Исследование силового магнитоэлектрического преобразователя в системе управления электропривода оси сканирования трехосного телескопа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.05, кандидат наук Субботин, Дмитрий Андреевич

• Субботин, Дмитрий Андреевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Субботин, Дмитрий Андреевич

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ «НАПРЯЖЕНИЕ-УГОЛ ПОВОРОТА»

1.1 Основные режимы работы электропривода сканирования и их

параметры

1.2 Известные системы сканирования

1.2.1 Системы лазерного сканирования

1.2.2 Системы тепловизионного наблюдения

1.3 Математические модели и динамические характеристики электромеханического преобразователя

1.3.1 Одномассовая модель системы «МЭП-механизм»

1.3.2 Двухмассовая модель системы «МЭП- механизм»

1.4 Демпфирование свободных колебаний оси ЭМП

2. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ СКАНИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ, ЗАМКНУТОЙ ПО УГЛУ ПОВОРОТА ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОСИ

2.1. Система подчинённого регулирования угла

2.1.1 Синтез подчинённой системы управления углового контура

2.1.2. Математическое моделирование процессов в угловом контуре

в режиме слежения за трапециидальным сигналом задания

2.2. Формирование альтернативных задающих воздействий для системы, замкнутой по углу поворота ротора

2.2.1. Формирование задающего воздействия в виде суммы гармонических составляющих трапециидальной диаграммы сканирования

2.2.2. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления £=0.03Гн

2.2.3. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления /,=0.6Гн

2.2.4. Алгоритм формирования программной траектории с непрерывным во времени ускорением задавания

2.2.5. Математическое моделирование процессов сканирования при значении индуктивности обмотки управления 1,=0.6Гн

3. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ СКАНИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ, ЗАМКНУТОЙ ПО СКОРОСТИ ИСПОЛНИТЕЛЬНОЙ ОСИ

3.1. Системы управления, замкнутые по скорости исполнительной оси

3.1.1 Одноконтурные системы с П и ПД-регуляторами скорости

3.1.2 Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и двумя ПИ- регуляторам во внешнем

3.1.3 Двухконтурная система с ПД- регулятором во внутреннем контуре и ПИ+И регуляторами во внешнем

3.2. Формирование задающего воздействия для системы, замкнутой по скорости

3.2.1. Формирование задающего воздействия с нулевыми значениями ускорения при смене рабочих участков диаграммы сканирования

3.2.2. Алгоритм формирования программной траектории с непрерывным во времени ускорением задавания для системы управления, замкнутой по скорости

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ОСИ СКАНИРОВАНИЯ

4.1. Функциональная схема электропривода оси сканирования

4.2. Экспериментальное исследование электропривода оси сканирования

ИКТ «Берет-06»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование силового магнитоэлектрического преобразователя в системе управления электропривода оси сканирования трехосного телескопа»

ВВЕДЕНИЕ

Системы управления движением прецизионных электроприводов квантово-оптических комплексов нового поколения содержат энергетические и информационные подсистемы, отличающиеся разнообразием как инфраструктур и элементной базы, так и внешних связей [1]-[4].

Основу системы наведения (СН) оси инфракрасного телескопа составляют опорно-поворотное устройство (ОПУ) и силовые следящие электроприводы (ССЭП). Здесь рассматривается система наведения на основе трехосного ОПУ, с конструктивной схемой, представленной на рис.0.1.

ЫЭП

Рис.0.1. Конструктивная схема трёхосного телескопа.

ОПУ содержит азимутальную ось, угломестную ось и ось сканирова-ния. На каждой из осей расположен электроагрегат, содержащий элект-рический двигатель и датчики угла поворота и скорости двигателя.

ССЭП азимутальной и угломестной осей ОПУ системы наведения телескопа обычно должны удовлетворять следующим требованиям [5]:

-развивать мощность, достаточную для преодоления суммарных нагрузочных моментов, действующих на оси ОПУ в процессе наведения или слежения;

- обеспечивать широкий диапазон регулирования по скорости и плавность наведения на низких скоростях слежения;

- обеспечивать заданные статические и динамические точности наведения в основных режимах работы в условиях флюктуирующей ветровой нагрузки.

