RU2381451C1 - Gyrostabiliser adaptive control system - Google Patents
Gyrostabiliser adaptive control system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381451C1 RU2381451C1 RU2008134194/28A RU2008134194A RU2381451C1 RU 2381451 C1 RU2381451 C1 RU 2381451C1 RU 2008134194/28 A RU2008134194/28 A RU 2008134194/28A RU 2008134194 A RU2008134194 A RU 2008134194A RU 2381451 C1 RU2381451 C1 RU 2381451C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- control
- inverter
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области проектирования приборов систем навигации и может быть применено для адаптивного управления асинхронными двигателями силовых гиростабилизаторов с изменяемым кинетическим моментом, применяемых, в частности, в системах ориентации искусственных спутников Земли (ИСЗ).The invention relates to the field of designing instruments for navigation systems and can be used for adaptive control of asynchronous motors of power gyrostabilizers with a variable kinetic moment, used, in particular, in orientation systems of artificial Earth satellites (AES).
В таких гиростабилизаторах двигатель-маховик (источник кинетического момента) разгоняется до номинальной скорости (первичный разгон), а затем по командам системы управления разгоняется или тормозится относительно номинальной скорости.In such gyrostabilizers, the flywheel engine (source of kinetic momentum) is accelerated to the rated speed (primary acceleration), and then it is accelerated or decelerated by the commands of the control system relative to the rated speed.
Развиваемый двигателем момент регулируется пропорционально величине сигнала управления, поступающего с датчика ориентации. Подобные способы стабилизации рекомендуются для высокоточных систем управления. Известны способы релейного, релейно-импульсного, пропорционального управления, которые применяются или могут быть применены для управления маховичными асинхронными двигателями. В системах управления ИСЗ средней точности (до 0,5÷1° на орбитах 200-800 км) в настоящее время наибольшее распространение получили релейные способы управления, в которых маховичный асинхронный двигатель периодически включается и выключается по цепи питания фазных обмоток. При этом потребляемая двигателем средняя мощность Рср=Рн·Y, где Рн - потребляемая двигателем импульсная мощность; Y - скважность включения или следования импульсов регулирования. Так как двигатель полностью отключается от источника питания в паузах между управляющими импульсами, то такая система отличается высокой экономичностью. На практике в установившемся режиме Y=0,05÷0,2.The moment developed by the engine is regulated in proportion to the magnitude of the control signal from the orientation sensor. Similar stabilization methods are recommended for high-precision control systems. Known methods of relay, relay-pulse, proportional control, which are used or can be applied to control flywheel asynchronous motors. In AES control systems of medium accuracy (up to 0.5 ÷ 1 ° in orbits of 200-800 km), relay control methods are currently the most widely used, in which a flywheel induction motor is periodically turned on and off through the power supply circuit of phase windings. In this case, the average power consumed by the engine is P cf = P n · Y, where P n is the pulse power consumed by the engine; Y is the duty cycle of switching on or following the control pulses. Since the engine is completely disconnected from the power source in the pauses between the control pulses, such a system is highly economical. In practice, in the steady state, Y = 0.05 ÷ 0.2.
Основным недостатком подобного рода способов и устройств является недостаточно высокая точность ориентации ИСЗ из-за наличия зоны нечувствительности и гистерезиса релейного элемента, отсутствие возможности осуществлять самонастройку (адаптацию) системы управления в широком диапазоне дестабилизирующих воздействий на ИСЗ.The main disadvantage of this kind of methods and devices is the insufficient accuracy of the satellite orientation due to the presence of a dead zone and hysteresis of the relay element, the inability to carry out self-adjustment (adaptation) of the control system in a wide range of destabilizing effects on the satellite.
Значительно большими возможностями в отношении точности ориентации ИСЗ обладают способы и устройства пропорционального регулирования момента маховичного двигателя, к которым относится и предлагаемая адаптаивная система управления (АСУ) гиростабилизатором.Significantly greater possibilities regarding the accuracy of the satellite orientation are possessed by the methods and devices of proportional control of the torque of the flywheel engine, which include the proposed adaptive control system (ACS) of the gyrostabilizer.
Широко известны способы и схемы регулирования момента асинхронного двигателя, основанные на изменении амплитуды напряжения, подводимого к обмоткам асинхронного двигателя, пропорционально сигналу управления. Такие устройства обладают хорошей линейностью зависимости момента двигателя от величины сигнала управления, но отличаются существенным недостатком: вследствие того, что обмотки ротора асинхронного двигателя постоянно находятся под напряжением и, следовательно, постоянно потребляют мощность. Такого рода устройства крайне не экономичны. Дело в том, что маховичный двигатель системы управления ИСЗ большую часть времени в установившемся режиме работает в зоне малых сигналов, развивая при этом момент, составляющий 10-20% от максимального. Поэтому постоянное потребление мощности обмотками возбуждения и эллиптичность магнитного поля резко ухудшают энергетические показатели маховичного двигателя.Widely known are methods and circuits for controlling the torque of an induction motor, based on a change in the amplitude of the voltage supplied to the windings of the induction motor in proportion to the control signal. Such devices have a good linear dependence of the motor torque on the magnitude of the control signal, but differ in a significant drawback: due to the fact that the rotor windings of the induction motor are constantly energized and, therefore, constantly consume power. Such devices are extremely economical. The fact is that the flywheel engine of the satellite control system most of the time in the steady state operates in the zone of small signals, while developing a moment of 10-20% of the maximum. Therefore, the constant power consumption of the field windings and the ellipticity of the magnetic field dramatically worsen the energy performance of the flywheel engine.
