Control System for Interconnected Electric Drives with an Electromechanical Torsion and Load Distribution
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2019-3-70-79Keywords:
electromechanical torsion, interconnected electric drives, electromechanical system, model-oriented programming, coordinate controlAbstract
The article presents the results from the development of a double-motor electromechanical system, in which the automatic control of interconnected electric drives ensures the formation of electromechanical torsion to maintain the closed state of backlash in the kinematic transmission within the specified load torque variation range. When the load torque escapes from the preset range, it is automatically distributed equally among the electric drives. The aims of this technical solution are to form a torsion when it is needed in accordance with the peculiarities of the load acting on the mechanism, and to prevent the installed capacity of electric drives from being exceeded in comparison with the power required for moving the mechanism. The application of the development results for controlling the motion of the antenna installation lifting axis is illustrated. The peculiarity of this system is that the load torque of this mechanism is active, sign- variable and depends on the lifting angle. When crossing the vertical position, it changes direction, which facilitates the opening of backlash in the kinematic transmission and the occurrence of self-oscillations. At lifting angles close to the horizontal position, the load torque has its maximum value, and the backlash is closed under its action. In addition, when the mechanism is near the vertical position, the wind load facilitates opening of the backlash. The system for controlling the electromechanical systems coordinates includes torque control loops, which are individual for each of the electric drives, and a loop that is common for control of their position. Recommendations for synthesizing these loops are given. The specified torsion torque is calculated by a nonlinear element with a trapezoidal I/O characteristic depending on the mismatch between the specified and actual angular position of the driving mechanism axis processed by the position controller, which makes it possible to indirectly estimate the load torque value.
The control system software and hardware have been developed. In developing the microprocessor control system software, model-oriented development tools were used. A prototype replicating the antenna installation lifting mechanism design has been made. The proposed control system made it possible to reduce the influence of backlash at lifting angles close to the vertical position and to distribute the load torque between the electric drives at lifting angles close to the horizontal position, when torsion is not required, as well as when exposed to wind load. Experimental oscillograms of electromechanical system coordinates are presented, confirming the declared results.
References
2. Пат. № 2316886 РФ. Способ управления взаимосвязанными электроприводами (варианты) / С.В. Тарарыкин, В.А. Иванков, В.В. Тютиков, Е.В. Красильникъянц // Бюл. изобрет. 2008. № 4.
3. Иванков В.А. Разработка и исследование цифровой системы контурно-позиционного управления редукторными электроприводами многоцелевых металлорежущих станков: автореферат … канд. техн. наук. Иваново: Ивановский гос. энергетический ун-т, 2008.
4. Гнездов Н.Е. Многосвязный асинхронный электропривод с векторным управлением и нежёсткой механикой: автореферат … канд. техн. наук. Иваново: Ивановский гос. энергетический ун-т, 2009.
5. Бронов С.А. и др. Система моделирования с переменной структурой для прецизионных динамических объектов // Журнал Сибирского федерального ун-та. Серия «Техника и технологии». 2014. № 7. С. 797—810.
6. Тушев С.А., Дроздов В.Н. Исследование возмущающих воздействий, приложенных к осям телескопа на качающемся основании // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2014. № 3. С. 59—64.
7. Дроздов В.Н., Тушев С.А. Влияние морской качки на диапазон допустимых координат объекта наблюдения телескопа на палубе корабля // Вестник Ивановского гос. энергетического ун-та. 2013. № 4. С. 54—58.
8. Ловлин С.Ю., Арановский С.В., Смирнов Н.А., Цветкова М.А. Сравнение различных подходов к построению линейных систем управления прецизионными электроприводами // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2013. № 3. С. 31—38.
9. Тушев С.А. Исследование влияния морской качки на систему управления телескопа // Вестник Череповецкого гос. ун-та. 2015. № 4. С. 45—49.
10. Варков А.А. Разработка и исследование системы управления манипуляционным промышленным роботом на базе контроллера движения: автореферат … канд. техн. наук. Иваново: Ивановский гос. энергетический ун-т, 2015.
11. Методы классической и современной теории автоматического управления / под ред. Н.Д. Егупова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. Т. 2.
12. Ротач В.Я. Теория автоматического управления. М.: Издат. дом МЭИ, 2008.
13. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2005.
14. Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, Sim Power Systems и Simulink. СПб.: Питер, 2008.
15. Дьяконов В.П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. М.: СОЛОН-Пресс, 2008.
16. Полющенков И.С. Разработка системы управления электропривода на основе метода модельно-ориентированного программирования // Вестник МЭИ. 2016.
№ 6. С. 87—95.
17. Полющенков И.С. Разработка программного обеспечения для управления электроприводом в технологической системе с применением метода модельно- ориентированного программирования // Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 83—91.
18. Model-Based Design [Офиц. сайт] www.math-works.com (дата обращения 05.03.2018).
19. Waijung Blockset [Офиц. сайт] http://waijung. aimagin.com. (дата обращения 03.03.2018).
20. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: Горячая линия – Телеком, 2009.
---
Для цитирования: Полющенков И.С. Система управления взаимосвязанными электроприводами с электромеханическим распором и распределением нагрузки // Вестник МЭИ. 2019. № 3. С. 70—79. DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-70-79.
