основываясь на показаниях дискретных датчиков положения, программные средства прокатки с необходимой точностью определяют величины и число перемещений линеек манипуляторов. Это позволяет получить требуемое качество готовой продукции.

2. Конструкция фотоимпульсных датчиков

      2.1 Технические данные фотоимпульсного датчика ПДФ-3.
       Рассмотрим назначение. Датчик ПДФ-3 является одним из элементов серии устройств систем регулирования электроприводов УБСР-Д. Датчик ПДФ-3 предназначен для преобразования перемещения (угла поворота ) рабочих органов промышленных механизмов в число импульсов и угловой скорости в частоту чередования импульсов.
      Обозначение датчика расшифровывается следующим образом: · П - перемещение · Д - дискретный · Ф - фотоэлектрический · 3 - номер исполнения Условия эксплуатации датчика: · температура окружающей среды -40 - +60 °С · вибрации с частотой 2-60 Гц с ускорением до 2g (степень жесткости III) · ударные нагрузки с максимальным ускорением 4g длительностью 40 - 60 мс (степень жёсткости I) · металлургическая пыль, наличие водяных паров · высота над уровнем моря до 1000 м · скорость вращения контролируемого вала от 0 до 5000 об/мин Режим работы реверсивный, ускорение контролируемого вала - не более 200 1/с2 .
      Технические данные Выходные сигналы две серии импульсов по двум раздельным каналам в прямом и инверсном виде, 600 импульсов на оборот в каждой серии. Импульсы двух серий сдвинуты друг относительно друга на 90°±10°, нулевой сигнал, выдающий один импульс на оборот вала. Напряжение выходных сигналов "0" - от 0 до -0,5 В, "1" - 24 ± 4.8 В Максимальный ток нагрузки 300 мА. Длительность фронтов импульсов не более 1 мкс. При вращении вала датчика с постоянной скоростью, скважность импульсов выходных сигналов обоих серий 2…10%. Допустимые колебания напряжения питания ±10% Статический момент трения на входном валу датчика - не более 500 г*см. Момент инерции ротора датчика - не более 1,2 г*см/с2. Наработка датчика на отказ не более 7500 часов. Срок службы датчика 10 лет. Устройство и работа датчика Действие датчика основано на появлении фототока в приёмнике излучения под влиянием падающих на него лучей. Между источником и приемником излучения установлен расположенный на валу ротора датчика модуляционный диск, на котором чередуются оптические прозрачные и непрозрачные участки. При вращении ротора. Связываемого с валом объекта, лучи периодически попадают на приемник излучения. При воздействии их на приемник в момент прохождения лучей через прозрачный участок диска с выхода датчика снимается сигнал "1". Если лучи попадают на непрозрачный участок, и приемник затемнен, на выходе датчика "0".
      Преобразователь угла в код КД-3-У5 предназначен для получения информации о положении механизмов прокатного стана. Выходной электрический кодированный сигнал преобразователя представлен в нормальном двоичном коде по ГОСТ 12814-74. Съём выходного электрического кодированного сигнала происходит при вращении вала преобразователя против часовой стрелки. Нормальная статическая характеристика преобразователя j=j1Чn, где j - угол поворота входного вала; j1=2°48'45" - номинальная цена единицы наименьшего разряда кода; n-число единиц выходного электрического кодированного сигнала: n = а120 + а221 +…+ аi2i-1 +…+ а13212, где аi - значение i-го разряда выходного электрического кодированного сигнала (аi равно 0 или 1). Число двоичных разрядов выходного электрического кодированного сигнала -13. Число дискретных значений выходного электрического кодированного сигнала 8192. Число оборотов вала преобразователя при отработке полного углового перемещения 64. Значение амплитуды напряжения постоянного тока выходного электрического кодированного сигнала: цифровой знак "1" номинальное значение допустимое значение -12 (-9,6 … -12,6) цифровой знак "0" номинальное значение допустимое значение -0,6 (0 … -0,6) Скорость вращения входного вала преобразователя не более 1000 об/мин. Напряжение питания от сети постоянного тока: номинальное значение допустимое значение 24 В (20,4 … 26,4) В.
      Потребляемая мощность не более 30 Вт.
