ДонНТУ	Портал магістрів	Біографія	Реферат	Бібліотека	Посилання	Індивідуальне завдання	Звіт про пошук

	Васютинський Андрій Васильович Факультет: Электротехнічний Кафедра: Электропривод та автоматизація промислового встаткування Тема роботи: Дослідження мікропроцесорних позиційних сервоприводів Руководитель: Толочко Ольга Івановна Технічний консультант: Розкаряка Павло Іванович

Вступ

      Прогрес в областях електроніки й використовуваних в електротехніку матеріалів змінили ситуації в техніку привода. Дотепер у сервотехниці застосовувалися в основному двигуни постійного струму з постійними магнітами

      Головний недолік двигунів змінного струму в порівнянні із двигунами постійного струму складається в обмеженій можливості регулювання швидкості. Останні досягнення в області електроніки, особливо в мікроконтролерах, дозволяють компенсувати цей недолік шляхом використання сучасних засобів керування

      У цей час відбувається зсув акцентів у приводних системах від двигунів постійного струму до двигунів змінного струму. Тенденція преходу до синхронних двигунів змінного струму особливо очевидна в сервосистемах, які майже завжди виконувалися з використанням електроприводів постійного струму

      Нові потужні постійні магніти, виготовлені зі сплавів неодиму-залізо-бора й самарію-кобальту завдяки їхній високій енергоємності, можуть істотно поліпшити характеристики двигуна при одночасним зниженням массо-габаритних показників електричних машин. У підсумку поліпшуються динамічні характеристики привода й знижуються його габарити

Визначення сервопривода

    У сучасній приводній техніці в багатьох випадках пред'являються високі вимоги до:

1) погрішності позиціювання;

2) погрішності стабілізації швидкості;

3) широкому діапазону регулювання;

4) стабілізації моменту обертання;

5) перевантажувальної здатності;

6) високій динаміці

Вимоги до динаміки, тобто поводженню привода в часі, складаються із всі прискорюваних процесів обробки, збільшенню циклів обробки й пов'язаної з ними продуктивності машини. Висока точність дуже часто визначає можливість використання систем електропривода в нових технологіях. Цим вимогам повинні відповідати сучасні високодинамічні системи привода

Сервопривод - це система привода, що у широкому діапазоні регулювання швидкості забезпечує динамічні, високоточні процеси й забезпечує гарну їх повторюваність

Розвиток сервоприводов

    Спочатку на ринку домінували пневматичні й гідравлічні сервоприводи. Привод постійного струму одержав поширення в 60-х роках, з розвитком напівпровідникової техніки

    З погляду вимог динаміки розвиток сервоприводов проходило в напрямку створення двигунів постійного струму з малим моментом інерції. В основу одержання малого моменту інерції ротора були покладені два рішення. Перше припускало реалізацію якоря двигуна у вигляді тонкого плоского диска, що не містить залізо, друге - ґрунтувалося на одержанні циліндричного немагнітного якоря. В обох випадках на початку 70-х років стали широко застосовувати постійні магніти з рідкоземельних матеріалів, що забезпечують одержання підвищеного значення індукції в повітряному зазорі й високого крутного моменту. Тип керування використався - лінійні підсилювачі із силовими транзисторами й вихідною напругою приблизно до 100 У. Пізніше - тиристорні перетворювачі, які застосовувалися до кінця 70-х років, коли їм на зміну прийшли імпульсні перетворювачі постійного струму на ключових транзисторах. Це супроводжувалося значним підвищенням споконвічно низького коефіцієнта корисної дії електронних джерел живлення. Напруга, що могло бути отримане на виході електронних джерел живлення обмежувалося приблизно на рівні 200 У через низьке допустимого напруження транзисторів й обмеження напруги між комутирують сегментами, що, колектора двигуна

    Транзисторні перетворювачі, як правило, підключали до мережі через трансформатор. Це дозволяло здійснити узгодження вихідної напруги перетворювача з живильною мережею

    Керування як швидкістю, так і моментом були аналоговими, з усіма, що випливають із цього проблемами завадостійкості (сприйнятливості низьковольтних сигналів до наведень) у широкому діапазоні регулювання швидкості, характерному для сервоприводов. Для виміру дійсної швидкості в каналі зворотного зв'язку застосовувалися тахогенератори постійного струму