Рис. 0.2. Фотография трёхосного телескопа

Современная тенденция построения электроприводов слежения азимутальной и угломестной осей ОПУ квантово-оптических систем последнего поколения, которые отличаются высокими требованиями к

статической и динамической точности, заключается в отсутствии согласующих редукторов, исполнительных двигателей постоянного тока с малой надёжностью и переходу к безредукторным следящим электроприводам, построенным на базе синхронных электродвигателей. Управление подобными двигателями осуществляется от транзисторных инверторов с использованием обратных сигналов датчиков угла поворота ротора двигателя. Кроме известных преимуществ, такой подход обуславливает появление и ряда дополнительных проблем, таких как расширение требуемого диапазона плавных скоростей слежения до значений десятков тысяч, снижение частот механического резонанса осей опорно-поворотных устройств, увеличение коэффициентов соотношения масс и т.п [6].

Поскольку ОПУ комплексов траекторных измерений являются уникальными изделиями, с проектировкой под конкретные назначения, то в условиях исполнения силовых следящих электроприводов наведения без использования редукторов, электрические машины имеют встраиваемую конструкцию и специальное исполнение. Проблемам построения таких приводов посвящено достаточно много работ теоретического и прикладного характера. [7-9]

Специфичными являются требования к электроприводам осей сканирования. Во многих случаях они должны обеспечить движение оси в пределах малых углов в соответствии с временной диаграммой, представленной на рис.0.3.

Полный цикл сканирования ТСк содержит 2 участка рабочего хода и ) с длительностью и 2 участка нерабочего хода и ) с

длительностью ¿нр. Длительность нерабочего хода измеряется между окончанием одного рабочего хода и началом следующего. На участках рабочего хода угол поворота оси должен меняться линейно в пределах от -агр до +агр с допустимой погрешностью нелинейности Дн%. Закон изменения угла на участках нерабочего хода не лимитируется.

Рис.0.3. Диаграмма сканирования

Помимо требований к линейности по углу, к системам сканирования предъявляются требования на формирование синхросигналов углового положения оси сканирования. Данные требования непосредственно связаны с назначением сканирующей оси: спектральным анализом летящих объектов. Требования включают в себя:

- временной интервал между фронтами импульсов в угл с;

- временной интервал между соседними импульсами в мкс;

- число импульсов на рабочем участке диаграммы сканирования.

Для соблюдения временных интервалов между фронтами импульсов и соседними импульсами, а также формирования требуемого количества импульсов на рабочем участке, требуется поддерживать значение скорости в заданном диапазоне.

Помимо указанных выше требований, существенным отличием электропривода оси сканирования являются большие моменты инерции на валу ротора. Это связано с установкой оборудования непосредственно на рабочую ось телескопа.

На текущий момент в свободном доступе не существует готового технического решения для систем с подобными моментами инерции в явном виде. Данные системы часто связаны с оборонной и военной промышленностью и авторскими разработками компаний, что затрудняет поиск аналогов и их характеристик. В большинстве современных систем, информация о которых находится в свободном доступе, применяется принцип получения

7

информации о сканируемых объектах с помощью зеркал, расположенных на рабочем органе сканирующей оси и передающих информацию непосредственно на неподвижное приёмное устройство.

Существуют несколько областей, в которых применяются сканирующие системы. Среди них можно выделить: лазерное сканирование, сканирование в радиолокации, акустическая локация и сканирующие устройства тепловизионных приборов (тепловизоров).

При лазерном сканировании производят высокоскоростные измерения расстояния от сканера до точек объекта и записи соответствующих направлений (горизонтальных и вертикальных углов). В сущности, измеряемые величины при наземном лазерном сканировании (НДС) аналогичны величинам, получаемым при работе с электронными тахометрами. Тем не менее, при применении НЛС осуществляется принцип тотальной съёмки объекта, а не его отдельных точек, что позволяет характеризовать НЛС как съемочную систему, результатом работы которой является так называемый скан - трёхмерное изображение [10].