      Угловое положение входного вала преобразователя кодируется в соответствии с методом пространственного кодирования: каждому значению угла соответствует определенная кодовая комбинация выходных сигналов. Для этого с входным валом преобразователя связывается пространственная механическая конструкция кодовой шкалы, с которой осуществляется съём информации при помощи неподвижных считывающих элементов. В качестве считывающих элементов используются кремниевые фотодиоды, освещаемые арсенидоталлиевыми светодиодами.
      Пространственная кодовая шкала на тринадцать двоичных разрядов выпол-няется в виде трех металлических кодовых дисков, на которые при помощи кон-центрических отверстий нанесены пространственные маски двоичного кода, содержащие соответственно 7, 3, 3 двоичных разряда. Кодовый диск с семиразрядной кодовой шкалой непосредственно связывается с входным валом преобразователя. Первый трехразрядный кодовый диск привязывается к входному валу преобразователя через понижающий редуктор с коэффициентом передачи К=1/8. Второй трехразрядный кодовый диск привязывается к валу первого трехразрядного кодового диска через понижающий редуктор с коэффициентом передачи К=1/8. Кодовые диски вместе с соответствующими фотодиодами и светодиодами образуют три системы отсчёта: систему точного отсчета, системы грубого отсчёта один и два. Система точного отсчёта однозначно кодирует углы в пределах одного оборота входного вала и формирует семь младших разрядов выходного сигнала преобразователя. Системы грубого отсчёта один и два однозначно кодируют число оборотов вала в пределах от 0 до 64 оборотов и формируют соответственно разряды 8 - 10 и 11 - 13 выходного сигнала преобразователя.
      Круговые двоичные кодовые шкалы систем точного и грубого отсчета образуются кольцевыми кодовыми дорожками, одна из которых используется для формирования сигнала контроля выходных сигналов данной системы отсчета, а остальные - для формирования рабочих сигналов. Число дорожек кодовой шкалы, используемых для формирования рабочих сигналов равно числу разрядов кодовой шкалы. Каждая дорожка состоит из равного количества кодовых участков, про-пускающих и непропускающих свет. Кодовые участки, непропускающие свет, соответствуют коду "0". Незаштрихованные кодовые участки свет пропускают и соответствуют коду "1".
      Считывание положения шкалы в каждом разряде, кроме первого, осуществляется двумя фотодиодами, что позволяет путём логического выбора считывающих фотодиодов устранить неоднозначность считывания положения кодовой шкалы на границах кодовых участков, возникающую вследствие погрешности из-готовления кодовой шкалы и различной чувствительности фотодиодов.
      В младшем разряде системы точного отсчёта для формирования выходного сигнала первого разряда используется один считывающий фотодиод. Второй фотодиод, располагаемый напротив дорожки младшего разряда на расстоянии 1,5 длины кодового участка младшего разряда от первого фотодиода, используется для формирования дополнительного выходного сигнала "Счётный выход", позволяющего вместе с выходным сигналом первого разряда формиро-вать импульсы последовательного счёта.

3. Определение диапазонов измерения ускорения, скорости и положения с учётом ограничений по времени запаздывания и дискретизации по уровню

      Как уже было сказано, использование фотоимпульсных датчиков целесообразнее по сравнению с аналоговыми датчиками. Но для правильной замены аналоговых датчиков на дискретные предварительно необходимо провести исследования по определению возможного диапазона измерения скорости, ускорения и положения с учетом ограничений дискретизации по времени. Ширина диапазона измерения также зависит от величины заданной погрешности и может изменяться в широких пределах.
      Если использовать фотоимпульсные датчики в качестве устройства текущего контроля скорости, ускорения и положения, то, задавшись большим периодом дискретизации (считывания), можно получить высокую точность измерения. Од-нако, если эти устройства использовать в качестве датчиков скорости или положения в цепях обратных связей системы регулирования, то возникают трудности с точностью измерения этого сигнала и стабильностью работы всей системы, особенно при широких диапазонах изменения контролируемой величины. Это может привести к неустойчивой работе САР и возникновению колебаний системы.
      3.1 Определим диапазон измерения скорости, ускорения и положения при использовании фотоимпульсного датчика скорости ПДФ-3. Вначале необходимо определить максимально допустимое время измерения сигнала (период дискретизации), которое будет одинаковым как при использовании датчика ПДФ-3, так и при использовании датчика КД-3. Если вначале система автоматического регулирования была настроена на нормальную работу при использовании аналогового датчика скорости, то постоянная времени контура скорости определяется по формуле: Тс = 4Тµ = 4*5 = 20 мс, где значение малой некомпенсируемой постоянной времени контура регулирования тока принимаем из реального диапазона (0,0033…0,01 с): Тµ = 5мс.
