Система активного віброзахисту на основі електромагнітного підвісу

Abstract

Розглянуто актуальну для приладобудування і транспорту проблему стабілізації положення в просторі та віброзахисту обладнання, приладів і людей під час керування мобільними об’єктами (наземний транспорт, в тому числі автомобілі, транспорт з «магнітною левітацією», кораблі, підводні човни, аерокосмічні літальні апарати) в умовах дії координатних і зовнішніх збурень. Теоретично показана можливість активного віброзахисту об’єктів в просторі на основі використання електромагнітної підвіски. Розроблено принципи технічної реалізації системи активного віброзахисту. Її працездатність підтверджена моделюванням.

Активний віброзахист здійснюється шляхом компенсації дії зовнішніх і координатних збурень за рахунок створення електромагнітом додаткової складової сили, що діє проти цих збурень за принципом комбінованого керування. Компенсувальний зв'язок за збуренням реалізовано на основі акселерометра. Ефективність зворотного зв’язку за збуренням підтверджується результатами моделювання динамічних режимів відпрацювання завдання за положенням об'єкта керування і порівняльним аналізом впливу координатних збурень на якість перехідних процесів. Також проаналізовані демпфувальні властивості електромагнітної підвіски, ефективність використання компенсувального зв'язку з використанням акселерометра.

Запропоноване рішення не викликає труднощів в технічній реалізації і дозволяє поліпшити точність, швидкодію і чутливість електромагнітної підвіски. Комбінація функцій електромагнітної підвіски і активного віброзахисту в одному комплексі забезпечує формування інваріантних характеристик, вирішує проблему створення безконтактної системи управління позиціонуванням об’єкта в просторі.

Розглянуто теоретичні основи побудови систем активного віброзахисту об’єктів в просторі на основі використання електромагнітного підвісу, запропоновані принципи технічної реалізації.

Рассмотрена актуальная для приборостроения и транспорта проблема стабилизации положения в пространстве и виброзащиты оборудования, приборов и людей при управлении мобильными объектами (наземный транспорт, в том числе автомобили, транспорт с «магнитной левитацией», корабли, подводные лодки, аэрокосмические летательные аппараты) в условиях действия координатных и внешних возмущений. Теоретически показана возможность активной виброзащиты объектов в пространстве на основе использования электромагнитной подвески. Разработаны принципы технической реализации системы активной виброзащиты. Ее трудоспособность подтверждена моделированием.

Активная виброзащита осуществляется путем компенсации действия внешних и координатных возмущений за счет создания электромагнитом дополнительной составляющей силы, действующей против этих возмущений по принципу комбинированного управления. Компенсирующая связь по возмущению реализована на основе акселерометра. Эффективность обратной связи по возмущению подтверждается результатами моделирования динамических режимов отработки задания по положению объекта регулирования и объекта управления и сравнительным анализом влияния координатных возмущений на качество переходных процессов. Также проанализированы собственные демпфирующие свойства электромагнитной подвески, эффективность использования компенсирующей связи с использованием акселерометра.

Предложенное решение не вызывает трудностей в технической реализации и позволяет улучшить точность, быстродействие и чувствительность электромагнитной подвески. Комбинация функций электромагнитной подвески и активной виброзащиты в одном комплексе обеспечивает формирование инвариантных характеристик, решает проблему создания бесконтактной системы управления позиционированием объекта в пространстве.

Рассмотрены теоретические основы построения систем активной виброзащиты объектов в пространстве на основе использования электромагнитного подвеса, предложены принципы технической реализации.

The article is devoted to the problem of position stabilization in space and vibration protection (vibroprotection) of equipment, instruments and people when controlling mobile objects (land transport, including cars, transport with a "magnetic levitation", ships, submarines, aerospace flying apparatus) under the action of coordinate and external disturbances. Theoretically there has been shown the possibility of active vibroprotection of objects in space based on the use of an electromagnetic suspension. The principles of active vibroprotection technical implementation are developed, and its workability is confirmed by modeling.

Active vibroprotection is carried out by compensating the action of external and coordinate disturbances due to the creation of an additional component of the force by the electromagnet, acting opposite to these disturbances by the principle of combined control. Compensating feedback of the disturbance is based on the accelerometer.

The effectiveness of the feedback on the disturbance is confirmed by the results of modeling the dynamic modes of the controlled object position and by a comparative analysis of the effect of coordinate perturbations on the quality of the transient processes. There have been also analyzed the damping properties of the electromagnetic suspension, the efficiency of using compensating feedback using an accelerometer.

The proposed solution does not cause difficulties in the technical implementation and makes it possible to improve the accuracy, speed and sensitivity of the electromagnetic suspension. The combination of the functions of electromagnetic suspension and active vibroprotection in a single complex provides the formation of an invariant characteristics, solves the problem of creating a contactless positioning control system of the object in space.