Предназначенная для проведения наземного лазерного сканирования система изображена на рис.0.4 и состоит из: 1 - лазерный дальномер; 2 -приемо-передающий тракт дальномера; 3 - сканирующее зеркало (призма); 4 -сканирующая головка сканера; 5 - кабель, соединяющий лазерный сканер с полевым компьютером; 6 - полевой компьютер (промышленный ноутбук) со специализированным программным обеспечением; 7 - носитель информации.

Сервопривод и полигональное зеркало или призма выступают в качестве блока развертки в НЛС. Луч отклоняется на заданную величину в горизонтальной плоскости с помощью сервопривода, при этом верхняя часть сканера, называемая головкой, поворачивается. В вертикальной плоскости развертка осуществляется благодаря вращению или качанию зеркала. Направление распространения лазерного луча и расстояние до точек объекта фиксируются в процессе сканирования. Итогом работы системы будет растровое изображение - скан. [10]

Рис. 0.4. Состав и принципиальная схема наземной сканирующей

системы.

Радиолокацией называется совокупность методов и технических средств, предназначенных для обнаружения различных объектов в пространстве, измерения их координат и параметров движения посредством приема и анализа электромагнитных волн, излучаемых или переизлучаемых объектами. [11]

В радиолокации наиболее часто измеряются дальность между целью и РЛС (радиолокационных станций), угловые координаты (азимут, угол места) и радиальная, относительно радиолокатора, составляющая скорости движения.

Радиолокационный обзор может выполняться несколькими способами: последовательным, одновременным (параллельный) и смешанным. При последовательном обзоре РЛС узким лучом с угловыми скоростями сощ, соум (азимут и угла места) сканирует зону радиолокационного обзора. Если из двух угловых координат измерению подлежит только одно координата, то луч антенны формируют таким образом, чтобы плоскость неизмеряемой

9

координаты имела большую ширину. Это условие является необходимым для перекрытия за один оборот антенны всей зоны радиолокационного обзора по данной координате. Подобный тип обзора называется секторным или круговым.

На рис.0.5., а,б проиллюстрирована работа радиолокационной станции, сжатая в горизонтальной плоскости и вертикальной плоскостях соответственно. Первая используется в РЛС, измеряющих дальность и азимут, а вторые применяют для РЛС, определяющих высоту цели или её угол места. На практике данные антенны работают в комплексе: обзор начинается с кругового вращения первой антенны вокруг вертикальной оси, на следующем этапе производится дистанционный разворот второй антенны на выявленный азимут интересующей цели и затем качание этой антенны вокруг горизонтальной оси с одновременным измерением угла места или высоты цели.

Если при необходимости осуществления точного измерения обеих угловых координат, применяют однолучевой обзор, то сканирование будет осуществляться игольчатым лучом по спирали, винтовой линии или по другой сложной траектории (рис.0.5 в-д). [11]

Звуковой (акустической) локацией называют метод обнаружения и исследования объектов путем анализа излученных ими или отраженных от них ультразвуковых волн.

Рассмотрим принцип действия стандартного звукового локатора. После включения прибора, задействуется звуковой генератор, распространяющий вокруг себя звуковые колебания. При встрече с препятствием, эхо звукового сигнала отражается и, по прошествии некоторого времени, попадет на приёмное устройство. Полученный локатором сигнал эха усиливается с помощью усилителя сигнала и поступает на детектор. При появлении на входе детектора сигнала, прибор отключает звуковой генератор. Звуковой генератор не работает, пока на входе детектора имеется какое-то напряжение. Генератор работал ровно столько, сколько времени потребовалось, чтобы сигнал от громкоговорителя дошел до микрофона. Столько же времени после этого громкоговоритель будет молчать.

Состоящий из звукового импульса и паузы, рассмотренный цикл будет повторяться через каждые Т с. В результате схемой будут генерироваться звуковые посылки с частотой : /=1/Т'.

Теперь необходимо измерить частоту генерации сигнала и произвести расчёт расстояния до препятствия. Данная задача решается частотометром.

Р_е До П_ Равн0: скорое. зВуКа е метрах за

секунду, I7— частота генерации в герцах. [12]

Устройства, используемые при наблюдении нагретых объектов по их собственному тепловому излучению, называются тепловизорами. Усиленное и автоматически обработанное невидимое глазом человека инфракрасное

излучение преобразуется в электрические сигналы, которые вновь преобразуются в видимое изображение объектов [13].

Видимое изображение исследуемого объекта в тепловизорах, построенных на основе оптико-механического сканирования получают через развертку (разложение) объекта на определённое число элементарных площадок. Данные площадки называют элементами разложения, являющимися наименьшей деталью, которую может воспроизвести данная система.

Рис. 0.6 Упрощенная структурная схема тепловизора с оптико-механическим сканированием

Принцип действия заключается в следующем: пройдя через слой атмосферы, разделяющий прибор и наблюдаемый объект, тепловое излучение объекта 1 (рис.0.6.) и его окружения, фокусируется объективом 2 на чувствительную площадку приёмника излучения (ПИ) 4. Развертка объекта осуществляется последовательным направлением на ПИ изображения различных элементов объекта. Полученный телевизионный сигнал усиливается и преобразуется усилителем 5, после чего подается в индикатор ВКУ 6, формирующий видимое изображение объекта или производящим запись сигнала с помощью какого-либо регистратора. ВКУ получает также сигналы синхронизации от элементов 7, связывающих сканирующее устройство и ВКУ.

На рис.0.7. приведён пример сканирования колеблющимися плоскими зеркалами. Плоское зеркало совершает колебания относительно двух осей, расположенных перпендикулярно друг к другу, что позволяет проводить сканирование теплового поля прямоугольной формы. Посредством различных электромеханических и электромагнитных приводов достигается изменение положения зеркала в пространстве. В процессе сканирования мгновенное поле

зрения прибора движется в плоскости расположения наблюдаемого объекта, образуя телевизионный растр [13].

Рис. 0.7. Сканирующие устройства с колеблющимся зеркалом, размещенным в параллельном (а) или в сходящемся (б) пучке лучей: 1 — приёмник излчения; 2 — объектив; 3 — сканирующее зеркало; 4 — поле обзора.

Предварительный анализ существующих систем сканирования показал, что принципы работы акустической локации и радиолокации кардинально отличаются от принципов работы сканирующих систем телескопов: в радиолокации сканирующая ось двигается по сложной траектории, в некоторых случаях совершая полный оборот, а в акустической локации вообще не происходит поворота рабочего органа.

Системы лазерного сканирования и системы сканирования тепловизоров по функциональному назначению и принципу действия гораздо ближе к исследуемому объекту.

Однако уже на основе предварительного анализа (более подробный анализ существующих систем лазерного сканирования и систем сканирования тепловизоров приведён в главе 1) можно говорить о невозможности применения данных систем для сканирующей оси телескопа в силу ограничения на максимально возможные моменты инерции нагрузки на валу двигателя.

Очевидно, что для реализации работы системы сканирования трёхосного телескопа необходимо использовать силовые электромеханические

преобразователи с ограниченным углом поворота и высоким значением развиваемого электромагнитного момента.

Перспективно применение для этих целей бесконтактных магнитоэлектрических преобразователей (МЭП) входного электрического сигнала (напряжения или тока) в пропорциональное угловое перемещение его ротора а [7], [8] . Поскольку такие преобразователи, как и собственно ОПУ, являются уникальными и имеют встраиваемую конструкцию, то на этапе эскизного проектирования встает вопрос о принципиальной возможности обеспечения заданных технических требований к электроприводу. Этот вопрос может быть решен на основе предварительного моделирования системы с известными параметрами МЭП и исполнительной оси.

Целью работы является теоретический анализ, математическое моделирование и экспериментальное исследование функционирования магнитоэлектрического преобразователя (МЭП) напряжения в угол поворота в системе управления электропривода оси сканирования для системы наведения трехосного инфракрасного (ПК) телескопа большими моментами инерции на валу. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

• разработка адекватных математических моделей МЭП и анализ его статических и динамических характеристик;

• разработка математических моделей и синтез систем управления электропривода оси сканирования;

• моделирование процессов в режимах сканирования электропривода;

• выбор рациональной структуры системы управления электроприводом оси сканирования на основе сравнительного анализа статических и динамических характеристик электроприводов, замкнутых как по углу поворота исполнительной оси, так и по угловой скорости;

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы теории электрических цепей, методы теории электрических машин, методы теории автоматического управления, методы теории идентификации, методы математического моделирования сложных машинно-вентильных

систем с использованием пакета Ма^аЬ, методы интерактивной отладки алгоритмов систем автоматического регулирования электроприводов с использованием программного комплекса СБПЭТ (система быстрого прототипирования электропривода телескопа) (гос.рег. № 2009611420 от 12.03.2009).