      При замене аналогового датчика скорости (тахогенератора) работа системы измениться и величина постоянной времени контура скорости будет определяться по формуле: Тс = 2(Тт + Тд/2). Т. е. мы видим, что происходит увеличение Тс, которое приводит к уменьше-нию коэффициента усиления разомкнутого контура регулирования скорости (КРС), возрастанию малой эквивалентной постоянной времени КРС Тµс = (Тс - Т?)/2, снижению быстродействия системы. В результате это приводит к снижению добротности системы по скорости, точности передачи задающего сигнала, неустойчивой работы системы и повышению ее статизма. Допустим, нам задано, что статизм системы не должен возрасти более чем два раза, по сравнению с аналоговой системой регулирования, т. е. статический перепад скорости замкнутого контура регулирования не должен возрасти более чем в два раза: ??с = ??с.р * (Тс / Тм) - статический перепад скорости при постоянной на-грузке. ??с.р = Rя * Iс / с - статический перепад скорости в разомкнутой системе.
      Отсюда видно, что постоянная контура скорости при увеличении статизма в два раза также увеличится в два раза. Следовательно, мы можем определить мак-симальный период дискретизации. 2Тс = 2(Тт + Тд / 2) отсюда получим Тд Тд = 2Тс - 2Тт = 4Тт - 2Тт = 2Тт = 4Тµ = 4*5 = 20 мс. Таким образом, время считывания информации с датчиков не должно пре-вышать 20 мс.
      Определим минимальную скорость привода на верхнем поддиапазоне (?max>?>?min), при которой будет обеспечиваться заданная погрешность измерения (например, не более 5 %). В этом случае фотоимпульсный датчик за период дискретизации должен выдавать не менее 20 импульсов (n = 20). Тем самым ограничивается минимальная скорость привода.
Найдём частоту следования импульсов датчика обеспечивающую заданную точность измерения: f = n / Тд = 20 / (20*10-3) = 1000 им / с. Это будет соответствовать минимальной скорости: ?min1 = f / fпдф = 1000 / 600 = 1,67 об / с = 100 об / мин. дискретизации
Если применить учетверение импульсов датчика, то граница минимальной скорости снизится до 25 об / мин (?min2 = ?min1 / 4 = 100 / 4 = 25 об / мин). Рассмотрим измерение скорости на нижнем поддиапазоне (?min>?>0). … В этом случае, чтобы обеспечить заданную точность (погрешность 5%), не-обходимо, чтобы период следования импульсов генератора был равен: Тг1 = Тпдф / 20 = 1 / (20*f) = 1 / (20*1000) = 5*10-5 c, где Тпдф - период следования импульсов датчика при ?min1 = 100 об / мин.
      При использовании на верхнем поддиапазоне учетверения импульсов для обеспечения заданной точности при ?min2 = 25 об / мин: Тг2 = 4Тг1 = 4*5*10-5 = 2*10-4 с.
      Следует иметь ввиду, что построенные зависимости показывают также границу измерения положения вала с заданной точностью. Информацию о величине скорости и положении вала можно получать в каждый период дискретности. Для получения величины ускорения вала привода в данный момент необходимо знать две величины скорости, это возможно за два периода дискретности, т. е. информацию об ускорении получают в два раза реже. Для того чтобы обеспечить получение информации об ускорении в каждый период дискретности (20мс), необходимо снимать показания скорости в два раза чаще, т. е. каждые 10мс. В связи с этим для обеспечения заданной точности измерения нужно увеличить минимальную границу скорости в два раза.
      Построим зависимость, показывающую диапазон измерения скорости от числа импульсов счетчика на всем диапазоне работы, при этом должна обеспечиваться заданная точность измерения. Определим границы измерения скорости с учетом ограничения максимальной разрядности счетчика. Рассчитаем максимальную скорость вала контролируемого привода: nmax = 60*Nmax / (Тд*fпдф) = 60*4096 / (20*10-3*600) = 20480 об/мин, где Nmax - максимальное число, фиксируемое 12-ти разрядным счетчиком. С учетом учетверения импульсов: nmax = 20480 / 4 = 5120 об/мин. Рассчитаем минимальную скорость вала контролируемого привода: nmin = 60 / (Nmax * Тг *fпдф) = 60 / (4096 * 5*10-5 * 600) = 0,488 об/мин, где Тг =5*10-5 с - период следования импульс с генератора на счетный вход. В этом случае зависимость, показывающая изменение количество импульсов, подсчитываемых счетчиком, от скорости вала привода при работе на верхнем и нижнем диапазоне имеет вид на рисунке 3.6.
