научная статья по теме ДАТЧИКИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ В ТИХОХОДНЫХ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ДАТЧИКИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ В ТИХОХОДНЫХ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ»

УДК 681.586'32

ДАТЧИКИ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ В ТИХОХОДНЫХ СЛЕДЯЩИХ ЭЛЕКТРОПРИВОДАХ

Г. А. Сорокин, А. Е. Рогов

Дан краткий обзор вариантов контроля положения исполнительного механизма в тихоходных следящих электроприводах, предназначенных для ориентации гелиоустановок, радиотелескопов и антенн, следящих за орбитальными спутниками. Приведены характеристики опытных образцов датчиков положения, разработанных в ФГУП "РНИИ КП".

Требования по точности к тихоходным следящим электроприводам для разных установок существенно различаются. В частности, для энергетических гелиоустановок без концентрации излучения требуемая точность слежения за Солнцем невысока и может составлять до 10°, а для гелиоустановок с концентраторами допустимая ошибка наведения уже не превышает, как правило, одного углового градуса. Допустимая ошибка слежения антенн, используемых для управления орбитальными спутниками и приема от них информации, обычно составляет десятки, реже единицы, угловых минут. Наиболее высокие требования к точности наведения у солнечных печей и радиотелескопов, следящих за отдаленными космическими объектами.

Автоматическое слежение установки за объектом осуществляется в режимах автосопровождения или программного управления. Каждый из этих режимов имеет свои преимущества и недостатки. Для наведения большинства типов энергетических гелиоустановок на Солнце наиболее предпочтительным представляется режим автосопровождения с управлением от датчика рассогласования между оптической осью фотоприемника и направлением на Солнце (см. рисунок). Это предпочтение основывается на следующих факторах:

— получение четкого и стабильного информационного сигнала с датчика рассогласования;

— захват цели при существенных угловых отклонениях объекта слежения от направления оптической оси фотодатчика, при этом предъявляются сравнительно невысокие требования к длительности и надежности захвата цели;

— существенная экономия средств из-за уменьшения стоимости системы управления, снижения требований к точности изготовления и последующей установки на местности опорно-поворотного устройства.

Кроме того, программируемая электроника может потре-

Датчик рассогласования гелиоустановки с расширенной пеленгационной характеристикой:

1 — корпус датчика; 2 — светочувствительные элементы (фотодиоды); 3 — солнечное излучение

бовать создания специальных условий эксплуатации, что в ряде случаев приведет к значительному усложнению задачи.

Однако для ориентации ряда устройств, в частности, определенного класса антенн, радиотелескопов, некоторых типов гелиоустановок (например, гелиоустановок башенного типа), наоборот, более предпочтительным может оказаться программное управление. Иногда предусматривается возможность работы устройства в двух режимах — программного управления и автосопровождения. В этом случае режимы могут переключаться как оператором, так и автоматически.

Одно из первостепенных условий достижения требуемой точности и качества слежения в режиме программного управления можно сформулировать в следующем виде: ошибка контроля положения исполнительного вала должна быть как минимум в несколько раз меньше (желательно брать со значительным запасом) допустимой ошибки наведения. Таким образом, способ контроля положения вала, способы формирования и передачи информации о положении вала в систему управления существенно влияют на точностные показатели следящего электропривода в целом.

Для контроля положения исполнительного вала можно использовать различные типы датчиков. Наиболее перспектив-

. Датчики и Системы • № 12.2006.

61

ным вариантом представляются бесконтактные оптоэлектрон-ные цифровые датчики. Современный рынок предлагает широкий спектр оптических датчиков абсолютных значений и фотоимпульсных инкрементальных датчиков, различающихся предельными разрешениями измеряемой величины, точностью, типом интерфейса, стоимостью и пр. Точностные показатели лучших образцов датчиков данных классов вполне способны удовлетворить самым высоким требованиям, предъявляемым к тихоходным следящим электроприводам.

Безусловно, инкрементальные датчики по своим рабочим характеристикам уступают оптическим датчикам абсолютных значений, так как требуют дополнительной цифровой обработки выходного сигнала и, что самое неприятное, калибровки по нулевому отсчету в начале сеанса слежения и при сбоях, что делает их применение не всегда удобным.

Сегодня вполне реальную конкуренцию оптическим датчикам составляют датчики индуктивные, пригодные к использованию в условиях чрезвычайно агрессивной среды и в условиях неблагоприятных климатических, вибрационных и прочих воздействий, имеют высокое время наработки на отказ, а также высокую точность и линейность. Наиболее распространенным типом индуктивных датчиков угловых перемещений является вращающийся трансформатор, состоящий из двух обмоток, перемещающихся друг относительно друга — первичной (индуктор) и вторичной (резольвер). Вращающиеся трансформаторы подключаются в цепь, питаемую

источником синусоидального напряжения с частотой нескольких килогерц, и угловое перемещение непосредственно преобразуется в параметры выходного гармонического сигнала — сдвиг фаз. Точность промышленных образцов вращающихся трансформаторов, как правило, составляет единицы и десятки угловых минут, при этом значительный вклад в результирующую погрешность измерения нередко вносит систематическая статическая погрешность. Эта особенность позволяет несколько повысить точность вращающихся трансформаторов путем введения функции поправок.

Во ФГУП "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения" имеются опытные образцы индуктивных датчиков угловых положений Г-601М, принцип работы которых аналогичен работе шагового двигателя в "генераторном" режиме. На роторе датчика имеется 256 пазов, в результате чего за один оборот ротора на статорной обмотке формируется 256 периодов гармонического сигнала. Этим способом при вращении ротора с жестко фиксированной частотой, генерируются два выходных гармонических сигнала: с нулевым сдвигом фаз в обмотке, расположенной на неподвижной части статора, и сдвинутый по фазе — в обмотке, расположенной на части статора, жестко связанной с исполнительным валом электропривода. Как показали эксперименты, среднее квадратичное отклонение выходных гармонических сигналов от эталонных синусоид не превышает 2 % (уровень шума).

Нетрудно рассчитать, что конкретной величине сдвига фаз

выходного гармонического сигнала соответствует 256 возможных значений угловых положений исполнительного вала (на интервале от 0 до 360°), отстоящих друг от друга примерно на 1,4°. Чтобы исключить эту неопределенность, генерируются импульсы грубого отсчета, указывающие на один из 256 номеров сектора угла положения.

Точность имеющихся опытных образцов датчиков Г-601М составляет 5 угл. секунд при дисперсии разброса измеряемых значений положения не более 1...1,5 угл. секунды. Интересно отметить, что дисперсия сдвига фаз гармонических сигналов точного отсчета составляет порядка нескольких угл. минут. Таким образом, точность датчиков Г-601М существенно превышает точность вращающихся трансформаторов, и, как это представляется на данный момент, заявленная точность измерений — не предельная для датчиков положения, аналогичных Г-601М.

ЛИТЕРАТУРА

1. Овсянников Е. М. Электропривод энергетической гелиоустановки // Привод и управление. — 2000. — № 2. — С. 4—9.

2. Пат. на полезную модель № 49180, RU 49180 и1, F 24 J 2/38. Датчик ориентации установки / Е. М. Овсянников, Г. А. Сорокин // Бюл. — 2005 г.

Статья представлена ФГУП "Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения".

Георгий Александрович Сорокин — канд. техн. наук, нач. группы;

Алексей Евгеньевич Рогов — нач. сектора лаборатории.

® (495) 673-97-34 □

62

Sensors & Systems • № 12.2006

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком