Разработка контроллера электромеханического датчика положения
И.С. Полющенков
Вестник ИГЭУ, 2023 г. выпуск 4, сс. 36—45
Скачать PDF
Состояние вопроса. Электромеханические датчики положения, в том числе синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы, по сравнению с датчиками, основанными на других физических принципах, обладают большей надежностью, простотой конструкции и устойчивостью к сложным условиям эксплуатации. Это делает их привлекательными для применения в различных системах управления движением, в которых требуется измерение положения вала исполнительного механизма. Однако для использования таких датчиков требуется специальные программно-аппаратные устройства – контроллеры, которые обеспечивают их работу. Разработка такого контроллера, который осуществляет генерирование, захват и обработку сигналов синусно-косинусного вращающегося трансформатора, и стала задачей настоящего исследования.
Материалы и методы. При разработке контроллера синусно-косинусного вращающегося трансформатора применены методы системного анализа электрических, электромагнитных и информационных процессов и средств их осуществления, методы разработки программного обеспечения и методы экспериментальных исследований.
Результаты. Дано описание контроллера синусно-косинусного вращающегося трансформатора в фазовом режиме с учетом аппаратных средств и вычислительных ресурсов реализующего его микроконтроллера. При этом физические процессы соотнесены с информационными процессами, связанными с генерированием, захватом и обработкой сигналов. Выявлены причины снижения точности измерения положения. Для их учета и устранения применены различные технические решения, среди которых согласование физических и информационных процессов, учет времени выполнения вычислений микроконтроллером, анализ корректности результатов измерения положения и их сглаживание по методу скользящего среднего. Разработано программное обеспечение контроллера, которое может послужить типовым элементом для микропроцессорных систем управления движением. Получены экспериментальные данные, иллюстрирующие достижение результата разработки.
Выводы. Применение различных технических решений позволило обеспечить точность измерения положения до десятой доли градуса при высокой интенсивности обновления информации. В результате проведения исследования дано детальное и комплексное решение задачи разработки контроллера синусно-косинусного вращающегося трансформатора, что составляет научную и практическую ценность приведенных материалов. Полученные результаты могут быть применены в различных системах управления движением и послужить основой для разработки контроллеров различных электромеханических датчиков положения.
1. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. – М.: Изд. дом МЭИ, 2015. – 373 с.
2. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для вузов / под ред. В.М. Терехова. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 304 с.
3. Егупов Н.Д. Методы классической и современной теории управления: учебник. В 3 т. Т. 2. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 736 с.
4. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – 272 с.
5. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 224 с.
6. Анучин А.С., Подзорова В.С., Кульманов В.И., Шпак Д.М. Метод цифровой обработки сигналов синусно-косинусного инкрементального датчика положения для исключения влияния постоянной составляющей этих сигналов // Вестник ИГЭУ. – 2017. – Вып. 6. – С. 33–39. DOI: 10.17588/2072-2672.2017.6.033-039.
7. Прокофьев Г.В., Большаков К.Н., Стахин В.Г., Обеднин А.А. Разработка микросхемы обработки сигнала с синусно-косинусных датчиков положения с высоким разрешением // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2016. – № 3(176). – С. 30–42.
8. Войтицкий С.А., Ивахно В.С., Ивахно Н.В. Цифровая система обработки сигналов вращающегося трансформатора на основе DSP-микроконтроллера в составе электропривода // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2012. – № 8. – С. 184–188.
9. STM32 Arm Cortex Microcontrollers [Электронный ресурс]. – Режим доступа: www.st.com (дата обращения 16.12.2022).
10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 2 т. Т. 1: пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 598 с.
11. Waijung Blockset [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://waijung.aimagin.com (дата обращения 19.01.2023).
12. Polyuschenkov I. Model-oriented Programming Technique in The Development of Electric Drive Control System // 2019 26th International Workshop on Electric Drives: Improvement in Efficiency of Electric Drives (IWED), 2019, pp. 1–6. DOI: 10.1109/IWED.2019.8664388.