Научная новизна: работы заключается в разработке аналитических соотношений для расчёта электромеханических переходных процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя напряжение-угол поворота, подтверждённые экспериментально; структурных решениях систем управления и строгих методик их синтеза, учитывающих конструктивные особенности электропривода на основе МЭП, параметры задаваемой диаграммы сканирования и требования, предъявляемые к точности поддержания скорости на рабочих участках заданной диаграммы сканирования, а также в алгоритмах формирования задающих воздействий на входе электропривода оси сканирования, дополняющие системы управления электропривода и обеспечивающие тем самым воспроизведение с требуемой точностью рабочих участков заданной диаграммы сканирования с учетом ограниченных динамических возможностей энергетических подсистем.

Практическая ценность результатов работы заключается в следующем:

- разработаны аналитические соотношения для расчёта электромеханических переходных процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя напряжение-угол поворота;

- разработаны структурные решения и методики синтеза систем управления замкнутых по углу поворота и угловой скорости МЭП с нагрузкой, нашедшие практическое применение при настройке электропривода оси сканирования трехосного телескопа траекторных измерений на заводе

изготовителе ОПУ ТТИ (ОАО «106 экспериментальный оптико-механический завод»).

- выработаны рекомендации по проектированию электроприводов на основе МЭП, исходя из требуемой динамики привода, моментах сопротивления на валу ротора и суммарном моменте инерции обеих масс.

Положения, выносимые на защиту

1) Аналитические соотношения для расчёта электромеханических переходных процессов в электроприводе, построенном на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя напряжение-угол поворота, подтверждённые экспериментально.

2) Структурные решения систем управления электропривода, обеспечивающие воспроизведения с требуемой точностью рабочих участков заданной диаграммы сканирования и строгие методики их синтеза

3) Алгоритмы формирования задающих воздействий на входе электропривода оси сканирования, обеспечивающих повышение точности воспроизведения диаграммы сканирования с учетом ограниченных динамических возможностей энергетических подсистем.

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ «НАПРЯЖЕНИЕ-УГОЛ ПОВОРОТА».

1.1. Основные режимы работы электропривода сканирования и их

параметры

Электропривод должен обеспечить сканирование оси ИК-телескопа (центрального оптического модуля) в режимах широкого и узкого угловых полей, а его аппаратура должна выдавать на внешнее фотоприемное устройство синхросигналы в реальном масштабе времени, формируемые с датчика углового положения оси сканирования.

Предельные углы поворота (апр) сканирующей оси в режиме широкого углового поля ± 1,0°, в режиме узкого углового поля колебания - ± 10'.

Рабочие углы поворота сканирующей оси (агр) (диапазоны сканирования) в режиме широкого углового поля ± 0,5°, в режиме узкого углового поля колебания - ± 5'.

Время выхода на одну из границ рабочего диапазона углов из произвольной точки первоначального положения, расположенной в диапазоне предельных углов должно быть не более 1 с.

Время выхода на одну из границ рабочего диапазона углов из произвольной точки первоначального положения, расположенной в диапазоне предельных углов широкого углового поля должно быть не более 1 с.

Время выхода на одну из границ рабочего диапазона углов из произвольной точки первоначального положения, расположенной в диапазоне предельных углов узкого углового поля должно быть не более 0.2 с.

Частота колебания оси должна быть (0,41710,005) Гц при сканировании в режиме широкого углового поля и при сканировании в режиме узкого углового поля - (2,027±0,005) Гц.

Длительность рабочего хода должна быть не менее 1с при сканировании в режиме широкого углового поля и не менее 1/6 е.- в режиме узкого углового поля.