#
1. Polyushchenkov I.S. Regulirovanie Koordinat Sistemy s Dvukhdvigatel'nym Elektromekhanicheskim Torsionom. Vestnik MEI. 2018;2:87—94. (in Russian).
2. Pat № 2316886 RF. Sposob Upravleniya Vzaimosvyazannymi Elektroprivodami (Varianty) / S.V. Tararykin, V.A. Ivankov, V.V. Tyutikov, E.V. Krasil'nik'yants. Byul. izobret. 2008;4. (in Russian).
3. Ivankov V.A. Razrabotka i Issledovanie Tsifrovoy Sistemy Konturno-pozitsionnogo Upravleniya Reduktornymi Elektroprivodami Mnogotselevykh Metallorezhushchikh Stankov: Avtoreferat … Kand. Tekhn. Nauk. Ivanovo: Ivanovskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2008. (in Russian).
4. Gnezdov N.E. Mnogosvyaznyy Asinkhronnyy Elektroprivod s Vektornym Upravleniem i Nezhestkoy Mekhanikoy: Avtoreferat … Kand. Tekhn. Nauk. Ivanovo: Ivanovskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2009. (in Russian).
5. Bronov S.A. i dr. Sistema Modelirovaniya s Peremennoy Strukturoy dlya Pretsizionnykh Dinamicheskikh Ob′ektov. Zhurnal Sibirskogo Federal'nogo Un-ta. Seriya «Tekhnika i Tekhnologii». 2014;7:797—810. (in Russian).
6. Tushev S.A., Drozdov V.N. Issledovanie Vozmushchayushchikh Vozdeystviy, Prilozhennykh k Osyam Teleskopa na Kachayushchemsya Osnovanii. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2014;3:59—64. (in Russian).
7. Drozdov V.N., Tushev S.A. Vliyanie Morskoy Kachki na Diapazon Dopustimykh Koordinat Ob′ekta Nablyudeniya Teleskopa na Palube Korablya. Vestnik Ivanovskogo Gos. Energeticheskogo Un-ta. 2013;4:54—58. (in Russian).
8. Lovlin S.Yu., Aranovskiy S.V., Smirnov N.A., TSvetkova M.A. Sravnenie Razlichnykh Podkhodov k Postroeniyu Lineynykh Sistem Upravleniya Pretsizionnymi Elektroprivodami. Pribory i Sistemy. Upravlenie, Kontrol', Diagnostika. 2013;3:31—38. (in Russian).
9. Tushev S.A. Issledovanie Vliyaniya Morskoy Kachki na Sistemu Upravleniya Teleskopa. Vestnik Cherepovetskogo Gos. Un-ta. 2015;4:45—49. (in Russian).
10. Varkov A.A. Razrabotka i Issledovanie Sistemy Upravleniya Manipulyatsionnym Promyshlennym Robotom na Baze Kontrollera Dvizheniya: Avtoreferat … Kand. Tekhn. Nauk. Ivanovo: Ivanovskiy Gos. Energeticheskiy Un-t, 2015. (in Russian).
11. Metody Klassicheskoy i sovremennoy Teorii Avtomaticheskogo Upravleniya / pod Red. N.D. Egupova. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2000;2. (in Russian).
12. Rotach V.Ya. Teoriya Avtomaticheskogo Upravleniya. M.: Izdat. Dom MEI, 2008. (in Russian).
13. Terekhov V.M., Osipov O.I. Sistemy Upravleniya Elektroprivodov. M.: Akademiya, 2005. (in Russian).
14. Chernykh I.V. Modelirovanie Elektrotekhnicheskikh Ustroystv v Matlab, Sim Power Systems i Simulink. SPb.: Piter, 2008. (in Russian).
15. D'yakonov V.P. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 v Matematike i Modelirovanii. M.: SOLON-Press, 2008. (in Russian).
16. Polyushchenkov I.S. Razrabotka Sistemy Upravleniya Elektroprivoda na Osnove Metoda Model'no-orientirovannogo Programmirovaniya. Vestnik MEI. 2016;6:87—95. (in Russian).
17. Polyushchenkov I.S. Razrabotka Programmnogo Obespecheniya dlya Upravleniya Elektroprivodom v Tekhnologicheskoy Sisteme s Primeneniem Metoda Model'no- orientirovannogo Programmirovaniya. Vestnik MEI. 2017;4:83—91. (in Russian).
18. Model-Based Design [Ofits. Sayt] www.math-works.com (Data Obrashcheniya 05.03.2018).
19. Waijung Blockset [Ofits. Sayt] http://waijung. aimagin.com. (Data Obrashcheniya 03.03.2018).
20. Denisenko V.V. Komp'yuternoe Upravlenie Tekhnologicheskim Protsessom, Eksperimentom, Oborudovaniem. M.: Goryachaya Liniya – Telekom, 2009. (in Russian).
---
For citation: Polyushchenkov I.S. Control System for Interconnected Electric Drives with an Electromechanical Torsion and Load Distribution. Bulletin of MPEI. 2019;3:70—79. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2019-3-70-79.
