Система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства
Полезная модель относится к системам управления и регулирования и может быть использована для цифрового регулирования следящего привода опорно-поворотного устройства, а также в системах автоматического регулирования с обратной связью, в частности, в позиционных следящих системах.
Система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства содержит микропроцессор, моментный электродвигатель, силовой блок управления двигателем, датчик углового положения вала опорно-поворотного устройства, отличающаяся тем, что в нее введены широтно-импульсный формирователь, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход, через силовой блок управления двигателем, с входом моментного электродвигателя, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель углового положения, вычислитель угловой скорости, входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы подключены к информационным входам микропроцессора, причем датчик углового положения выполнен бесконтактным в виде постоянного магнита, расположенного на валу привода, и магниторезистивного сенсора с двумя полномостовыми чувствительными элементами, выход которого подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя.
Реализация полезной модели повышает точность и надежность работы системы управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства.
Полезная модель относится к системам управления и регулирования и может быть использована для цифрового регулирования привода опорно-поворотного устройства, а также в системах автоматического регулирования с обратной связью, в частности, в позиционных следящих системах.
Известны позиционные следящие системы, которые используются, например, в сканирующих опорно-поворотных приводах управления антенной радиолокатора (см. В.Р.Арендт и К.Дж.Сэвент "Практика следящих систем", ГЭИ, 1962 г., Москва-Ленинград, стр.11-12, рис.1-3).
Структурная схема системы, содержащая потенциометр командного сигнала (желаемого положения), усилитель, двигатель, зубчатую передачу, датчик обратной связи и сумматор, работает следующим образом. Командный сигнал устанавливает потенциометр в желаемое положение, выход которого в виде задающей входной величины соединен с первым входом сумматора, второй вход соединен с выходом датчика обратной связи, выход сумматора в виде сигнала рассогласования через усилитель соединен с двигателем, а выход последнего через зубчатую передачу соединен с управляемым валом, на котором находится датчик обратной связи.
Данное техническое решение не обеспечивает необходимую точность и надежность работы системы в целом.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является цифровая система управления приводом антенны (Патент RU 
2184991, МКИ7 G05D 3/12, заявка 99124912/09 от 22.11.1999 г.).
Цифровая система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства, например, антенны метеорологического локатора, содержит микропроцессор, шаговый моментный двигатель, силовой блок управления двигателя, блок волновой механической передачи, датчик углового положения вала антенны и преобразователь угол - код, командный сигнал управления по углу является входом системы и соединен с сигнальным входом микропроцессора, с информационными входами которого соединены выходы преобразователя угол - код, выход рассогласования микропроцессора соединен через силовой блок управления двигателя с обмоткой управления шагового двигателя, а выход шины управления микропроцессора - с входом управления преобразователя угол - код, выход шагового двигателя соединен с входом блока волновой механической передачи, являющегося выходом системы для связи с валом антенны, соединенным также с входом СКВТ, выходные обмотки которого соединены со входом преобразователя угол - код.
Недостатком данной системы является сложность волновой механической передачи и невозможность обеспечения необходимой точности, связанной с дискретной работой шагового двигателя.
Целью предполагаемой полезной модели является повышение точности управления угловым положением и угловой скоростью исполнительного вала сканирующего опорно-поворотного устройства при одновременном упрощении конструкции.
Указанная цель достигается тем, что в систему управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства введены широтно-импульсный формирователь, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход через силовой блок управления электродвигателем с исполнительным моментным электродвигателем прямого действия, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель углового положения, вычислитель угловой скорости, входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы подключены к информационным входам микропроцессора, причем датчик углового положения выполнен бесконтактным в виде постоянного магнита, расположенного на исполнительном валу привода электродвигателя, и магниторезистивного сенсора с двумя полномостовыми чувствительными элементами, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 показана структурная схема системы управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства, на фиг.2 представлена циклограмма работы сканирующего опорно-поворотного устройства.
Система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства содержит микропроцессор 1, широтно-импульсный формирователь 2, силовой блок управления электродвигателем 3, моментный электродвигатель прямого действия 4, бесконтактный датчик углового положения 5, содержащий постоянный магнит 6 на валу привода и магниторезистивный сенсор 7 с двумя полномостовыми чувствительными элементами, аналого-цифровой преобразователь 8, вычислитель углового положения 9 и вычислитель угловой скорости 10.