Допустимое максимальное отклонение закона колебания на рабочем участке от линейного (погрешность нелинейности Дн) должно быть не более 10% и 5% при сканировании соответственно в режиме широкого и узкого углового поля. Допустимые максимальные отклонения скорости от номинальной (Дп) на рабочих участках - 8%.

Приведенные технические требования в квазиустановившихся режимах сканирования сведены в таблицу 1.1. Таблица 1.1

Режим сканирования С^грэ С'ПР? ТСк. с ¿р, с ^нр 1 С А„% Ап%

Широкое угл. поле 30 60 2.4 1 0.2 10 8

Узкое угл. поле 5 10 0.5 0.17 0.08 5 8

1.2. Известные системы сканирования

Во введении нами были рассмотрены различные системы сканирования, известные на данный момент. Среди рассмотренных были выбраны наиболее соответствующие исследуемой системе: системы лазерного сканирования и системы сканирования, применяемые в тепловизионных приборах. Проведём анализ данных систем более подробно.

1.2.1 Системы лазерного сканирования

Среди устройств управления пространственным положением лазерного пучка наибольшее распространение получили электромеханические дефлекторы, обеспечивающие сканирование пучка по произвольному закону с высоким разрешением и точностью. Однако для современных систем сканирования требования к динамическим качествам систем управления дефлекторов определяются характеристиками всей системы в соответствии с

18

- выбранным сочетанием показателей "быстродействие - точность - метод сканирования". Например, часто в качестве показателя быстродействия приводится время переходного процесса при отработке минимального приращения сигнала управления. Однако на самом деле очень трудно сопоставить динамические свойства дефлекторов различных фирм по этому показателю, т.к. они определяется настройкой всей системы сканирования в соответствии с нагрузкой (апертурой лазерного пучка) и принятым каждым производителем компромиссом между точностью и скоростью.

В статье [17] рассмотрена взаимосвязь между методами структурно-функциональной организации современных дефлекторов и параметрами всей системы сканирования с учетом взаимодействия силового электромеханического преобразователя с регулятором в замкнутом контуре управления. Авторами также предпринята попытка анализа практических применений дефлекторов с подвижным ротором из магнитомягкой стали (электромагнитных роторов), гальванометров с подвижным магнитом и магнитоэлектрических приборов с подвижной рамкой. Приведём некоторые выдержки из этой статьи.

Электромагнитные дефлекторы (ЭМД).

Электропривод данного дефлектора отличается тем, что и постоянные магниты, и обмотки управления размещены на статоре, а через ротор, выполненный из магнитомягкой стали, проходят магнитные потоки, создаваемые статором. Один из потоков (поток управления) - продольный, разветвленный в зоне каждого зубца, а другой (поток магнитов) - поперечный. В одних зазорах потоки складываются, а в других вычитаются. При этом возникает момент сил, поворачивающий ротор в сторону, где потоки складываются.

Однако момент сил, действующих на ротор, пропорционален магнитному потоку через площадь воздушного зазора между ротором и статором, а значение этой площади непрерывно меняется при повороте ротора, т.е., момент сил, развиваемый приводом, убывает с ростом угла сканирования. Это снижает

эффективность применения данного метода при больших углах развертки лазерного пучка.

Дефлекторы с подвижным магнитом (ПМ).

Электропривод дефлектора с подвижным магнитом состоит из кольцевого магнитопровода, цилиндрического магнита и обмотки управления, являющейся частью статора. Момент сил, действующий на ротор, в два раза меньше, чем у ЭМД. Практической основой создания такого класса приборов - послужило появление постоянных магнитов на основе редкоземельных материалов с величиной индукции более единицы Тесла (например Бе-Ш-В).

Отличительной особенностью ПМ от всех других типов моментных двигателей является постоянство площади взаимодействия потока ротора со статором. По этой причине отклонение ротора не создает противодействующих магнитных сил. Кроме того, ПМ характеризуется большим диапазоном углов отклонения ротора, в пределах которого момент, развиваемый электромеханическим преобразователем электропривода, не зависит от угла поворота ротора.

Магнитоэлектрические дефлекторы с подвижной рамкой (МД).

