Васюков Сергей Александрович

В статье проведен аналитический обзор продукции потенциальных поставщиков лабораторного оборудования для кафедр электротехнической направленности технических ВУЗов. Выработаны основные принципы, по которым лабораторное оборудование можно считать устаревшим. Сформулированы требования к номенклатуре лабораторных работ, аппаратному и приборному составу перспективных лабораторных стендов для универсальной лаборатории «Электрические цепи». При выполнении лабораторных работ обосновано комплексное использование обычных измерительных приборов в совокупности с виртуальными измерительными комплексами и программами компьютерного моделирования. Подготовлены рекомендации по приборному составу перспективного лабораторного оборудования предприятия ИПЦ «Учебная техника».

В статье рассматриваются вопросы предварительной подготовки студен-тов к лабораторным работам, а также методы и приемы обработки экспериментальных данных при составлении отчета по лабораторной работе «Исследование характеристик асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором». Для повышения надежности работы стендов фирмы Люкас Нюлле рекомендуется предварительно конфигурировать стенды под конкретную работу. Это исключает перекоммутацию блоков стенда в процессе выполнения работы и существенно повышает надежность работы оборудования при массовом проведении лабораторных работ. Получение характеристик двигателя рекомендуется проводить в автоматическом режиме с использованием программы управления «Active Servo». При заполнении сводной таблицы характеристик двигателя и построении графиков рекомендуется использовать приемы изменения масштаба и экспорта графических файлов в текстовый формат, предусмотренные возможностями программы управления «Active Servo».

С. 209-229

Существующие датчики удара для охраны автомобилей, использующие чувствительные элементы (ЧЭ) пьезоэлектрического, микрофонного и электро-магнитного типов и аналоговую схемотехнику обработки сигналов, имеют ряд существенных недостатков, таких как «ложные» срабатывания, нестабильность температурных характеристик, нелинейную регулировочную характеристику и неудобство настройки с помощью переменных резисторов. Рассматриваются вопросы проектирования двухзоновых цифровых датчиков удара с ЧЭ электромагнитного типа. Предложена конструкция ЧЭ, схемотехническое решение и алгоритмы обработки сигналов, позволившее реализовать дистанционную настройку зон предупреждения и тревоги (по 16 градаций чувствительности) и алгоритм самоадаптации к повторяющимся внешним воздействиям. Разработан метод формирования опорных уровней цифровых компараторов на каждой градации чувствительности, при использовании которого датчик имеет линейную регулировочную характеристику. Обоснована перспективность применения 3-х осевых микромеханических акселерометров в качестве ЧЭ датчиков удара.

Существующие микроволновые датчики для охраны автомобилей, построенные по аналоговой схеме имеют: большое энергопотребление и высокий уровень собственных шумов, вызывающий «ложные» срабатывания датчиков; нестабильность температурных характеристик, что требует перенастройки датчика при переходе от летнего к зимнему сезону; нелинейную регулировочную характеристику и неудобство настройки с помощью переменных резисторов. Рассматриваются вопросы проектирования двухзоновых цифровых микроволновых датчиков. Предложено схемотехническое решение и алгоритмы обработки сигналов, позволившее в 6-8 раз снизить энергопотребление, в два раза уменьшить уровень шумов и за счет этого увеличить диапазон срабатывания датчика. Реализовать дистанционную настройку зон предупреждения и тревоги (по 16 градаций чувствительности) и алгоритм самоадаптации к повторяющимся внешним воздействиям. Предложен метод формирования опорных уровней цифровых компараторов на каждой градации чувствительности, линеаризующий регулировочную характеристику датчика.

При большой загрузке лабораторного зала и низкой укомплектованности кафедры учебно-вспомогательным персоналом, на первый план выдвигаются вопросы надежности лабораторного оборудования. Показано, что в этих условиях целесообразно использовать компьютеризированные стенды, отдельные блоки которых сконфигурированы под кон-кретную работу и студентам в процессе выполнения работы не требуется проводить пере-коммутацию блоков. Снятие характеристик двигателей должно производиться в автома-тическом режиме, это позволяет уделять большее внимание теоретической подготовке к работе и объяснению полученных результатов. При полностью компьютеризированных стендах целесообразно объединить компьютеры стендов и компьютер преподавателя в локальную сеть с доступом в интернет. Это позволит оптимизировать процесс защиты ла-бораторных работ и даст студентам возможность оперативного получения дополнитель-ной информации через сайт кафедры. Рассмотрен состав лабораторного стенда, даны рекомендации по выбору режимов блока управления сервоприводом и порядку выполнения работы.