Наиболее экономичны устройства, осуществляющие регулирование напряжения на всех фазах двигателя. Потребляемая при этом мощность изменяется от нуля до максимальной в зависимости от сигнала управления. Известны устройства такого типа, например следующие:The most economical devices that regulate the voltage at all phases of the motor. The power consumed in this case varies from zero to maximum depending on the control signal. Devices of this type are known, for example, the following:
1. Петров Б.Н. Избранные труды. Управление авиационными и космическими аппаратами, т.2. М.: Наука, 1983 г., с.303-305.1. Petrov B.N. Selected Works. Management of aircraft and spacecraft, t.2. M .: Nauka, 1983, p.303-305.
2. Усышкин Е.И. Инвертор с широтно-импульсной модуляцией. Электричество, 1968, №6. 2. Usyshkin E.I. Pulse Width Modulated Inverter. Electricity, 1968, No. 6.
3. RU 2099665 C1 (Военная академия противовоздушной обороны им. Маршала Советского Союза Жукова Г.К) 20.12.1997, F41G 7/22.3. RU 2099665 C1 (Military Academy of Air Defense named after Marshal of the Soviet Union G. Zhukov) 12.20.1997, F41G 7/22.
4. RU 2044274 C1 (Производственное объединение "Корпус") 20.09.1995 G01C 25/00.4. RU 2044274 C1 (Production Association "Housing") 09/20/1995 G01C 25/00.
5. Калихман Д.М. Основы проектирования управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов. - Саратов: Изд.-во Сарат. Гос. Техн. Университета, 2001. - 336 с.5. Kalikhman D.M. Fundamentals of the design of controlled bases with inertial sensitive elements for the control of gyroscopic devices. - Saratov: Publishing House of Sarat. Gos. Tech. University, 2001 .-- 336 p.
Общим недостатком способов и устройств, описанных в этих работах, является нелинейность зависимости момента, развиваемого двигателем, от величины напряжения, прикладываемого к его статорным обмоткам. Эта нелинейность порождается тем, что момент, развиваемый асинхронным двигателем, как известно, имеет квадратичную зависимость от фазного напряженияA common drawback of the methods and devices described in these works is the nonlinearity of the dependence of the torque developed by the motor on the magnitude of the voltage applied to its stator windings. This nonlinearity is generated by the fact that the moment developed by an induction motor, as is known, has a quadratic dependence on the phase voltage
. .
Нелинейность этой зависимости ухудшает динамические и статические показатели системы управления в целом и значительно затрудняет ее синтез. Для получения линейной зависимости момента от величины управляющего сигнала в асинхронном двигателе можно изменять частоту, как это предлагается в вышеназванных работах [1-5]. Это, естественно, значительно усложняет все устройство и не позволяет осуществлять самонастройку (адаптацию) системы управления в широком диапазоне дестабилизирующих воздействий на ИСЗ.The nonlinearity of this dependence worsens the dynamic and static indicators of the control system as a whole and significantly complicates its synthesis. To obtain a linear dependence of the moment on the magnitude of the control signal in an induction motor, it is possible to change the frequency, as proposed in the above-mentioned works [1-5]. This, of course, significantly complicates the entire device and does not allow for self-adjustment (adaptation) of the control system in a wide range of destabilizing effects on the satellite.
Предлагаемая система не имеет указанных недостатков:The proposed system does not have these disadvantages:
- момент, развиваемый двигателем (при неизменной скорости) пропорционален величине напряжения управления в широком диапазоне дестабилизирующих воздействий;- the moment developed by the engine (at a constant speed) is proportional to the magnitude of the control voltage in a wide range of destabilizing effects;
- потребляемая мощность: изменяется приблизительно линейно от нуля при изменении напряжения сигнала управления от нуля до максимальной величины, что обеспечивает высокую энергоэкономичность.- power consumption: varies approximately linearly from zero when the voltage of the control signal changes from zero to the maximum value, which ensures high energy efficiency.
