Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

непрерывную форму. Для выработки управляющего сигнала

должен выполнить некоторый объем вычислений, определя

его программой и отвечающий данному алгоритму и прння

численному методу. Эти вычисления должны быть выполне

течение времени т<7'. Величина т и требуемый объем вычис.т

определяют необходимое быстродействие MI I, который, ява

дискретным устройством, делает дискретной и всю систему

лом. В гракте автоматической системы, включающем МП.

сутствуют сигналы, квантованные по времени и по уровню,

сопровождается потерей информации, дополнительными ot

ками, обусловленными следующими факторами: потерей ни

мании вследствие квантования входною воздействия по врем

использованием численных методов для реализации в МГТ

ритмов (законов) управления, содержащих операции днффе

цирования и интегрирования; нсидеального процесса воестаи!

ления дискретных сигналов, вырабатываемых на выходе

эффектом квантования информации по уровню.

20.2. Задачи разработки и реализации МИС Э11

Специфика проектирования микропроцессорных ycipo

управления электроприводами заключается в том, что они о

сятся к классу цифровых систем автоматического управлег

Исследование и расчет таких систем представляет собой б

сложный и трудоемкий процесс по сравнению с проектирован

аналоговых систем непрерывного действия, что обуслон.ч

квантованием сигналов в цифровых системах по времени и

уровню. Вместе с тем разработчику микропроцессорных сие

управления необходима, помимо расчета цифровых конту

решать не менее сложные вопросы, связанные с выбором ст

туры системы управления и конкретных технических среде»

реализации, а также с разработкой соответствующего ал горит

ческою и программного обеспечения 13-13].

Проектирование сложной технической системы предпо г

ет расчленение се на некоторые функционально закончен!

подсистемы При этом для успешного выполнения проект»

работ важно уже на начальном этапе иметь общее предегавле

о структуре как системы в целом, гак и отдельных ее подсис

При использовании в системе микропроцессорных средств ва

установить взаимосвязь структуры с соответствующим адгор

мическим обеспечением.

Система управления промышленным электроприводом

общем случае должна обеспечивать:

*ем и интерпретацию команд, поступающих от человека-

Ы и/или управляющей системы более высокого уровня;

равленнс движением исполнительного механизма в соот-

\с заданной программой;

шрование команд на обслуживаемое приводом техно-

кос оборудование;

с>дь за выполнением технологической операции на

^технологическом модуле.

иностн проектирования электроприводов е микро-

процессорным управлением

| проектировании электроприводов с микропроцессорным

нем следует учитывать три группы особенностей.

Ввая связана с тем, что управление отдельными привода-

гея составной частью более общей задачи управления

в целом. Поэтому при построении исполнительного

Iреализующего управление электроприводами, нсобходн-

"ывать его взаимодействие с другими уровнями системы

1ня и, прежде всего, с тактическим уровнем При разра-

^ритмнческого обеспечения и его программной реали-

0 требует установления определенных правил обмена

1 так называемого протокола обмена, между иерархиче-

Йуровнями управления с учетом объема данных, последова-

И и времени их поступления. приоритетности и т.п.

1 определении законов управления электроприводами

ея характер изменения задающих воздействий на при-

'рмируемых на тактическом уровне Так. в силу сложно-

синя задачи планирования действий промышленного ро-

!Р) может оказаться, что сигналы задающих воздействий

от на исполнительный уровень с низкой частотой, не

«рявэщей требованиям к динамике приводов ПР [3-14].

и выборе аппаратных средств системы управления следу-

пнть потребности в объеме памяти и затратах процес-

времени, необходимых для реализации исполнительного

, и оценить возможность совмещения решения задач пда-

ня действий робота и управления его приводами на од-

)К или необходимость распределения этих задач на авто-

микропроцессорные модули

рая группа особенностей связана со спецификой проек-

ция исполнительного уровня системы (например, IIP) с

1н теории автоматического управления.