Магнитоэлектрические дефлекторы состоят из ротора с обмоткой управления в виде рамки, и статора, содержащего магнитопроводы и магниты. МД отличается от ПМ меньшим рабочим углом (так как зона взаимодействия статора и ротора ограничена) и меньшим моментом сил (поскольку небольшая подвижная рамка создает слабое магнитное поле). По указанным причинам МД обычно используют для управления широкими световыми пучками в пределах малых углов.

Системные параметры современных сканирующих систем на основе некоторых наиболее распространенных дефлекторов приведены в таблице. 1.2.

Таблица. 1.2. Системные параметры современных сканирующих системна

основе некоторых наиболее распространенных дефлекторов

Дефлектор, фирма-производитель Тип дефлектора Угол сканирования луча, град. Момент инерции привода, г- см2 Оптим. размер зеркала, мм Время переходного процесса, мс

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Субботин, Дмитрий Андреевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Васильев В.Н., Томасов B.C., Шаргородский В.Д. Состояние и перспективы развития прецизионных электроприводов комплексов высокоточных наблюдений //Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т.51, N6. с. 5-12.

2. Синицын В.А., Толмачев В.А., Томасов B.C. Системы управления комплексом позиционирования и слежения.// Изв. вузов. Приборостроение. 1996. Т. 39, № 3, с. 22-27.

3. Томасов B.C. , Денисов K.M. ., Толмачев В.А., Следящие электроприводы систем наведения оптико- механических комплексов нового поколения// Тр. V междунар. (XVI Всеросс.) конф. по автоматизированному электроприводу. АЭП - 2007 г. СПб, 2007. с . 175- 177.

4. Синицын В.А., Томасов B.C. Энергоподсистемы следящих электроприводов измерительных комплексов // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, № 6, с. 12-17.

5. Белянский П.В., Сергеев Б.Г. Управление наземными антеннами и радиотелескопами. -М. : Сов. Радио, 1980. -280 с.

6. Кротенко В.В., Толмачев В.А.,Томасов B.C., Синицын В.А. Синтез микропроцессорной системы управления электропривода опорно-поворотного устройства //Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т.47, N11. с.30-35

7. Садовников М.А., Томасов B.C., Толмачев В.А., Прецизионный электропривод для оптических комплексов контроля космического пространства//Изв. Вузов. Приборостроение. -2011. -№6 (54). С.81-86.

8. Толмачев В.А. Синтез следящего электропривода оси опорно-поворотного устройства // Изв. Вузов. Приборостроение. - 2008. -Т51. -№3. -с.68-72.

9. Толмачев В.А., Никитина М.В., Сергеева М.Е. Синтез системы управления электропривода азимутальной оси алтайского телескопа

ТИ.З-12.//Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. -2010. -№5(69). -С.39-43

Ю.Середович В. А., Комиссаров А. В., Комиссаров Д. В., Широкова Т.

A. Наземное Лазерное Сканирование. -Новосибирск: CITA, 2009. - 261 с.

11. Бакулев П.А. Радиолокационные системы: Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004.

12.Марденский. В.Н., Бобылев И.В., Андрюхин М.В., Стрелков В.Ф., Титов

B.Г., Чернов Е.А.Электропривод вращения РЛС на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами// Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2012. С.599-602.

13.Белоцерковский Г.Б. Основы радиолокации и радиолокационные устройства. -М.: Советское радио, 1975.

14. Э.Ш.Айрапетьянц, А.И.Константинов, «Эхолокация в природе», Ленинград, издательство «Наука» ленинградское отделение, 1974г

15. www.leg.co.ua

16.Решетников Е.М., Саблин Ю.А. Электромеханические преобразователи гидравлических и газовых приводов. М.: Машиностроение, 1982. 144 с.

17. Ю.В.Ларченко. Современные сканирующие системы на основе электромеханических дефлекторов света./ Ю.В.Ларченко, А.М.Леонов,

C.М.Жук. //ЛАЗЕР-ИНФОРМ, 2003, № 9-10(264-265) май.

18. http://www.riegl.ru/

19. Системы тепловидения. / Дж. Ллойд. М.: Мир, 1978.407с.

20. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение./ Ж. Гроссорг.: Пер. с франц. М.: Мир, 1988. - 416 е.: ил

21. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем./ Макаров A.C., Омелаев А.И., Филлипов В.Л. М15 Научно-техническое издание. Казань: Издательство «Унипресс», 1998. - 320 с.

22. Разработка тепловизионного контрольного устройства состояния высоковольтного тракта. Текст: отчет по НИОКР, шифр "Контроль" (промежуточный):/ ЗАО «НПФ «ОПТООЙЛ», рук. Алеев P.M.; исп.: Бусарев A.B. [и др.]- Казань 2000.- 58 е.- Библиогр. с. 58.

23. Р.М.иАлеев, P.A. Насибуллин. Сравнение вариантов сканирования в ТВП 2-го поколения. // Труды XIX международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения. ГНЦ РФ, ФГУП НПО «ОРИОН», 2006,- 80с.

24. Алеев P.M. Анализ вариантов реализации режимов ВЗН в тепловизорах 2-го поколения./ Алеев P.M., Насибуллин P.A.// Известия ВУЗов. Приборостроение. СПбГУИТМО, 2006, № 5 май.

25.Приборы ночного видения./ Л. 3. Криксунов изд. «ТЕХНИКА», КИЕВ — 1975, «Техшка», 1975, стр. 216.

26.Проектирование электрических машин: учебник для вузов/ под редакцией И.П. Копылова. - М.: Издательство Юрайт, 2011. -767с.

2 7. Математические модели и динамические характеристики

электромеханических преобразователей с ограниченным углом поворота / В. А. Толмачев, Г.Л. Демидова// Изв. Вузов. Приборостроение, 2008. Т.51, №6.

28. Толмачев В.А., Субботин Д.А. Синтез системы управления электропривода сканирующей оси инфракрасного телескопа // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2011. - № 5 (75). - С. 53-57. -ISSN 2226-1494

29. Юлиус Ту. Современная теория управления. Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1971.- 472 с.

30. Субботин Д.А. Исследование режима сканирования инфракрасного телескопа // Вестник научно-технического развития: Интернет-журнал. -№ 7 (47). - 2011 г. - 0421100120X0030.

31.Атабеков Г.И. Теоретические основы электротехники .4.1. Линейные электрические цепи. -М.: Энергия, 1978. 592 с.

32.Бессонов Теоретические основы электротехники.. Электрические цепи. М.: Высшая школа.. 1978. -528 с.

33.Ф. Фрер, Ф. Орттенбургер. Введение в электронную технику регулирования. Москва. Энергия. 1973

34. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. -М.: Энергоатомиздат. 2001. - 704 с.

35.В.Н. Дроздов, В.А. Толмачев, Д.А.Субботин. Задатчик реверсивного электромеханического развертывающего устройства // Вестник ИГЭУ. -Иваново, 2012. - Вып. 6. - С. 122-126 - ISSN 2072-2672.

36.Дьяконов B.II._Simulink 5/6/7. -М.: ДМК-Пресс, 2008. - 784 с.

37.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2009611420 «Программный комплекс СБПЭТ (система быстрого прототипирования электропривода телескопа)» от 12.09.2009. Авторы Гурьянов A.B., Денисов K.M.

38. Субботин Д. А. Проблемы повышения точности воспроизведения диаграммы сканирования электроприводом на основе бесконтактного магнитоэлектрического преобразователя с ограниченным углом поворота // Сборник тезизов докладов конгресса молодых ученых. - Санкт-Петербург: НИУ ИТМО, 2012. - Вып. 2. - С. 284-286.

39. Толмачев В.А., Субботин Д.А. Одноконтурная система управления оси сканирования инфракрасного телескопа с пропорционально -дифференциальным регулятором скорости // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики - 2012. - № 3 (79). -С. 73-78. - ISSN 2226-1494

40. Субботин Д.А. Формирование задающего воздействия ввиде трапецеидальной диаграммы сканирования // Альманах научных работ молодых ученых НИУ ИТМО. - Санкт-Петербург, 2012.

41.http://renishaw.ru - официальный сайт компании Renishaw

42.Renishaw. Signum encoder syster "