Основной особенностью предлагаемой адаптивной системы управления гиростабилизатором - совместное использование контуров широтно-импульсного регулирования фазных напряжений асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, обеспечивающие реализацию принципа пассивной адаптации системы управления. При этом разнообразие реальных нагрузок ИСЗ предопределяет необходимость подстройки параметров АСУ в реальном масштабе времени, так как предварительный расчет вряд ли может изменить (существенно повысить) качество регулирования, поэтому в предлагаемой АСУ предлагается выполнить эту настройку индивидуально для каждой фазы не только на основе оценки состояния объекта управления (ОУ) в данный момент регулирования (отработки ПЗВ), но и упреждая состояние ОУ в последующие моменты отработки соответствующих входных ПЗВ.The main feature of the proposed adaptive gyrostabilizer control system is the joint use of pulse-width control circuits for the phase voltages of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor, ensuring the implementation of the principle of passive adaptation of the control system. At the same time, the variety of real satellite loads determines the need to adjust the ACS parameters in real time, since a preliminary calculation is unlikely to change (significantly increase) the quality of regulation, therefore, in the proposed ACS, it is proposed to perform this setting individually for each phase, not only on the basis of an assessment of the state of the object control (OS) at the moment of regulation (working off ELVs), but also anticipating the state of the OS at subsequent moments of mining the corresponding input ELVs.
Таким образом, целью изобретения является повышение основных показателей качества отработки программно-задающих воздействий в широком диапазоне воздействия дестабилизирующих воздействий на ИСЗ, а именно быстродействия и точности путем пассивной настройки (адаптации) каждого канала управления гиростабилизатором.Thus, the aim of the invention is to increase the main indicators of the quality of the development of program-setting actions in a wide range of effects of destabilizing effects on satellites, namely speed and accuracy by passive tuning (adaptation) of each gyro stabilizer control channel.
Для достижения данной цели адаптивная система управления гиростабилизатором содержит последовательно соединенные первый входной трансформатор, блок тиристорных коммутаторов, управляемый выпрямитель, первый фильтр постоянного напряжения, автономный инвертор, блок неуправляемых инверторов обратного тока, второй фильтр постоянного напряжения, обратный инвертор и второй входной трансформатор, вход которого объединен с входом первого входного трансформатора и входом блока подзаряда коммутирующих конденсаторов автономного инвертора и подключен к сети, управляющий вход блока тиристорных коммутаторов соединен с выходом канал управления, содержащего в каждой фазе управления датчики фазного напряжения и тока, преобразователь "ток-напряжение", нормирующие устройства, присоединенные к соответствующим входам суммирующего усилителя, выход которого соединен с сигнальным входом функционального преобразователя, инвертирующий усилитель, линейный ключ, триггер, дифференцирующие схемы, формирователь импульсов, выполненный в виде одновибратора, на тактовый вход триггера каждого канала управления подают частоту изменения сетевого напряжения, управляющий или счетный вход каждого триггера каждого канала управления объединен с управляющим входом линейного ключа и соединен с выходом релейного элемента с регулируемой петлей гистерезиса, вход которого объединен с входом управляемого квантователя и соединен с выходом сумматора, первый вход которого объединен с входом времязадающей схемы и соединен с выходом второго блока программно-задающих воздействий, второй вход сумматора соединен с датчиком скорости вращения асинхронного двигателя маховика, статорные обмотки которого подключены к выходу автономного инвертора, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления автономным инвертором, сигнальный вход которого соединен с первым выходом блока регулирования, второй выход которого соединен с сигнальным входом блока управления выпрямителем, выход которого соединен с управляющим входом управляемого выпрямителя, управляющий вход обратного инвертора соединен с выходом блока управления обратным инвертором, при этом питание блоков управления выпрямителем, автономным и обратным инвертором осуществляют от одного блока питания, подключенного к сети, а синхронизацию работы данных блоков управления осуществляют от сетевого напряжения, сигнальный вход блока регулирования соединен через схему сравнения с выходом первого блока программно-задающих воздействий, второй вход схемы сравнения соединен с датчиком обратной связи по напряжению или ЭДС асинхронного двигателя маховика, выход блока подзаряда коммутирующих конденсаторов автономного инвертора соединен со вторым сигнальным входом автономного инвертора, выход времязадающей схемы соединен с входом «сброса» управляемого квантователя, управляющие входы которого соединены через умножитель частоты с выходом задатчика тактовой частоты, выход управляемого квантователя соединен с первым входом функционального преобразователя каждого канала управления, второй вход функционального преобразователя каждого канала управления соединен через инвертирующий усилитель