Проектирование учебной лаборатории машинам требует учета множества факторов, таких как: финансовые возможности университета по закупке и обслуживанию лабораторного оборудования, количество часов, выделяющихся в учебных планах базовых курсов и спецкурсов на практическую подготовку; количество студентов (учебных групп), обучающихся на кафедре в течение года; площади, которые доступны кафедре, для организации лаборатории; уровень квалификации преподавателей кафедры, проводящих занятия в лаборатории; укомплектованность кафедры учебно-вспомогательным персоналом, обеспечивающим обслуживание и ремонт лабораторного оборудования. При большой загрузке лабораторного зала и низкой укомплектованности кафедры учебно-вспомогательным персоналом, на первый план выдвигаются вопросы надежности лабораторного оборудования. В этих условиях целесообразно использовать компьютеризированные стенды, отдельные блоки которых сконфигурированы под конкретную работу и студентам в процессе выполнения работы не требуется проводить перекоммутацию блоков. Рассмотрен состав лабораторного стенда, даны рекомендации по выбору режимов блока управления сервоприводом и порядку выполнения работы.

Рассматриваются вопросы применения электростатических подвесов для взвешивания чувствительных элементов электростатических гироскопов и акселерометров. Проведен анализ схем подвесов на постоянном токе, импульсных и аналогово-импульсных подвесов. Введены критерии качества электростатической опоры, такие как: перегрузочная способность, жесткость, точность и стабильность центрирования, энергоемкость, возможность интегрального исполнения электронного блока подвеса и простота технической реализации. Установлена связь этих критериев со схемами построения и параметрами подвесов. Выявлены достоинства и недостатки конкретных схем подвесов. По итогам анализа сделан вывод, который заключается в том, что, несмотря на присущие отдельным видам подвесов достоинства и недостатки, не существует универсальной схемы подвеса, удовлетворяющей всему комплексу требований. В этом случае при разработке конкретного типа прибора с ЭСП следует руководствоваться введенным выше базовым набором критериев качества, на основе которого проектировщик выбирает подвес того или иного типа.

Рассматриваются вопросы применения электростатических подвесов для взвешивания чувствительных элементов электростатических гироскопов и акселерометров. Предложена многоуровневая классификация, позволяющая проводить систематизацию, анализ и сравнение подвесов различных типов. В основу главной классификационной схемы положен вид силообразующих сигналов на электродах электростатической опоры: аналоговые, импульсные и аналогово-импульсные подвесы. Следующий уровень классификации разделяет подвесы по способу формирования высоковольтных потенциалов. Предложены дополнительные классификационные схемы, разделяющие подвесы на одночастотные и двухчастотные, которые также подразделяются на подвесы с совмещенными и раздельными силовыми и измерительными электродами. И, наконец, подвесы классифицируются по способу регулирования силовых потенциалов: амплитудное регулирование, ШИМ, АИМ, ШИМ+АИМ, релейные подвесы. Проведен анализ схем построения резонансных, полуактивных и активных схем подвесов. Выявлены основные достоинства и недостатки подвесов различных типов и приведены рекомендации по их применению в приборах систем управления движением.

В статье рассматриваются вопросы конструирования электростатических опор, работающих в вакууме или диэлектрической жидкости. Приведены практические схемы датчиков перемещений и выходных высоковольтных усилителей и даны рекомендации по их применению в импульсных подвесах и подвесах на постоянном токе.

Исследована работа трехосного 12-электродного электростатического подвеса с ре­гулированием высоковольтных потенциалов по закону ШИМ и совмещенным датчиком перемещений.  Рассмотрены вопросы выбора закона управления потенциалами и их влияние на амплитуду вынужденных колебаний ротора. Исследована динамическая ошибка датчика перемещений. Приведены результаты имитационного моделирования вынужденных колебаний для двух вариантов управления и различных уровнях высоковольтных опорных напряжений.

При проектировании точных приборов с применением электростатических подвесов требуется обеспечить высокую точность центрирования сферического или цилиндрического инерционного чувствительного  элемента внутри полости, на которой расположены электроды. Для измерения смещения элемента из центра полости используются емкостные датчики. Наличие ненулевого сигнала датчика приводит к нежелательному смещению чувствительного элемента из геометрического центра подвеса и возрастанию погрешностей прибора. В работе рассматриваются способы компенсации ненулевого сигнала емкостного датчика, основанные на симметрировании паразитных емкостей и межканальных связей электростатического подвеса.

Рассматриваются вопросы построения цифровых систем стабилизации для электростатических подвесов сферических вакуумных гироскопов и поплавковых маятниковых акселерометров при регулировании высоковольтных потенциалов на электродах по принципу ШИМ. Приведены рекомендации по выбору структур регуляторов, частот квантования и разрядности контроллеров для приборов с полыми и сплошными роторами. В результате расчетов и моделирования показана возможность применения дискретной коррекции в подвесах поплавковых приборов и вакуумных подвесах  полых роторов больших диаметров.