10.3.2. Формирование сигналов управления импульсным преобразователем напряжения
Для реализации операций управления преобразователем напряжения, как в аналоговой, так и в цифровой системе мы должны осуществить ряд действий: выделить из сигнала, на выходе регулятора, предназначенного для управления преобразователем напряжения, информацию о его модуле и знаке; в соответствии со знаком управляющего сигнала и выбранным заранее способом импульсного управления (однотактное или двухтактное нереверсивное, двухтактное реверсивное) обеспечить соответствующую коммутацию ключей преобразователя напряжения; осуществить преобразование цифрового кода, соответствующего управляющему сигналу в широтно-модулированную последовательность импульсов. В аналоговом приводе перечисленные операции выполняют отдельные логические или функциональные элементы, например, как это показано на рис. 8.2.
Информация о знаке управляющего сигнала содержится непосредственно в его коде и ее можно выделить, обозначив
signxу=1=>xу>0, signxу=0=>xу<0.
Информация о модуле управляющего сигнала содержатся в виде двоичного кода. Чтобы преобразовать этот код в широтно-модулированную последовательность импульсов, формируется постоянный временной интервал, соответствующий длительности периода частоты ШИМ – T. Это может быть сделано, например, с помощью счетчика периода (СП), на котором записывается некоторое число Nn (рис. 10.4).
Рис. 10.4. Временная диаграмма работы преобразователя цифрового кода в широтно-модулированный сигнал
Код, соответствующий длительности подключения обмотки якоря к источнику питания t1=γT≤T, записывается в рабочий счетчик (СР). Затем с помощью импульсов считывания с периодом T01 происходит одновременное уменьшение содержимого обоих счетчиков на единицу и в момент времени t1=N1T01 счетчик СР обнулится. При t1<T счетчик СП обнулится позже (т.е. в момент времени t=T0), а следующим импульсом считывания установится в исходное состояние счетчиков. Если сигнал управления импульсным преобразователем обозначить x, формируя его в соответствии с уравнениями:
х=1=>SСР>0,SСП>0; х=0=>SСР>0,SСП=0;
где SСР,SСП – числа записанные на счетчиках СР и СП соответственно, то этот сигнал и обеспечит широтно-модулированное управление преобразователем напряжения.
Логические уравнения для формирования по сигналу x импульсов управления ключами преобразователя напряжения (инвертора) при использовании в приводе коллекторного двигателя постоянного тока, управляемого по одному из рассмотренных в п. 4.3. способов, определяется конкретной схемой импульсного управления. При однотактной нереверсивной схеме рис. 4.14.а последовательность импульсов x непосредственно управляет ключом К, при этом x=1 соответствует замкнутое состояние ключа. При двухтактной нереверсивной схеме рис. 4.14.б ключом К1 управляет последовательность импульсов x, а ключом К2 – обратная последовательность импульсов x. При реализации на основе мостового инвертора рис. 4.14.в управления по двухтактной нереверсивной схеме, но с реверсом по сигналам sign(x), формирование сигналов управления ключами, согласно функциональной схеме рис. 8.2, осуществляется в соответствии со следующими уравнениями:
x1=xsignxу, x2=xsignxу+signxу, x3=xsignxу, x4=xsignxу+signxу,
где индекс при x соответствует номеру ключа, которым этот сигнал управляет. При реализации двухтактного реверсивного управления по схеме рис. 4.14.в управление ключами должно осуществляться в соответствии с уравнениями
x1=x3=x, x2=x4=x.
Здесь информация о знаке управляющего сигнала непосредственно не используется, так как реверс двигателя в соответствии с п. 4.3.3 осуществляется при переходе относительной, длительности импульсов управления через значение 0,5.
При использовании в качестве исполнительного двигателя трехсекционного ВД с мостовым инвертором рис. 5.14 при реализации ШИМ-регулирования логические уравнения формирования сигналов управления ключами инвертора (10.5) усложнятся. Например, при реализации нереверсивного однотактного регулирования с учетом возможности реверса двигателя управляющим сигналом получим
yi'=yisignxу+zisignxу,
zi'=zixsignxу+yixsignxу,
где штрихом обозначены сигналы, непосредственно управляющие ключами инвертора, а без штриха соответствующие сигналы с выхода логического преобразователя. При реализации двухтактного нереверсивного управления с учетом возможности реверсирования по управляющему сигналу логические уравнения для формирования сигналов управления ключами будут зависеть от способа коммутации секций. Например, при 120-градусной коммутации, когда на каждом МКИ к источнику питания подключено по две секции можно, записать уравнения:
yi'=zi'=0=>yi=zi=0; yi+1=yi+1xsign(xу)+zi−1xsign(xу); zi+1'=zi+1'xsign(xу)+yi+1xуsign(xу); yi−1'=yi−1sign(xу)+zi−1sign(xу).
При двухтактном реверсивном управлении имеем
yi'=yix+zix, zi'=zix+yix,
где xу – сигнал ШИМ-управления двигателем.
Техническая реализация устройства формирования импульсов управления преобразователем напряжения на основе проведенных уравнений может оказаться более целесообразной не в виде программ микропроцессора, а в виде отдельного электронного логического устройства, реализующего эти уравнения.