Указанные блоки представляют собой:
- микропроцессор, например, 32-разрядный микроконтроллер семейства ARM Cortex-М3;
- широтно-импульсный формирователь, например, встроенный модуль ШИМ микроконтроллера;
- силовой блок управления двигателем, например, мостовой модуль на мощных MOSFET-транзисторах (каталог ОАО «ВЗПП-Сборка», г.Воронеж) с управляющим драйвером 1308ЕУЗБУ (ЗАО «Группа Кремний-ЭЛ», г.Брянск);
- моментный двигатель прямого действия, например, электродвигатель ДБМ-185;
- магниторезистивный сенсор, например, типа KMZ41 (фирма NXP-Philips) или КМТ32В (фирма HL-Planartechnik);
- аналого-цифровой преобразователь, например AD7189 (фирма Analog Devices) или встроенный АЦП микроконтроллера ARM Cortex-М3;
- вычислители углового положения и угловой скорости могут быть реализованы программным путем, например, на 32-разрядном микроконтроллере семейства ARM Cortex-М3.
Система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства работает следующим образом.
Входные сигналы управления с заданным углом сканирования 
вх и заданной угловой скоростью 
вх поступают на задающие входы микропроцессора 1, где сравниваются с сигналами текущего углового положения цп и угловой скорости цп опорно-поворотного устройства. Микропроцессор 1, с учетом рассогласования между заданными и текущими значениями углового положения и угловой скорости, вырабатывает управляющий сигнал, который преобразуется широтно-импульсным формирователем 2 и поступает на вход силового блока управления 3, где преобразуется по формату до вида, необходимого для управления моментным двигателем 4 прямого действия. Ротор моментного двигателя 4 установлен непосредственно на исполнительном валу привода и управляет угловым положением и угловой скоростью сканирования опорно-поворотного устройства. С валом привода опорно-поворотного устройства жестко связан постоянный магнит 6, во вращающемся поле которого расположен магниторезистивный сенсор 7 с двумя полномостовыми чувствительными элементами. Выходные аналоговые сигналы магниторези-стивного сенсора 7, пропорциональные sin и cos угла цп, поступают на аналого-цифровой преобразователь 8, где преобразуются в цифровые коды, поступающие на вычислитель углового положения 9 и вычислитель угловой скорости 10. Вычислитель углового положения 9 определяет текущее угловое положение цп, вычислитель угловой скорости 10 определяет угловую скорость цп опорно-поворотного устройства. Выходные сигналы цп вычислителя углового положения 9 и цп вычислителя угловой скорости 10 поступают на сигнальные входы микропроцессора 1, где сравниваются с заданными
значениями цп и вх..
Циклограмма работы привода сканирующего опорно-поворотного устройства приведена на фиг.2. Она содержит участки разгона-торможения и рабочий участок с постоянной скоростью сканирования. Управляющий микропроцессор
соответственно реализует три управляющих алгоритма: алгоритм разгона, алгоритм движения с постоянной скоростью на рабочем участке и алгоритм торможения. Сигнал углового положения цп используется для определения начала и конца участков разгона и торможения, а сигнал цп угловой скорости служит для обеспечения заданной скорости сканирования на рабочем участке.
Использование в системе управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства моментного электродвигателя прямого действия и бесконтактного магниторезистивного датчика углового положения позволяет отказаться от механического волнового редуктора, обеспечивает отсутствие люфтов и дискретности передачи, высокий КПД, высокую нагрузочную способность при малых массогабаритных характеристиках. Введение аналого-цифрового преобразователя, вычислителей углового положения и угловой скорости повышает точность системы управления за счет обратной связи по углу положения и скорости сканирования в рабочей зоне.
Система управления приводом сканирующего опорно-поворотного устройства, содержащая микропроцессор, моментный электродвигатель, силовой блок управления двигателем, датчик углового положения вала опорно-поворотного устройства, отличающаяся тем, что в нее введены широтно-импульсный формирователь, вход которого соединен с выходом микропроцессора, а выход через силовой блок управления двигателем - с входом моментного электродвигателя, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель углового положения, вычислитель угловой скорости, входы которых соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выходы подключены к информационным входам микропроцессора, причем датчик углового положения выполнен бесконтактным в виде постоянного магнита, расположенного на валу привода, и магниторезистивного сенсора с двумя полномостовыми чувствительными элементами, выход которого подключен к входу аналого-цифрового преобразователя.