с выходом управляемого квантователя.To achieve this goal, the adaptive gyrostabilizer control system comprises a first input transformer, a thyristor switch unit, a controlled rectifier, a first DC voltage filter, a standalone inverter, an uncontrolled reverse current inverter unit, a second DC voltage filter, a reverse inverter and a second input transformer whose input combined with the input of the first input transformer and the input of the charging unit of the switching capacitors of the autonomous inverter and connected to the network, the control input of the thyristor switch unit is connected to the output of the control channel containing phase voltage and current sensors, a current-voltage converter, normalizing devices connected to the corresponding inputs of the summing amplifier, the output of which is connected to the signal input a functional converter, an inverting amplifier, a linear switch, a trigger, differentiating circuits, a pulse shaper, made in the form of a single vibrator, to the clock input of the trigger of the control channel serves the frequency of the mains voltage, the control or counting input of each trigger of each control channel is combined with the control input of the linear key and connected to the output of the relay element with an adjustable hysteresis loop, the input of which is combined with the input of the controlled quantizer and connected to the output of the adder, the first input which is combined with the input of the timing circuit and connected to the output of the second block of program-setting actions, the second input of the adder is connected to the rotation speed sensor a flywheel induction motor, the stator windings of which are connected to the output of the autonomous inverter, the control input of which is connected to the output of the control unit of the autonomous inverter, the signal input of which is connected to the first output of the control unit, the second output of which is connected to the signal input of the rectifier control unit, the output of which is connected to the control input of the controlled rectifier, the control input of the reverse inverter is connected to the output of the control unit of the reverse inverter, while the power supply of the blocks control of the rectifier, autonomous and reverse inverter is carried out from one power supply unit connected to the network, and the operation of these control units is synchronized from the mains voltage, the signal input of the control unit is connected through the comparison circuit to the output of the first block of program-setting actions, the second input of the comparison circuit is connected with a voltage feedback sensor or EMF of the flywheel induction motor, the output of the charging unit of the switching capacitors of the autonomous inverter is connected to the second the signal input of the autonomous inverter, the output of the timing circuitry is connected to the “reset” input of the controlled quantizer, the control inputs of which are connected through the frequency multiplier to the output of the clock frequency adjuster, the output of the controlled quantizer is connected to the first input of the functional converter of each control channel, the second input of the functional converter of each control channel connected through an inverting amplifier to the output of a controlled quantizer.
При проведении патентных исследований из уровня техники не выявлены решения, идентичные заявленному. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «новизна».When conducting patent research from the prior art, no solutions are identified that are identical to the claimed. Therefore, the claimed invention meets the eligibility condition "novelty."
Сущность заявленного изобретения не следует явным образом из решений, известных из уровня техники, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию охраноспособности «изобретательский уровень».The essence of the claimed invention does not follow explicitly from solutions known from the prior art, therefore, the claimed invention meets the eligibility condition "inventive step".
Пример реализации предлагаемого системы управления приведен на фиг.1, а на фиг.2-4 приведены примеры реализации отдельных блоков системы управления.An example implementation of the proposed control system is shown in figure 1, and figure 2-4 shows examples of the implementation of individual blocks of the control system.
Адаптивная система управления гиростабилизатором содержит: 1 и 9 - первый и второй входные трансформаторы; 2 - блок тиристорных коммутаторов; 3 - управляемый выпрямитель; 4 и 7 - фильтры постоянного напряжения; 5 и 8 - автономный и обратный инверторы; 5.1 - блок подзаряда коммутирующих конденсаторов автономного инвертора 5; 6 - группа неуправляемых инверторов обратного тока; 10 - асинхронный двигатель маховика; 11 - датчики обратной связи по напряжению или ЭДС; 12, 14 и 15 - блоки управления выпрямителем, автономным и обратным инверторами; 13 - блок регулирования; 16 - блок питания; 17 и 29 - первый и второй программно-задающие блоки; 18 - схема сравнения;The adaptive gyrostabilizer control system contains: 1 and 9 - the first and second input transformers; 2 - block thyristor switches; 3 - controlled rectifier; 4 and 7 - DC voltage filters; 5 and 8 - autonomous and reverse inverters; 5.1 - block recharging switching capacitors of an