      3.2 Определение диапазона измерения скорости, ускорения и положения при использовании фотоимпульсного датчика КД-3.
      В этом случае период дискретизации тоже должен ограничиваться, как и в случае использования датчика ПДФ-3, т. е. на уровне 20 мс. Фотоимпульсный датчик КД-3 нельзя использовать как ПДФ в двух диапазонах измерения и нет возможности учетверять импульсы. Это значительно снижает возможный диапазон работы датчика с заданной точностью.
      Если задаться точностью измерения скорости и положения не менее 5%, то датчик за период дискретности должен выдать сигнал в двоичном коде величиной не менее 20. В большей степени точность выходного сигнала определяется младшим разрядом двоичного кода. Тем самым ограничивается измерение минимальной скорости привода. Найдём частоту следования сигналов с датчика в двоичном коде, обеспечивающую заданную точность измерения: f = n / Тд = 20 / (20*10-3) = 1000 им / с. Это будет соответствовать минимальной скорости: ?min = f / fкд = 1000 / 128 = 7,8 об / с = 468,75 об / мин, где fкд = 360 / 2?48'45" = 128 им / об - частота следования сигнала с младшего разряда (число импульсов на оборот вала) Построим зависимость минимальной скорости вала от времени дискретизации в случае обеспечения точности измерения на уровне 5%. Как и в случае применения датчика ПДФ построенные зависимости показывают также границу измерения положения вала с заданной точностью. Информацию о величине скорости и положении вала можно получать в каждый период дискретности. Для получения величины ускорения вала привода в данный момент необходимо знать две величины скорости, это возможно за два периода дискретности, т. е. информацию об ускорении получают в два раза реже. Для того, чтобы обеспечить получение информации о скорости в каждый период дискретности, необходимо снимать показания скорости в два раза чаще, т. е. каждые 10мс. В связи с этим для обеспечения заданной точности измерения нужно увеличить ми-нимальную границу скорости в два раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

      В работе были рассмотрены промышленные механизмы, для которых обосновано применение фотоимпульсных датчиков. Датчиков скорости - главный привод, рольганги. Датчиков положения - нажимное устройство, линейки манипуляторов, ножницы.
      Проведён анализ целесообразности использования дискретных датчиков в лабораторных установках для обеспечения заданной точности при исследованиях и для получения таких режимов работы электропривода, позволяющих имитировать технологические процессы работы электроприводов на предприятиях и заводах. Это повышает наглядность и оперативность проведения лабораторных исследований.
      Для более полного использования возможностей датчиков была рассмотрена их конструкция и принцип действия серийно выпускаемых промышленностью датчиков ПДФ-3 и КД-3-У5. С помощью микропроцессорного регистратора "РЕКОН" сняли осциллограммы выходных сигналов с основных каналов датчиков. На основе рассмотренных свойств были определены новые возможности использования датчиков, а именно: расширение диапазона измерения путём учетверения импульсов и метода их считывания для ПДФ-3; универсальность использования одного датчика для одновременного измерения скорости, положения и ускорения.
      Были определены диапазоны измерения скорости, положения и ускорения для каждого датчика с учетом ограничения периода дискретизации по максимальному статизму системы и заданной точности получения результатов. Для наглядности представлены графики граничной зависимости скорости измерения от периода дискретности, а также зависимости числа посчитываемых импульсов от скорости вала привода.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

      1. Тун А. Я. Системы контроля скорости электропривода. - М.: Энергоатомиз-дат, 1984, - 168 с.
      2. Перельмутер В.М., Соловьев А.К. Цифровые системы управления тиристор-ными электроприводами. -Киев: Технiка, 1983, - 104 С.
      3. Трохин В.М., Перельмутер В.М., Энтина В.И. и др. Цифроаналоговые систе-мы автоматического управления .-Киев: Технiка , 1979,- 160 С.
      4. Вультер Дж. Датчики в цифровых системах М.: Энергоиздат,1981.-200 С.
      5. А. Б. Зеленов, В. Н. Тертичников, В. Г. Гулякин. - Харьков: Металлургиздат, 1963, - 344 с.