Другие предметы \ Локальные системы управления

Проектирование локальной системы глубоководного манипулятора бурения донной поверхности для взятия проб грунта, страница 3

Глубоководный аппарат находится в условиях высокого давления и удалённость от внешних источников питания, поэтому применение гидро или пневмо двигателей невозможно вследствие того что необходимо было бы создавать в гидро или пневмо системе давление рабочей среды превышающее в несколько раз давление окружающей среды. Из выше сказанного следует, что целесообразно применять электрические двигатели. Из всех электрических двигателей выбор двигателя постоянного тока обусловлен следующими причинами:

- наличие аккумуляторных батарей на борту аппарата;

- отсутствие одно- и трёхфазной сети питания;

- лёгкость управления и значительный диапазон плавного регулирования угловой скорости и вращающего момента;

- линейность механических характеристик;

- значительная величина пускового момента;

- высокий КПД;

- высокая надёжность;

- удобство управления с помощью электромагнитного усилителя.

В соответствии с уравнением скоростной характеристики возможны три способа регулирования угловой скорости электродвигателя – за счёт изменения управляющего напряжения, потока возбуждения и сопротивления в цепи якоря.

В автоматике нашли применение в основном два первых способа, в которых используется якорное (независимое возбуждение), полюсное (со стороны обмотки возбуждения), а также комбинированное управление. Для построении ЛСУ бурения для взятия проб грунта выбирается якорное управления угловой скорости.

Составляется систему уравнений, описывающая динамику электродвигателя, нагруженного на инерционно-вязкое механическое сопротивление.

Дифференциальное уравнение баланса напряжений согласно закону Кирхгофа [9]

Подпись: (2.1)

где R_я – сопротивление обмотки якоря;

L_я – индуктивность обмотки якоря;

I_я– управляющий ток в цепи якоря;

U_упр– напряжение управления;

Е_пр– противо-ЭДС якоря.

Переходя к операторному выражению

Подпись: (2.2)

Подпись: (2.3) Противо - ЭДС двигателя

где С_е – коэффициент зависящий от конструкции выбранного двигателя сопротивление обмотки якоря;

ω – скорость вращения якоря двигателя.

Вращающиё момент двигателя

Подпись: (2.4)

где С_м – коэффициент зависящий от конструктивных особенностей ДПТ;

I_я – ток якоря.

В динамическом режиме поведение двигателя описывается основным уравнением электропривода

Подпись: (2.5)

где M_дв – вращающий момент двигателя;

J_дв – момент инерции двигателя;

J_нагр – момент инерции двигателя;

η – общий КПД механической передачи;

ε_Н – ускорение в нагрузке;

i – передаточное отношение редуктора.

В операторной форме

Подпись: (2.6)

где J_пр – приведённый к валу двигателя момент инерции.

Приведённые соотношения представляют собой линейную систему, описывающую динамику ДПТ. Система линейных уравнений, преобразованных по Лапласу

Подпись: (2.7) .

Обозначим

Подпись: (2.8) , , .

По системе уравнений выводится передаточная функция электродвигателя постоянного тока с якорным управлением по управляющему воздействию

Подпись: (2.9) ,

где T_м – механическая постоянная времени;

T_Э – электрическая постоянная времени;

k_дв - коэффициент передачи двигателя.

При построении следящего привода применяется цилиндрический редуктор, марка и тип которого определяются при дальнейших расчётах. Коэффициент полезного действиям (КПД) цилиндрического редуктора , выбирается из промежутка 0,98…0,985. КПД одной пары подшипников качения , выбирается из промежутка 0,99…0,995. КПД изолирующих материалов от внешнего давления , выбирается в равным 0,631 [9].