канал управления, содержащий в каждой фазе управления (на фиг.1 показана одна фаза «А»): датчики фазного напряжений и тока (19а и 20а); преобразователь "ток-напряжение" 21а; нормирующие устройства 22а; суммирующий усилитель 23а, функциональный преобразователь 24а, инвертирующий усилитель 25а, линейный ключ 26а, триггер 27а, дифференцирующую схему 28, 1а, формирователь импульсов 28, 2а, выполненные в виде одновибраторов (для краткости, в обозначениях использован индекс «а», обозначающий, что для каждой фазы сетевого напряжения - А, В и С имеется аналогичный канал управления, на схеме показан только один канал управления фазы «А»);a control channel containing in each control phase (Fig. 1 shows one phase "A"): phase voltage and current sensors (19a and 20a); a current-
второй блок программно-задающих воздействий 29; датчик скорости 30; сумматор 31; времязадающая схема 32; задатчик тактовой частоты 33; в качестве которого может быть использовано сетевое напряжение, управляемый квантователь 34; умножитель частоты 35 и релейный элемент с регулируемой петлей гистерезиса 36.the second block of program-
Рассмотрим работу предлагаемой системы на примере, когда в начальный момент времени - момент подачи, например, ступенчатого программно-задающего воздействия (ПЗВ) с выхода второго блока программно-задающих воздействий 29, на выходе релейный элемент с регулируемой петлей гистерезиса 36 будет сформирован сигнал Upэi, который может быть описан следующими зависимостями:Let us consider the operation of the proposed system using an example when, at the initial moment of time, the moment of filing, for example, a step-by-step program-setting action (ELV) from the output of the second block of program-set-
sign E(t), при |E(t)|≥а1 для всех t>0;sign E (t), for | E (t) | ≥a1 for all t> 0;
Upэi=Upеi =
Upэ(i-1), при E(t)∈(-a1, а1) для всех t>0;Upе (i-1), for E (t) ∈ (-a1, а1) for all t> 0;
гдеWhere
+1, при E(t)>0;+1, for E (t)> 0;
sign E(t)=0, при E(t)=0;sign E (t) = 0, for E (t) = 0;
-1, при E(t)<0;-1, for E (t) <0;
E(t) - сигнал ошибки на выходе сумматора 31, E(t)=(U1(t)-U2(1))Кф(1), Кф(t) - коэффициент усиления, U1(t) и U2(t) - нормированные величины измеренных значений (мгновенных) напряжений на выходе датчика скорости 30 вращения, асинхронный двигатель маховика гиростабилизатора и второго блока программно-задающих воздействий 29, соответственно,E (t) is the error signal at the output of the
2*а1 - величина зоны гистерезиса релейного элемента с регулируемой петлей гистерезиса 36, |a1|=(k2/k1)U1(t) и -а1=-(k2/k1)U2(t), при этом k1 и k2 - коэффициенты усиления соответствующих усилителей датчика скорости вращения 30 и программно-задающего блока 29.2 * a1 is the value of the hysteresis zone of the relay element with an
Как видно из приведенных соотношений, для случая, когда dE(t)/dt=0, за счет запоминания предшествующего состояния выходной величины релейного элемента 36 Upэ(i-1), для всех E(t)∈(-a1, a1), где |2а1|≤&Тр - величина требуемой (заданной) точности отработки ПЗВ, устраняется возможность потери информации о сигнале ошибки до момента входа в зону нечувствительности или гистерезиса релейного элемента с регулируемой петлей гистерезиса 36, что поясняет эффект повышения точности отработки ПЗВ в режиме отработки малых изменений E(t) без необходимости вычислять производную от изменения сигнала ошибки.As can be seen from the above relations, for the case when dE (t) / dt = 0, by storing the previous state of the output value of the relay element 36 U pe (i-1), for all E (t) ∈ (-a1, a1) , where | 2a1 | ≤ & Tp is the value of the required (given) accuracy of the ELV testing, eliminating the possibility of losing information about the error signal until entering the deadband or hysteresis of the relay element with an
Кроме этого, в начальный момент подачи ПЗВ с выхода блока 29 на выходе времязадающей схемы 32 будет сформирован сигнал сброса, поступающий на соответствующий вход управляемого квантователя 34. Этот процесс может быть реализован путем кратковременного замыкания ключей квантователя 34, которые шунтируют элементы его аналоговой памяти. В свою очередь срабатывание релейного элемента 36 приведет к формированию сигналов запуска в каждой фазе каналов управления по цепи последовательно соединенных триггера 27а, дифференцирующей схемы 28.1а и формирователя импульсов 28.2а, который в данном примере реализован в виде одновибратора. При этом на его выходе короткий импульс приведет к коммутации обмоток электродвигателя 10 к источнику сетевого напряжения через управляемый выпрямитель 3, фильтр постоянного напряжения 4 и автономный инвертор 5. На фиг.2,а приведен пример реализации управляемого выпрямителя 3 с Г-образным сглаживающим фильтром или фильтром постоянного напряжения 4, предназначенного для питания основной группы управляемых вентилей автономного инвертора 5. На фиг.3 приведен пример реализации группы неуправляемых вентилей обратного тока 6, которые могут быть соединены через Г-образный сглаживающий фильтр или второй фильтр постоянного напряжения 7 к зависимому или обратному инвертору 8 (см. фиг.4,а), выполняющему роль источника противо-э.д.с., обладающего обратной проводимостью.In addition, at the initial moment of applying the ELV from the output of
