Шаговый электропривод широко применяется в современных автоматизированных системах как элемент, наиболее удачно сочетающийся с ЭВМ. К таким системам относятся станки с программным управлением, бортовая аппаратура летательных аппаратов авиации, ракетной и космической техники, различного рода комплексы автоматизации технологических процессов и т.д.
Системы с шаговым приводом при дискретном управлении от ЭВМ более компактны, надежны и точны. Процесс замены обычных исполнительных механизмов в цифровых системах управления шаговыми двигателями (ШД) обусловлен также устойчивой работой последних при воздействии неблагоприятных климатических факторов, механических перегрузок и других возмущающих воздействиях.
Широкое распространение в следящих системах получил шаговый электропривод (Рис. 7.1 а), в котором выходная величина определяется только частотой и числом импульсных посылок на входе. Для обеспечения устойчивого движения и сохранения полученной информации в таком приводе статическая и динамическая ошибки ограничиваются значениями, зависящими от цены шага и числа тактов коммутации двигателя.
Ошибки, возникающие в разомкнутом шаговом приводе, т.е. колебания при пуске, торможении реверсе, резонансах определены и не поддаются управлению. Поэтому, качеством движения "в малом" не интересуются, рассматривая только усредненное синхронное слежение за поступающей информацией.
При этом быстродействие привода снижается, причем
частота переключений обмоток двигателя составляет 0,3¸0,4 частоты приемистости двигателя. Добротность по скорости следящего
контура шагового привода при условии безинерционности входящих в него элементов
может быть определена по выражению 
, где a0 – шаг
двигателя, fп – частота приемистости ШД, Da –
динамическая ошибка, q – коэффициент связи между fп и его частотой реверса.
Общая тенденция повышения требований к точности и скорости следящих систем привела к разработке как новых методов управления шаговыми двигателями, так и структур, реализующих эти методы.
Шаговый привод с малым потреблением энергии в варианте с разомкнутой структурой (двигатель и коммутатор) обеспечивает достаточную скорость отработки в следящем режиме и приемлемую дискретность в режиме позиционирования. Однако, поиски разрешения противоречия между повышенной дискретностью и большой скоростью исполнительного вала привели к разработке метода электрического дробления шага ШД. Электрическая редукция шага ШД позволяет повысить точность позиционирования системы. Повышение добротности следящего контура шагового привода, которое достигается увеличением предельной скорости вращения двигателя или уменьшением его динамической ошибки, осуществляется применением так называемого локально-замкнутого электропривода с датчиком шагов (ДШ) на валу, выход которого подключается на вход коммутатора двигателя. При наличии внешнего сигнала двигатель начинает вращаться под действием продвигающих импульсов с датчика, ускоряясь как машина постоянного тока. В этом режиме устраняются ограничения по динамической ошибке, что позволяет формировать траекторию движения по оптимальному закону, так как положение ротора в поле статора постоянно контролируется, и поле статора переключается таким образом, что энергия, воздействующая на ротор, все время максимальна.
Повышения добротности следящего контура можно достичь и с помощью программного частотного разгона двигателя до рабочих частот, превышающих частоту приемистости, а также применением искусственного дробления шагового двигателя.
С другой стороны, повышение показателей, связанных с точностью и быстродействием, может осуществляться с помощью методов оптимального управления. Задача оптимального управления шаговым приводом по реализуемому диапазону скоростей, устойчивости к качеству движения, с учетом режимов работы следящих систем, а также режимов работы самого привода является очень сложной и ее решение в плане технического выполнения диктует применение методов квазиоптимального управления и соответствующих устройств, реализующих эти методы. В зависимости от назначения следящей системы требования к приводу могут изменяться в широком диапазоне. При выборе типа привода очень важно исходить из того, чтобы требуемые показатели качества системы достигались при наиболее простой структурной реализации привода.
По закону регулирования все шаговые следящие системы можно разделить на релейные, пропорциональные и оптимальные по быстродействию. Релейные и пропорциональные законы регулирования могут быть реализованы как при использовании в следящей системе разомкнутого, так и локально-замкнутого шагового привода. Оптимальная по быстродействию система использует контроль по скорости ротора двигателя, поэтому может быть реализована только с локально-замкнутым приводом.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
