10.6. Цифровой электропривод с импульсно-фазовым и релейно-импульсным регулятором

Как было показано выше, наибольшее затруднение при построении рассмотренных выше цифровых электроприводов вызывает реализация интегратора. Это объясняется тем, что через интегратор замыкается главная обратная связь привода, и погрешности интегрирования непосредственно определяют точность системы. Повышение точности интегрирования требует обработки информации на большем числе периодов и усложняет алгоритм расчета, что увеличивает время запаздывания при регулировании и ухудшает динамические свойства привода. Поэтому целесообразней оказывается определить интегральную составляющую ошибки не в цифровой форме, а аппаратными средствами, как это показано в п. 8.4.3, а корректирующее воздействие получить в цифровой форме. Так как при этом не предъявляется особых требований по точности определения скорости и ее производной, можно использовать простейший алгоритм дифференцирования (10.12), Функциональная схема и временная диаграмма работы такой системы представлена на рис. 10.10.

Так же как и система, рассмотренная в п. 8.4.3, Данная схема содержит импульсный преобразователь напряжения (ПН), например, в виде транзисторного ключа, двигатель постоянного тока независимого возбуждения (ДВ), выявитель рассогласования (ВР), выполненный по схеме рис. 8.19 и импульсный датчик (ДОС). Для того чтобы осуществлять ШИМ-регулирование на частоте главной обратной связи по фазе, импульсы задающей частоты f0 поступают на цифровое фазосдвигающее устройство, выполненное в виде линии задержки (ЛЗ). Задержка обеспечивается с помощью счетчика, который запускается импульсами f0. Причем, если на второй вход ЛЗ не поступает дополнительной информации с вычислительного устройства (ВУ), то после записи на счетчике некоторого S0 количества импульсов высокой частоты заполнения fз. он сбрасывается в исходное состояние и при этом формируется импульс f01, сдвинутый относительно f0 на время tзо=T0/2. Последовательность импульсов f01 поступает на вход ВР.

В ВУ осуществляется вычисление корректирующих воздействий по скорости и ее производной. Код Sk, пропорциональный частотному рассогласованию Δf=(f0−fос) и его производной Δf, вычитается из кода S0. В результате, например, при уменьшении скорости двигателя уменьшается число, записанное на счетчике линии задержки, и уменьшается время задержки, что ведет к увеличению относительной длительности импульсов X и, как следствие, к отработке рассогласования. Настройку системы можно осуществлять так же, как это показано в п. 8.4.3. Сначала из условия заданного быстродействия в соответствии с выражением (8.58) необходимо выбрать число меток датчика z. Затем согласно (8.59) найдем желаемое значение коэффициентов обратных связей по скорости и производной от скорости, а по этим коэффициентам просто найти требуемые значения передаточных коэффициентов ВУ по скорости (kс) и ускорению (kус)

kс=c1/(kдсkфсу),kус=c2/(kдсkфсу).

Рис. 10.10. Функциональная схема цифрового электропривода с импульсно-фазовым регулятором

Алгоритм работы ВУ записывается следующими разностными уравнениями

.

Реализация привода с релейно-импульсным регулятором на основе микропроцессора позволяет существенно повысить его точность при сохранении высоких динамических свойств. В п. 8.4.2 мы показали, что в электроприводе с РИР нулевая ошибка от квантования по времени и по уровню обеспечивается при m=1. Отсюда можно разработать алгоритм управления, обеспечивающий минимум ошибки поддержания средней скорости, при условии возможности регулирования электромагнитного момента двигателя. Функциональная схема такой системы представлены на рис. 10.11.

В схему в дополнение к элементам, которые содержит простейшая схема с РИР (рис. 8.15), включен блок вычисления параметров – БВП и дополнительная схема совпадения "Логическое И", При пуске двигателя блок БВП производит вычисление момента сопротивления Mс на валу двигателя. Для этого может быть использовано соотношение (2.41), из которого получим.

Рис. 10.11. Функциональная схема цифровой системы, реализующей релейно-импульсное управление

(10.14)

,

где Mс(t) – зависимость момента сопротивления на валу двигателя от времени, U – напряжение на обмотке якоря при замкнутом ключе К, Rя – суммарное активное сопротивление якорной цепи, ε(t) – зависимость ускорения от времени. Вычисляя по сигналам с датчика скорости закон изменения ускорения по приведенному выражению мы можем вычислить и значение Mс при заданной скорости и с помощью ШИМ-модуляции напряжения на обмотке двигателя установить значение его электромагнитного момента согласно выражению

M=2Mс,

что соответствует m=1. При этом ШИМ-регулирование осуществляется на том же ключе К с помощью схемы совпадения "Логическое И", т.е. при замкнутом ключе К на двигатель подается не постоянное, а широтно-модулированное напряжение источника питания. Для выполнения условия m=1 двигатель должен иметь, по крайней мере, двойной запас по моменту.

В процессе работы установленная после пуска относительная длительность включения γ может корректироваться из условия минимизации установившейся ошибки регулирования скорости. Более того, можно установить оба значения γ, соответствующих двум значениям выходной величины РИР:

γ=γ1→x=1; γ=γ2→x=0,

т.е. при x=1 не включать двигатель на полное напряжение, а установить γ=γ1; при x=0 не отключать его от сети, а устанавливать γ=γ2. Это позволит уменьшить колебания мгновенной скорости. В процессе работы привода, при изменении момента на валу или заданной скорости можно регулировать γ1 и γ2. из условия минимизации колебаний мгновенной скорости. Для этого в функциональную схему рис. 10.11 необходимо ввести дополнительные элементы. Можно отметить, что реализация всех функциональных элементов схемы рис. 10.11 может быть осуществлена с помощью микропроцессора программным путем.