На приведенной принципиальной схеме (см. фиг.3) показана реализация автономного инвертора 5 с коммутирующим звеном из конденсаторов 5.1 отсекающих диодов 5.2. При этом для повышения помехоустойчивости АСУ гиростабилизатором блоком 5а осуществляется подзарядка коммутирующих конденсаторов 5.1 автономного инвертора 5. В данной реализации схемы преобразователя частоты принципиально могут быть использованы инверторы с другими коммутирующими звеньями - индивидуальными, общими на фазу, общими для анодной и катодной групп вентилей инвертора, общими для инвертора. Данная реализация не ведет к образованию потенциальной связи входов переменного тока управляемого выпрямителя 3 и обратного инвертора 8 и не вызывает необходимости разделения индуктивностей 4.1, 4.2, 7.1 (см. фиг.2,а и 4,а). При питании звеньев преобразователя частоты 3 и 8 от общих знаков (фиг.1) индуктивности должны быть рассредоточены на индуктивности 4.1-4.4 и 7.1-7.2 (см. фиг.2,б и 4,б), расположенные в анодной и катодной группах вентилей для обеспечения симметричной работы этих групп.The shown schematic diagram (see figure 3) shows the implementation of a stand-
Для повышения жесткости моментной характеристики системы стабилизации и возможности ее изменения в функции от программно-задающих воздействий использована обратная связь (блок 11) по напряжению (или ЭДС). При этом требуемый коэффициент жесткости моментной характеристики гиростабилизатора может быть изменен на основе изменения величины программно-задающего воздействия, поступающего с выхода первого программно-задающего блока 17 и регулирования коэффициента усиления схемы сравнения 18. Это звенья второго контура широтно-импульсного регулирования фазных напряжений асинхронного двигателя маховика. При этом первый контур широтно-импульсного регулирования фазных напряжений асинхронного двигателя маховика, включающий второй блок программно-задающих воздействий 29, сумматор 31 и т.д. функционирует совместно со вторым контуром, обеспечивая изменение величины фазного напряжения в заданной функции от программно-задающих воздействий по скорости и моменту. При этом самонастройка или процесс адаптации системы осуществляется на основе непрерывного измерения значения фазных токов Ia (Id, Ic), преобразования их значений в напряжение с помощью преобразователя "ток-напряжение" 21а. Полученные значения напряжений и токов через нормирующие устройства 22а (на фиг.1, позиция 22а, т.е. все примеры приведены только для одной фазы «А») поступают на соответствующие входы суммирующего усилителя 23а, на выходе которого формируется разностный сигнал:In order to increase the rigidity of the moment characteristic of the stabilization system and the possibility of changing it in function of the program-setting influences, feedback (block 11) on voltage (or EMF) was used. In this case, the required stiffness coefficient of the moment characteristic of the gyrostabilizer can be changed on the basis of a change in the value of the program-setting action coming from the output of the first program-setting
Еф(t)=(Uu(1)-Ui(t))Кф(t),Eph (t) = (U u (1) -U i (t)) Kph (t),
где Кф(t) - коэффициент усиления суммирующего усилителя 23а, Uu(t) и Ui(t) - нормированные величины измеренных значений (мгновенных) напряжения и тока соответственно. Каждый из которых получают на выходе соответствующего нормирующего устройства 22а, реализованного, например, на основе использования двухтактной схемы включения МДП-транзисторов. Кроме того, в схеме нормирующих устройств коэффициент передачи уменьшается начиная от самых малых входных сигналов, а не от заданного номинального значения, как это имеет место в управляемых ограничителях. Это позволяет нормировать измеряемые значения тока и напряжения в каждой фазе на основе использования сжимающих отображений их амплитудных значений, а именно для гармонических:where Kf (t) is the gain of the summing
Uu(t)=Au(t)·sinωt и Ui(t)=Ai(t)*sin(ωt-Ф),U u (t) = Au (t) sinωt and Ui (t) = Ai (t) * sin (ωt-Ф),
обеспечивая Au(t)=Ai(t)=A(t) для всех t>0, а это позволяет получить на выходе суммирующего усилителя 23а гармонический сигнал следующего вида: e(t)=2Asin(Ф/2)*cos(ωt-Ф/2), т.е. получаем нормированные разности входных значений токов и напряжений соответствующих фаз.providing Au (t) = Ai (t) = A (t) for all t> 0, and this allows us to obtain a harmonic signal of the following form at the output of the summing
Сигнал нормированной разности e(t) с выхода суммирующего усилителя 23а поступает на вход функционального преобразователя 24а, работа этого блока может быть описана следующими соотношениями:The signal of the normalized difference e (t) from the output of the summing
+1, при |e(t)|>m(t);+1, for | e (t) |> m (t);
Ф(i)=Ф(i-1), при |е(t)|∈[m(t)-n, m(t)];Ф (i) = Ф (i-1), for | е (t) | ∈ [m (t) -n, m (t)];
0, при |e(t)|>m(t)-n;0, for | e (t) |> m (t) -n;
гдеWhere
ti-t(i-1) - кратна частоте изменения сетевого напряжения, при этом кратность этой длительности устанавливают <1/(Kpfc), коэффициент кратности Кр можно выбрать, например, на основе использования теоремы отсчета непрерывных сигналов в дискретном представлении >2, К и n - постоянные, fc - частота сетевого напряжения.t i -t (i-1) - is a multiple of the frequency of the mains voltage, while the multiplicity of this duration is set <1 / (K p f c ), the multiplicity coefficient K p can be selected, for example, based on the use of the theorem for counting continuous signals in a discrete representation> 2, K and n are constants, f c is the frequency of the mains voltage.
