Материал: Студент и наука. Драпалюк Н.А., Хахулина Н.Б

________________________________________________________Выпуск № 3 (18), 2021

Этот критерий можно обеспечить только за счет энергосберегающих технологий, которые позволят увеличить пройденный путь между подзарядками аккумуляторов. Применение мотор-колеса в БАЭТС значительно освобождает пространства от двигателей и дополнительных механизмов. В этом случае разработчики могут сделать ровный пол и использовать освободившееся место для системы управления. Такое решение уменьшает массу БАЭТС, поскольку мотор-колесо, как правило, весит меньше разнесенных друг от друга колеса и двигателя.

Для этого рассмотрим работу тяговых двигателей с позиции их работы при локальнооптимальном управлении в электромеханической системе с бесконтактным двигателем постоянного тока [2, 3].

Бесконтактные двигатели постоянного тока (БДПТ), которые в своей основе используют синхронный двигатель, работает только в замкнутой системе. Обратная связь реализуется с помощью датчика положения ротора или наблюдателя состояния, который в настоящее время применяется всё чаще.

Для выбора мотор-колеса проводят тяговые расчеты, которые позволяют найти зависимости между основными параметрами движения в различных режимах автономных транспортных средств, а именно [4, 5]:

-предварительный выбор условий движения;

-определение скорости, расхода энергии и нагревания тяговых двигателей при движении.

Рассмотрим уравнение движения, устанавливающую зависимость между удельной

равнодействующей приложенных к транспортному средству сил и ускорением.

где 1+γ – коэффициент инерции вращающихся частей; ζ – переводной коэффициент;

f – удельная сила тяги, H;

τ0 – удельное основное сопротивление движению, Н; b – удельная тормозная сила Н;

i – уклон, 0/0;

v – скорость поступательного движения транспортного средства, км/ч; t – время движения, с.

При равномерном движении БАЭТС по плоской поверхности, на него действуют силы тяги и основного сопротивления движению, тогда удельная действующая сила будет равна

(рис.1а).

При движении на уклоне дополнительно будет действовать сила сопротивления от уклона i. Обозначим fД – i = fУ, где fУ – удельная ускоряющая сила (рис.2).

Тогда уравнение (1) можно записать в виде

dt y

Преобразуем к виду

76

________________________________________________________Выпуск № 3 (18), 2021

Рис. 1. Силы, действующие на беспилотное транспортное средство при движении по горизонтальной площадке

Рис. 2. Силы, действующие при движении под уклон

Решение интегрального уравнения (6) с учетом пределов изменения скорости от v1 до v2, определим промежуток времени, необходимый для изменения скорости

77

________________________________________________________Выпуск № 3 (18), 2021

Представим уравнение (9) в виде, разделив переменные и интегрируя обе части в пределах изменения скорости от v1 до v2, найдем соответствующее приращение пути L2 – L1:

Для учета угла поворота беспилотного транспортного средства необходимо вычислить этот угол. Для этого воспользуемся блоком, вычисляющим разность скоростей вращения колес, приведенных на рис. 3, который более подробно показан на рис.4.

Рис. 3. Структурная схема математической модели силовой электромеханической части с блоком вычисления угла поворота

Особая сложность работы БАЭТС проявляется на пониженной скорости, но применение синхронных двигателей с постоянными магнитами для мотор-колеса являются более эффективными, чем асинхронных двигателей, так как на практике синхронный двигатель с постоянными магнитами достигает классов эффективности от IE3 до IE4.

По сравнению с асинхронным двигателем аналогичного класса эффективности, например, IE3, размер синхронного электродвигателя с постоянными магнитами в два раза меньше стандартного.

78

________________________________________________________Выпуск № 3 (18), 2021

Рис. 4. Структурная схема блока вычисления угла поворота

На рис. 5 показаны графики угла поворота, момента нагрузки и скоростей колес, где обозначено:

-1 - угол поворота беспилотного транспортного средства;

-2 - момент нагрузки;

-3 - скорость ненагруженного колеса;

-4 - скорость нагруженного колеса.

Рис. 5. Графики угла поворота, момента нагрузки и скоростей колес

Система управления БАЭТС должна обеспечить напряжение питания для БДПТ с управляемого инвертора по алгоритму, который обеспечит режимы:

- движение вперед и назад с заданной скоростью;

79

________________________________________________________Выпуск № 3 (18), 2021

-движение вперед и назад с регулированием мощности;

-торможение одного и или всех одновременно электродвигателей. Энергоэффективность повышается, если система управления БАЭТС, может

обеспечить рекуперативное торможение.

Применение электромеханических датчиков снижает надежность БАЭТС, поэтому отдают предпочтение наблюдателям состояния, так как скорость вращения можно измерять только косвенно, восстанавливая координату по известным значениям тока и напряжения в фазах двигателя. Эту информацию можно получить в преобразователе частоты [6, 7]. Тогда соединительные провода будут только силовые, что повысит надежность БАЭТС в целом.

Библиографический список

1.Винокуров С.А. Применение энергосберегающего управления в электроприводе с бесконтактными двигателями постоянного тока для транспортных средств/ С.А. Винокуров, О.А. Киселёва, Д.Д. Киселёва // Прогрессивные технологии и процессы. Сборник научных статей 7-й Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Курск. 2020. С. 31-34.

2.Попов С.В. Проектирование интеллектуальной информационной сети управления электромеханическим комплексом/ С.В. Попов, В.М. Питолин, О.А. Киселёва //Интеллектуальные информационные системы. Труды Всероссийской конференции. ВГТУ. 2008. С. 63-64.

3.Киселёва О.А. Локально-оптимальное управление в электромеханической системе с бесконтактным двигателем постоянного тока/ О.А. Киселёва, С.А. Винокуров, Д.Д. Киселёва//Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2021;9(1).

4.Киселёва Д.Д. Особенности управления на низких скоростях в электромеханических системах с бесконтактными двигателями постоянного тока/ Д.Д. Киселёва, И.Г.Тузиков, С.А. Винокуров//Студент и наука. 2021. № 5 (16). С. 33-36.

5.Киселёва Д.Д. Управление дискретным вращающимся полем бесконтактного двигателя постоянного тока в позиционно - следящих электромеханических системах/ Д.Д. Киселёва, Н.И. Гриненко Н.И., С.А. Винокуров//Студент и наука. 2021. № 5 (16). С. 33-36.

6.Киселёва Д.Д. Управление с учетом запаздывания в канале обратной связи позиционно-следящей системой с бесконтактным двигателем постоянного тока/Д.Д. Киселёва, С.А. Винокуров// Научная опора Воронежской области: сборник трудов победителей конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов ВГТУ по приоритетным направлениям развития науки и технологий. Воронеж. 2021. 323-325.

7.Киселёва О.А. Формирование оператора перехода в системе управления бесконтактным двигателем постоянного тока/О.А. Киселёва, С.А. Винокуров, Д.Д. Киселёва, Д.Ф. Рощупкин//В сборнике: Наука в современном информационном обществе. Материалы XXIV международной научно-практической конференции. Morrisville, 2020. С. 144-147.

80