ПКА

Третья группа особенностей проектирования электрон

дов с микропроцессорным управлением связана с тем,

ройство управления приводом можно рассматривать как сп

лизированный микропроцессорный модуль. Это требует ре

вопросов выбора элементов базы и определения архитектур

дуля. В этом случае необходимо выбрать конкретный тип м

процессора, оценить потребности в объемах для хранения дли

и программ и подобрать соответствующие элементы постоя

и оперативной памяти. Кроме того, необходимо оргаиизоват

терфейсы для подключения к микропроцессорному мо

внешних устройств (исполнительных элементов привода, д

ков обратной связи, концевых выключателей и т.п.) и для и

чения самого модуля в вычислительную систему, в целом

зующую систему управления электроприводом. Наконец. *

ходимо создать и отладить программное обеспечение мик

цессорного модуля, соответствующее выбранным алгор

управления приводом.

20.3. Выпор сопряжения цпфрокой и аналоговой ча

системы управления

Рассмотрим исполнительный уровень системы управл

электроприводом на примере робототех ни ческой системы,

рая представляет собой многоконтурную систему управле:

каждый отдельный контур которой является цифровым следя

приводом (ЦСГ1) и имеет в общем случае структуру, показа!

на рис.20.1 [3-141.

L— хс.

Рис.20.1 Функциональна*

еми спешнцсго привода с иифролым управлением

Цифровую часть привода составляет микроЭВМ или сне

лизированный программируемый микропроцессорный конт

лер (МК), который выполняет следующие функции:

- задающего устройства, связанные с формированием

нон движения привода g(/):

.«тельного элемента привода, связанные с определе-

гласовання между заданием на привод #(/*) и его те-

ожением ></*);

вого регулятора (ЦР) положения или скорости, свя-

вычислепнем управляющего сигнала U(tобеспсчи-

обрабогку приводом заданного ему движения,

оговая часть привода включает в себя усилительно-

вательиый элемент (У), датчик главной обратной связи

исполнительный элемент (МЭ), состоящий из двигателя

;а и приводящий в движение управляемое данным при-

зматическое звено (КЗ) манипулятора. С помощью

корости (гахогенератора, фотоимпульсного датчика и

авливаемого на валу исполнительного двигателя, обра-

§Мпфирующая обратная связь по скорости,

яженне управляющей микроЭВМ с аналоговой частью

привода осуществляется в прямом контуре с помощью

вателя КОД-АНАЛОГ (ПКА). а в контуре обратной

£-помощью преобразователя АНАЛОГ-КОД (ПАК).

исимости от вида усилительно-преобразовательного

в качестве ПКА наиболее часто используются:

роаналоговые преобразователи (ЦАП). выполняющие

ванне цифрового кода управляющего сигнала в напря-

1етствующсй величины и полярности;

;разователн КОД-ШИМ, осуществляющие формиро-

^льсного сигнала с постоянной амплитудой и частотой,

'ванного но длительности в зависимост

от кода входно-

Ъеобразователи КОД-ЧИМ, формирующие на выходе им-

it сигналы постоянной амплитуды, частота следования

определяется значением входного цифровою кода

;разователь АНАЛОГ-КОД необходим лишь в случае

;ния в приводе аналогового датчика главной обратной

Ваибольшее распространение среди аналоговых получили

чзнные, фазовращательные и потенциометрические дат-

ри этом в первом случае физическая реализация ЦАК свя-

|Ьпределением сдвига между фазами аналоговых сигналов,

шшх из датчика в зависимости от угла поворота ИЭ, и

'ванисм его в унитарный или цифровой код. Во втором

применяют аналого-цифровые преобразователи (АЦП),

гюшие напряжение, снимаемое с потенциометра, в соот-

щий цифровой код.

Последнее время а качестве ДОС в электроприводах чаще

юг датчики дискретного типа (импульсные и кодовые),

не требуюшне применения ПАК и системе управления

означает, что полностью отпадает необходимость в устрой

сопряжения ДОС с управляющей микроЭВМ В этом случае

должны осуществлять согласование параметров сигналов с

со стандартом шины мнкроЭВМ (или МК) и при необхолн:

буферизацию данных, поступающих от ДОС.

Часто на выходных валах приводов промышленных pi

устанавливаются тормозные муфты (ТМ), позволяющие ж

фиксировать положение выходного вала привода. Угтранл

такими муфтами осуществляется дискретными сигналами с

мощью специального блока электроавтоматики (ПА).