    Розвиток перетворювачів частоти, спочатку реалізованих на тиристорах, пізніше на силових транзисторах, привело до підвищення використання асинхронних стандартних двигунів змінного струму, що мало зношуються для приводів з невисокими вимогами по точності керування. Дослідження безщіточних двигунів, які можуть бути використані у сервоприводах, були початі із середини 70-х років. На противагу звичайного компонування двигуна постійного струму розроблювачі прийшли до перспективного нового рішення: якір на статорі, полі порушення на роторі. Так з'явилися безщіточні двигуни постійного струму, або двигуни з електронною комутацією. Ці електричні машини принципово являють собою синхронні двигуни CД з постійними магнітами, у яких положення ротора контролюється простим імпульсним датчиком положення (інкодером), що робить 6 імпульсів на оберт, по числу полюсів СД.

    На додаток до електронної безконтактної комутації й низького зношування, цей тип привода має наступні переваги:

    - знижений момент інерції через відсутність обмотки на роторі,

    - простота охолодження, тому що відвід тепла від статора переважніше, ніж від ротора,

    - підвищений ККД, тому що немає втрат, пов'язаних з обмоткою порушення

    Електронна комутація секцій обмотки статора виробляється кожні 60 електричних градусів і здійснюється датчиком положення ротора ДПР. Як і комутація за допомогою колектора у двигунах постійного струму цей принцип комутації також реалізується у вигляді пристрою комутації й має блокове виконання. Для керування швидкістю двигуна необхідний додатковий датчик швидкості, наприклад тахогенератор. Паралельно із цим розвивався також і напрямок по застосуванню асинхронного двигуна змінного струму в якості безщіточного сервопривода. Цей тип двигуна дешевий у виробництві й має додаткова перевага з можливістю керування в діапазоні ослаблення полючи

    З іншого боку, з розробкою безщіточних двигунів проводилися теоретичні дослідження з так називаної синусної комутації сервопривода. Принципово двигун із синусною комутацією являє собою СД із постійними магнітами, з усіма перевагами, зазначеними вище. Однак, датчиком положення ротора в цьому випадку служить резольвер, вихідними синусоїдальними сигналами якого управляється струм статора машини. Зазначені вище всі три типи безщіточних приводів використаються в цей час і забезпечують майже повну заміну приводів із щітками з початку 90-х років

    Вирішальним фактором цих успіхів з'явився прогрес в області напівпровідникової техніки. Розвиток високого ступеня інтеграції, високошвидкісних процесорних систем і модулів енергонезалежної пам'яті полегшило впровадження цифрового керування. У всякому разі, функціональні завдання, що зустрічаються більш-менш часто в індивідуальних технічних системах, не так сильно позначалися на ціні. Впровадженням індивідуального програмного забезпечення вдалося уникнути збільшення кількості апаратних модулів.

Силові модулі в системах керування для всіх трьох типів безщіточних приводів засновані на наступному: перетворювач частоти (інвертор), керований датчиком положення ротора двигуна, переважніше, ніж інвертор з незалежним керуванням, використовуваний для стандартних двигунів змінного струму. Функціональні розходження складаються тільки в наявності замкнутого й розімкнутого зворотного зв'язку в системі керування

    Розвиток силових транзисторів з початку 90-х років зробило також можливим підключати системи керування сервоприводами (сервоконтролери) безпосередньо до мережі без використання мережного трансформатора

Математичний опис серводвигуна

Уведемо ортогональну. систему координат d, q, що обертається з довільною швидкістю щодо нерухомої, одна вісь визначаємо як дійсну (d), а іншу - як мниму (q), те зв'язок між системами координат буде визначатися певним кутом. Зв'язок між рухливою (d, q) і нерухомої (alfa,beta) системами координат має вигляд:

            При переході до рухливих координат рівняння електричної рівноваги перетвориться до виду:

        де:

            Розкладаючи вектори електромагнітних змінні стани по осях d й q, одержуємо скалярний опис машини. При цьому вісь d поєднується з віссю потоку ротора:

            По останній системі координат розробляємо модель серводвигуна в рухливій системі координат, що зображена на рис.1.