Введение
1 СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 12
1.1 Шаговый двигатель как элемент системы управления 12
1.1.1 Краткая характеристика свойств шагового двигателя 12
1.1.2 Особенности применения шаговых двигателей в системах управления 13
1.1.3 Основные принципы управления движением шагового двигателя... 15
1.1.4 Схема управления шаговым двигателем и возможности исследования её свойств 16
1.2 Принцип действия и конструктивные особенности шагового двигателя 19
1.2.1 Основные принципы работы шагового двигателя 19
1.2.2 Основные типы шаговых двигателей 20
1.2.3 Шаговый двигатель гибридной конструкции 22
1.3 Проблемы и методы построения математических моделей
электрических машин 24
1.3.1 Модель обобщённой электрической машины 24
1.3.2 Электромагнитный момент шагового двигателя 26
1.3.3 Требования к математической модели шагового двигателя 29
1.4 Анализ существующих подходов к управлению шаговым двигателем 31
1.4.1 Режимы работы шагового двигателя в зависимости от способа управления ротором 31
1.4.2 Режимы работы шагового двигателя в зависимости от способа коммутации обмоток 35
1.4.3 Рабочие характеристики шагового двигателя 38
1.4.4 Схемы включения обмоток шагового двигателя 39
1.5 Анализ известных способов увеличения быстродействия шагового двигателя 41
1.5.1 Сущность повышения быстродействия с помощью напряжения импульсов управления 42
1.5.2 Способы ограничения тока, применяемые на практике при повышенном коммутируемом напряжении источника электропитания 44
1.5.3 Анализ возможных путей построения квазиоптимального управления шаговым двигателем на основе существующей методики увеличения быстродействия 47
1.6 Выводы по первому разделу 49
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 51
2.1 Построение математической модели шагового двигателя на основе модели обобщённой электрической машины 51
2.1.1 Математическая модель обобщённой двухфазной двухполюсной синхронной электрической машины 51
2.1.2 Допущения и упрощения, использованные при составлении уравнений модели шагового двигателя 54
2.1.3 Уравнения математической модели шагового двигателя 55
2.1.4 Математическая модель шагового двигателя с учётом электронной схемы управления 57
2.1.5 Пример численного решения уравнений модели 62
2.2 Идентификация параметров математической модели на основе экспериментальных данных 64
2.2.1 Общая постановка задачи идентификации динамики исследуемого объекта 64
2.2.2 Идеологические предпосылки решения задачи идентификации математической модели шагового двигателя 65
2.2.3 Техническая и информационная схема исследования и обработки данных в рамках решения задачи об идентификации параметров модели шагового двигателя 66
2.2.4 Статистическая идентификация модели на основе измеренных данных 70
2.3 Поиск наилучших параметров математической модели 75
2.3.1 Поиск на основе методики планирования экспериментов 76
2.4.6.2 Случайный поиск. 95
2.4.6.3 Общий поиск 99
2.4.3 Результаты идентификации параметров 103
2.5 Аппроксимация динамических свойств шагового двигателя линейной математической моделью 104
2.5.1 Линейная модель 3-его порядка 105
2.5.2 Линейная модель 4-ого порядка 107
2.6 Выводы но второй главе 109
3 КВАЗИОПТИМАЛЬНОЕ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 111
3.1 Постановка задачи квазиоптимизации быстродействия полно шагового режима работы шагового двигателя за счет управление 111
3.1.1 Концептуальная оценка возможного результата оптимизации по быстродействию управления полношаговым движением ротора 111
3.1.2 Ограничения по форме управляющих сигналов 112
3.1.3 Ограничения по полярности управляющих сигналов 113
3.1.4 Ограничения по структуре управляющих сигналов 115
3.1.5 Ограничения по характеру нагрузки, действующей в период шагового управления 120
3.1.6 Возможности и целесообразность аналитического, имитационного и экспериментального решения задачи оптимизации быстродействия управления 121
3.1.7 Формулировка понятия квазиоптимизации применительно к задаче управления позиционированием 123
3.2 Решение задачи оптимизации быстродействии позиционировании ШД для аппроксимациоииои модели 124
3.2.1 Аппроксимационная модель ШД 124
3.2.2 Постановка задачи оптимизации быстродействия решения для аппроксимациоииои модели 125
3.2.3 Необходимые условия оптимальности быстродействия для аппроксимациоииои модели 126
3.2.4 Качественное исследование структуры решения задачи оптимизации быстродействия для аппроксимациоииои модели 127
3.3 Постановка задачи для нелинейной модели 129
3.4 Вспомогательные оценки качества управления 131
3.5 Квазионтималыюе но быстродействию управление шаговым двигателем на базе полношагового режима работы 132
3.5.1 Структурный синтез векторного управления 132
3.5.2 Проверка решения с помощью нелинейной модели 135
3.5.3 Поиск параметров управляющих штульсов с помощью модели 137
3.5.4 Анализ решения задачи с помощью математической модели 140
3.5.5 Экспериментальная проверка решения 144
3.6 Результаты исследования 147
4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КВАЗИОПТИМАЛЫЮГО ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ 149
4.1 Экспериментальная оценка влияния механической нагрузки на динамику шагового двигателя 149
4.2 Методика исследования электрических двигателей с целью улучшения динамических характеристик с помощью управления 152
4.3 Оценка возможности практической реализации разработанного
управления 156
4.3.1 Изменяемая часть в системе управления 156
4.3.2 Элементная база систем управления шаговыми двигателями 159
4.4 Выводы но четвёртой главе 161
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 162
ЛИТЕРАТУРА 164
ПРИЛОЖЕНИЕ А 167
Описание лабораторной установки 167
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 173
Выделения полезного сигнала из измеренных данных 173
ПРИЛОЖЕНИЕ В 175
Измеренное перемещение ротора 175
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 178
Программа для статистической обработки экспериментальных данных 178
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 180
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 183
