Ученые Новосибирского
государственного технического университета НЭТИ разработали научное оборудование для исследования верхних слоев
атмосферы и околоземного космического пространства. Установка является первой в
России универсальной высокоточной поворотной платформой с цифровой системой
управления, которая подходит для размещения различного научно-исследовательского
оборудования – телескопов, направленных антенн, лазерных сканеров (лидаров).
Разработанная система позволяет не только дистанционно управлять оборудованием,
но и увеличить массу полезной нагрузки за счет облегчения самого комплекса.
Заказчик
проекта – Российский федеральный ядерный центр –
Всероссийский научно–исследовательский институт экспериментальной физики.
По словам инженеров, основными достоинствами установки являются технологическая
простота и компактность за счет использования машины с постоянными магнитами и
стандартного инвертора. Высокую точность позиционирования ротора обеспечивает
специальный интеллектуальный алгоритм.
Разработанная сотрудниками Института силовой
электроники НГТУ НЭТИ совместно с Центром прототипирования университета
поворотная платформа с цифровой системой управления обеспечивает высокую
точность позиционирования на больших скоростях вращения за счет новых
алгоритмов управления без изменения конструкции двигателя, что недоступно в
существующих аналогах. Использующиеся в настоящее время аналогичные решения
способны обеспечивать высокую точность только на низких скоростях вращения, а
повышение точности или увеличение нагрузки в таких системах влечет значительное
усложнение конструкции двигателя. Оборудование инженеров новосибирского
технического университета лишено этих недостатков.
«Одно из преимуществ нашей разработки в том,
что мы берем готовый двигатель и управляем им, не изменяя его конструкцию. У
других аналогов нет встроенной интеллектуальной системы управления, и, чтобы
увеличить точность в таких устройствах, нужно усложнять конструкцию электрической
машины. В нашем случае высокая скорость и точность достигаются только за счет
системы управления и специальных алгоритмов», – рассказал научный сотрудник
Института силовой электроники НГТУ НЭТИ Дмитрий Штейн.
Вращение установки осуществляется при помощи
многоканальной системы, которая обеспечивает управление тремя параметрами
двигателя: положением, скоростью и моментом. Благодаря такой структуре
обеспечивается высокая точность и скорость позиционирования оборудования,
размещенного на поворотной платформе. Для устранения нежелательных колебаний
подвижной части двигателя при вращении используются специальные комбинированные
регуляторы резонансного типа. Предложенная структура и алгоритмы системы
управления являются универсальными для электрических машин с постоянными
магнитами и могут быть легко адаптированы для платформ различной мощности.
«Мы устанавливаем исследовательское
оборудование на нашу платформу для того, чтобы следить за объектами в верхних
слоях атмосферы и ближнем космосе, которые находятся очень далеко от Земли. В
таком случае любая погрешность позиционирования платформы относительно
исследуемого объекта является критичной и отражается на результате наблюдений.
Вы можете просто сбиться с объекта. Именно поэтому так важно точно управлять
положением двигателя. Цель этой работы заключалась в том, чтобы заставить электрическую
машину вращаться с большим грузом, сохраняя высокую точность позиционирования
как в статическом, так и в динамическом режимах», – говорит Дмитрий Штейн.
Помимо изучения верхних слоев атмосферы и околоземного
космического пространства оборудование может найти применение в высокоточном
станкостроении тяжелой промышленности, в том числе на роботизированных заводах.
По словам ученых, установка универсальна с точки зрения сферы применения. Так,
в промышленном производстве она позволит перемещать тяжелые детали и заготовки
для точной обработки изделий или, например, может использоваться в
экспериментальных системах лазерной связи и беспроводной передачи энергии.
Инженеры НГТУ НЭТИ заложили в цифровую систему
управления платформой способность взаимодействовать с другими «умными»
системами верхнего уровня. Так, например, установка может работать
автоматически: точно следить за быстродвижущимся объектом и передавать данные о
его перемещении. «Такие системы управления верхнего уровня уже существуют, и
наша платформа имеет возможность общаться с ними посредством цифрового
интерфейса. Это позволяет управлять системой дистанционно или вообще в
автоматическом режиме», – рассказал Дмитрий Штейн.
За счет интеллектуальной составляющей ученым
НГТУ НЭТИ удалось облегчить поворотную платформу и упростить технологию ее
изготовления. Комплекс оборудования включает в себя моментный синхронный
двигатель с постоянными магнитами, статический преобразователь частоты и цифровую
систему управления. Система управления платформой реализована на базе двух
микроконтроллеров отечественного производства: один из них отвечает за
управление вращением электрической машины, второй – за реализацию цифрового
интерфейса для общения с системой управления верхнего уровня.
Видео работы установки