Наиболее существенной особенностью расематривае

привода является наличие в его контурах управления иифо

ции как аналогового, так и цифрового вида. При провсденн

женерных расчетов приводов со встроенными мнкропроиес

мн приходится учитывать также специфические эффекты,

квантование сигналов по времени и по уровню, »гто обусло

наличием цифровой части в системе управления приводом,

мс того, в системе появляется запаздывание, вызванное конеч

временем вычислений, производимых в микропроцессорном

ройетве. Возможно также, что в цифровой части прнсутст

различные сигналы с разной скоростью. Такую цифровую ci

му необходимо рассматривать как многочастотную, т.е. и

щую цифровые контуры, функционирующие с различными

риодами д искретноетн

Проектирование следящего ;>лектропривода с микропр

сорным управлением представляет собой комплексную зада"

решении которой можно выделить следующие этапы:

1. Выбор законов управления приводом и определ

структуры ЦСН.

2. Исследование динамических свойств привода и ра

параметров выбранной структуры ДСП в соответствии с г

ваннями к динамике привода.

3. Разработка алгоритма прямого цифрового управла

приводом на основе выбранных законов управления и с уч

всех задач, возлагаемых на МК на исполнительном уровне си

мы управления электроприводом.

4. Определение архитектуры микроконтроллера при ре

зации исполнительного уровня с помощью автономных ми

процессорных модулей

5. Создание н отладка программного обеспечения ум

ляющей мнкроЭВМ.

-.'80В

щ21. Пример разработки микропроцессорной системы

1енни электроприводом постоянного гока с подчинен-

ным регулированием координат

рГехничеекие данные рассматриваемого электропривода

смотрим микропроцессорную систему управления ревер-

§1 тиристорным эдскгроприводом постоянного тока с циф-

'ИФУ. На рис.21.1. представлена схема силовой части

электропривода.

Технические данные двига-

теля следующие:

I Мощность Д=2,8 к Вт

2. Напряжение U

-220В

3.Номинальная скорость враще-

ния л„=1500об/мин

4. Номинальный ток /,,~14,5А

5. Номинальный момент JV/„=

j—= 17,9Нм

U 6.Магнитный поток

5,84 Ю'Вб

7. Момент инерции 7=0,056KIM

Рассчитанные по стандар-

тной методике [см. раздел 2] ко-

эффициенты и постоянные време-

ни звеньев системы сведены в

таблицу 21.1.

Таблица 21.1

Схема силовой

мает >лек«

[ лхшркйода

Параметры силовой части и звеньев системы

[Наименование пара

метров

{Машинная постоям-

электродвигателя

Sfai

акекмзльное на-

•яженпе гиристор-

го преобра човатепя

сопротивление якор-

цепи

>эффицис1гг переда-

ми якорной цепи

[Индуктивность якор-

ной цепи

Обозначение и

расчетное со-

отношение

С = КФ

Размер-

ность

Нм/Л,

В.с

Значе-

ние па

раметра

1/Ом 0,15

Гн 0,0954

Электромагнитная

постоянная премени

якорной цепи

Т =

0,0

Суммарный

инерции

момент

Коэффициент интег-

рирования механиче-

ского звена

I >'КГМ*

0.0

ТО

То"

тг

Электромеханическая

постоянная времени

/ А

ц 1

С'

Коэффициент уенле-

ния тиристорного

преобразователя

А'

0.1

42,

"оТу

Постоянная времени

тиристорного преоб-

разоввтепя

Коэффициент обрат-

ной связи но скорости

*с

В/рад'с

21.2 Разработка инфровон лнухконтуриой CIICTCMI.I ре

лированнм скорости электропривода постоянного тока с !

р и сто р

ы м и р ео б р а зовате л ем

При синтезе цифровых регуляторов тока и скорости воем

зуемся результатами, приведенными в §17.4.

За величину периода дискретности двухконгурной сис

стабилизации скорости электропривода примем величину не

иенсируемой постоянной времени тиристорного преобразова

Т-Т^т

(3-21].

Полученная в §17.4 желаемая дискретная передаю

функция (Д11Ф) замкнутого контура тока в соответствии с (1

имеет вид

Кг

(21

где: К,

= К

11ЦП

{

;

Kjijn

- передаточный коэффициент ЛЦП;

Кт - коэффициент обратной связи по току.