Как видно из приведенных соотношений для случая dE(t)/dt=0, за счет запоминания предшествующего состояния выходной величины релейного элемента Upэ(i-1), для всех E(t)∈(-a1, a1), где |2а1|≤&Тр - величина требуемой (заданной) точности отработки ПЗВ, устраняется возможность потери информации о сигнале ошибки, что поясняет эффект повышения точности отработки ПЗВ в режиме отработки малых изменений E(t) без необходимости вычислять производную от изменения сигнала ошибки. При этом угол проводимости тиристоров в каждой фазе будет функционально связан с текущими значениями основных показателей качества отработки программно-задающих воздействий.As can be seen from the above relations for the case dE (t) / dt = 0, by storing the previous state of the output value of the relay element U pe (i-1), for all E (t) ∈ (-a1, a1), where | 2a1 | ≤ & Tr is the value of the required (given) accuracy of the ELV testing, eliminating the possibility of losing information about the error signal, which explains the effect of increasing the accuracy of the ELV testing in the mode of processing small changes E (t) without the need to calculate the derivative of the error signal. In this case, the conductivity angle of the thyristors in each phase will be functionally related to the current values of the main indicators of the quality of working out program-setting influences.
Повышение стабильности адаптивной системы управления гиростабилизатором обеспечивается за счет синхронизации работы блоков 12, 14 и 15 - блоков управления выпрямителем, автономным и обратным инвертором, от сетевого напряжения. При регулировании выходной частоты преобразователя изменение выходного напряжения в соответствии с законом частотного регулирования осуществляется одновременным согласованным изменением углов управления вентилями автономного и обратного инверторов - α и β, Г-образные сглаживающие фильтры 4 и 7 не препятствуют колебаниям мгновенных значений постоянных токов вентильных групп автономного и обратного инверторов.Improving the stability of the adaptive gyrostabilizer control system is ensured by synchronizing the operation of
В процессе работы статического преобразователя частоты напряжение на конденсаторе второго фильтра 7 остается практически постоянным и не превышает определенный уровень, составляющий не более 110-120% от максимально возможной амплитуды первой гармоники линейного напряжения на выходе автономного инвертора 5. Величина упомянутого уровня напряжения на конденсаторе второго фильтра 7 задается с помощью обратного инвертора 8 на тиристорах (см. фиг.4,а) и блока 15 управления обратным инвертором. Обратный инвертор 8 может работать, например, с постоянным углом β опережения включения тиристоров. В этом случае уровень напряжения на конденсаторе второго фильтра 7 будет определяться входной характеристикой обратного инвертора 8 на тиристорах (см. фиг.4,а). Для получения более жесткой характеристики можно регулировать угол β опережения обратного инвертора так, чтобы напряжение на конденсаторе второго фильтра 7 было постоянным и не превышало заданный уровень во всех режимах работы адаптивной системы управления. Сигнал на выходе блока обратной связи 11 формируется на основе фазных ЭДС асинхронного двигателя маховика 10. Сигнал с выхода схемы сравнения 18 поступает на вход блока регулирования 13, управляющие сигналы на выходах которого формируют сигнал задания активного тока ia (момента) асинхронного двигателя маховика 10. Таким образом, формируется ортогональная составляющая тока статора, ориентированная по потокосцеплению ротора ψ2.During operation of the static frequency converter, the voltage on the capacitor of the
(см. 6. Бессекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. - Л.: Судостроение, 1968. - 351 с.).(see 6. Bessekersky VA, Fabrikant EA Dynamic synthesis of gyroscopic stabilization systems. - L .: Shipbuilding, 1968. - 351 p.).
В свою очередь реактивная составляющая вектора тока статора ip определяется потокосцеплением ротора ψ2. Соответственно под фазными ЭДС в данной реализации выступают ЭДС, связанные с потокосцеплением ротора ψ2. Следовательно, момент М двигателя 10 определяется следующим выражением:In turn, the reactive component of the stator current vector i p is determined by the flux linkage of the rotor ψ 2 . Accordingly, under the phase EMF in this implementation, EMFs associated with the flux linkage of the rotor ψ 2 are used . Therefore, the moment M of the
М=Кмψ2ia,M = K m ψ 2 i a ,
где Км - коэффициент пропорциональности.where K m is the coefficient of proportionality.
Требуемые активная и реактивная составляющие тока статора могут быть определены на основе использования вращающейся системы координат со скоростью ω (или с частотой токов статора, которая пропорциональна fc). Таким образом, для формирования требуемого момента М на валу асинхронного двигателя маховика 10 параметры фазных токов статора формируются в зависимости от сигналов ia и ip, параметров роторной цепи двигателя и скорости вращения его ротора.The required active and reactive components of the stator current can be determined by using a rotating coordinate system with a speed ω (or with a frequency of stator currents that is proportional to f c ). Thus, to form the required moment M on the shaft of the flywheel
В предлагаемом варианте реализации ip=const, поэтому на фиг.1-4 не показана связь fc с первым программно-задающим блоком 17. В этом режиме работы предлагаемой системы роль fc оказывается вторичной. Таким образом, в предлагаемой системе будет автоматически осуществляться коррекция требуемых частот и фазы токов статора независимо от состояния параметров роторной цепи. Следовательно, момент М двигателя будет определяться сигналами ia и ip. Этим достигается расширение диапазона самонастройки системы управления гиростабилизатором, у которого момент инерции является переменной величиной. При этом представляется возможность регулировать момент инерции маховика, что позволяет снизить потери энергии при накоплении и отдаче им энергии, т.е. представляется возможность повысить КПД системы в целом. При этом уменьшается нестабильность скорости и момента двигателя при изменении напряжения питания и температуры окружающей среды. Степень функциональных связей для каждого канала управления можно раздельно установить как перед включением в работу системы управления, так и непосредственно во время обработки, например, каждой "ступеньки" программно-задающих воздействий. Вышеописанные возможности во многих практически важных случаях программного управления электроприводами гиростабилизаторов ИСЗ с точки зрения упрощения процесса настройки и оптимизации режимов регулирования (плавности переходных процессов при пуске за счет уменьшения интенсивности электромагнитных процессов) выгодно отличают предлагаемую систему управления от известных технических решений.In the proposed embodiment, i p = const, therefore, Figs. 1-4 do not show the relationship f c with the first program-setting
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134194/28A RU2381451C1 (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Gyrostabiliser adaptive control system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008134194/28A RU2381451C1 (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Gyrostabiliser adaptive control system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2381451C1 true RU2381451C1 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=42123863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008134194/28A RU2381451C1 (en) | 2008-08-21 | 2008-08-21 | Gyrostabiliser adaptive control system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381451C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109560718A (en) * | 2018-11-29 | 2019-04-02 | 北京大华无线电仪器有限责任公司 | High energy efficiency adaptive input type feedback power system |
RU2789307C1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический унивреситет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Gyroscopic stabilizer with a force control loop in the gyroblock supports |
-
2008
- 2008-08-21 RU RU2008134194/28A patent/RU2381451C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ПЕТРОВ Б.Н. Избранные труды. Управление авиационными и космическими аппаратами, т.2. - М.: Наука, 1983, с.303-305. УСЫШКИН Е.И. Инвертор с широтно-импульсной модуляцией. Электричество, №6, 1968. КАЛИХМАН Д.М. Основы проектирования управляемых оснований с инерциальными чувствительными элементами для контроля гироскопических приборов. - Саратов: Изд.-во Сарат. гос.техн. университета, 2001. - 336 с. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109560718A (en) * | 2018-11-29 | 2019-04-02 | 北京大华无线电仪器有限责任公司 | High energy efficiency adaptive input type feedback power system |
RU2789307C1 (en) * | 2022-04-18 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический унивреситет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Gyroscopic stabilizer with a force control loop in the gyroblock supports |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7557544B2 (en) | Zero crossing detection for an electric power generation system | |
JPS58123394A (en) | Controller for ac motor | |
US10594227B1 (en) | Matrix converter operating in current control mode using feed forward signals | |
US8963460B2 (en) | Method and system for controlling motor | |
RU2381451C1 (en) | Gyrostabiliser adaptive control system | |
RU2385530C1 (en) | Method for stabilisation of power gyrostabiliser rotation torque | |
RU2522036C2 (en) | Method for control of three-phase voltage inverter with current stabilisation at transfer to overload mode | |
US20210320498A1 (en) | Power conversion device | |
RU2477562C1 (en) | Device for control of double-fed motors | |
US11456691B2 (en) | Inverter control device | |
Zhang et al. | Predictive encoderless control of back-to-back converter PMSG wind turbine systems with Extended Kalman Filter | |
RU145562U1 (en) | DEVICE FOR CONTROLLING A TWO-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR IN THE INTERMEDIATE MOTION MODE | |
RU2382334C1 (en) | System for stabilising torque of powered gyrostabilisers | |
Zhao et al. | Design of model free adaptive controller for PMSM speed control | |
JP2007306712A (en) | Control method for single-phase inverter | |
KR20170097511A (en) | Method and apparatus for generating pwm signal | |
RU2521617C2 (en) | Dynamic torque control method for engine flywheel | |
US11482963B2 (en) | Inverter control device | |
Dementyev et al. | Stabilization of Electrical Parameters of Machine-Converter Voltage Source | |
RU2724603C1 (en) | Synchronous motor control method | |
RU2656354C1 (en) | Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation | |
Khan et al. | Adaptive backstepping based maximum power point tracking control for a variable speed marine current energy conversion system | |
RU2766907C1 (en) | Asynchronous motor extreme control device | |
RU2793827C2 (en) | Adjusting the engine braking depending on the average rectified voltage | |
Klinachev et al. | Reduction to relative units and setting the observer of flux linkage vector projections of the stator winding in the synchronous machine with the rotor's magnetic field |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100822 |