ЛЦП преобразует входной аналоговый сигнал, лежат и

заданном диапазоне изменения (например, ±10В), в целое мн

Наибольший числовой код, определяющий разрешающую

собность ЛЦП, зависит от числа используемых при преобраз'

нии разрядов. Диапазон изменения кодов задается величин

12", где m число разрядов. Поэтому 12-разрядный АЦП

получить максимальный код = 2" = 4096. 12-

\ дифференциальный АЦП с диапазоном входного сиг-

I показан на рис.21.2.

I ZW=4096 текущее значение кода принимается в интер-

Ф8<Я<2047. Для положительных значений разрешающая

сть АЦП определяется но формуле.

Разрешение-10В/2047=0.00489В.

образом, ошибка квантования, определяемая как ±\/2

ция. есть ±0.00244В, а относительная ошибка Д преобра-

Р оценивается по формуле:

Д=Ю,00244В/(диапазон измерений, В)

Таким образом, боль-

Цифроюйкол шую точность можно

получить при использо-

вании всей шкалы (т.е

10В) усиления

НИЗ-ршрялныйджМсрсжпипьнийАЦП дщ показанный на

является 12-разрядным и выдает код D^

1261

В этом

1'1Я определения истинного значения измеренной величи-

Кит формула:

__1О0

1261О

2047 2047

ельная ошибка преобразования для этого значения на-

диншиоие

—2048<D<2fHX

Д = ± 0,00244/

= ±0

.000397 = ±0,039 %,

'6,16

истся достаточно малой величиной,

ученная желаемая ДПФ замкнутого контура тока (см.

M(z) _ 1 I-d

Aa,,{z) K

Z-d

иодную переменную - приращение угла отпирания ТГ1

которое задает требуемое изменение тока, а выходную пе-

ую приращение за период проводимости 7'„ тока AI или

гвующую ему величину сигналЛюратной связи по току,

иную через угол отпирания ТП - Ьа„

= К'

лТ

Ы- При пере-

рнращения угла отпирания ТП \a

в управляющее' на-

вмие ТП и

учтем, что диапазон изменения угла от 30° до

180 является квазилинейным. Примем этот диап

(р, - 150° 2,61 рад. В этом диапазоне изменение угла унравл

справедливы следующие соотношения.

Uj = Oleosa

Uj - , откуда

= —8 И 2,4В;

220

а = агссо:

и.

2-12,4

- агссо:

•s| ] = 49,33" = 0,86 |рзл.

(0.861 -1,57) = 8,83В.

2,62

При С/.-8В. Uj - 340 0,647 - 220 В.

<0,

яг

а =

2 2U

В соответствии с (17.63)

2 12.4 '

339,8 .

1,57-0.106*/

3,4

sin a =s 100 sin a

При a = 30' = 0,5236 рад, K

- 50Л/рад,

</„

2 12,356

При Да = 0,26рад, а = 1,57 -

А/У, =2,462 В.

при

тока

^ена младшего разряда цифрового преобразования в копт

I 43 5

= = 0,0106

4095 4095

лип

=0.106

= 10.

0,0106

Итак, ДПФ замкнутого контура тока принимает вид

Ко, z-d.

1,4 z-e

-I *

b d

- e = e~

, так как 7*принято равным Т

Ф регулятора тока имеет вид (см. 17 70)

I-d

0.007

"0.021»

= e

R. 1-е

3.4

up}

Z — I

1-е"

3,4

42,5 0,14

= 1,633-

ц» w «^-ам

Xre

отрим теперь цифровой контур регулирования скоро-

/рная схема которого приведена на рис 17.16.

•контура скорости лг^—0,051.

ичине й=0,867рад соответствует код 2047.

р Да-0.186рад Л U

~ 1,19В

157

0,0385:

4095 4095

= 26: К.

АЦП

= 0,106

•

26 = 2,756.

§17.4 рассматривается два случая синтеза цифрового кон-

эсти: настройка контура скорости на модульный опти-

); настройка контура скорости на оптимум, подобный

чному с фильтром на входе (СО).

рвом случае при настройке на МО имеем ДПФ цифрово-

го контура скорости (17,78)

фрового регулятора скорости (17.76)

Го гч-0^/,)'

Jfc dy, d\ и di вычисляются по формуле (17.75) и имеют сле-

1е значения

{

= 2е'°

cos Д/' = -2е~* cosW = -1,509;

d^ = е~

=в"

=0.606: