1. Цель работы

Изучение теоретических сведений о дискретных передаточных функциях и структурных схемах цифрового контура регулирования скорости электропривода. Исследование цифровой системы управления электропривода постоянного тока в режиме стабилизации скорости с обратной связью от инкрементального энкодера.

2. Теоретические сведения

2.1. Схема цифрового контура электропривода

Цифровые СУЭП с программным способом управления строятся на основе универсального управляющего устройства – микроконтроллера (рис. 4).

Рис. 4. Схема цифрового контура электропривода с микроконтроллером

Все необходимые функции ЦСУ (формирование задающего сигнала х_з, сравнение с сигналом обратной связи х = х_з – х, формирования алгоритма управления у) после предварительной загрузки некоторых начальных параметров х_з0 выпол­няются расчетно, последовательно по программному циклу микроконтроллера, занимающему интервал времени Т_р. В данный цикловой период входят временные интервалы считывания показаний датчиков, расчета алгоритма, реализации сигнала управления.

Исполнительная часть СУЭП – управляемый преобразователь УП может быть как непрерывным, так и дискретным с некоторым временным интервалом дискретности Т_п (например, управляемый выпрямитель с тиристорными или транзисторными ключами, широтно-импульсный преобразователь (ШИП)). При этом в ЦСУ будут действовать два временных квантователя в общем случае с разными периодами Т_р и Т_п. Квантователи, условно изображенные на рис. 4 ключами, вращающимися с угловыми частотами 2/Т_р и 2/Т_п обновляют значения управляющего воздействия у на выходе микроконтроллера и ЭДС УП в моменты замкнутого состояния ключей.

Работа квантователей, т.е. работа микроконтроллера и УП должна быть синхронизирована. Если значения периодов Т_р и Т_п кратны одно другому и между передними фронтами начальных импульсов отсутствует временной сдвиг , то вместо двух последовательно действующих квантователей можно рассматривать один с периодом

T = max(Т_p, Т_п). (13)

В процессе работы ЦСУ при сохранении синхронизма синфазность действия квантователей по ряду причин может нарушаться, вызывая дополнительное чистое запаздывание ₀, изменяемое в пределах

0 < ₀ < min(T_р, T_п). (14)

При T_р = Т_п _0mах = Т. Так как информацию о конкретном значении и изменении ₀ получить затруднительно, то в практических расчетах по синтезу и анализу ЦСУ электропривода принимают в зависимости от конкретной задачи одно из двух зна­чений чистого запаздывания: ₀ = 0 или ₀ = Т.

2.2. Математическое описание цифровой системы управления на основе теории импульсных систем

Согласно теории автоматического управления (ТАУ) ЦСУ с программным способом управления без учета квантованности по уровню математически описываются теорией импульсных систем. Непрерывный сигнал x(t) преобразуется в квантованный по времени импульсный сигнал х_и(пТ) с амплитудно-импульсной модуляцией при Т_и = const, когда амплитуда импульса равна или пропорциональна мгновенному значению x(t) в начале каждого периода дискретности Т (рис. 5).

При Т_и  0 импульсный сигнал вырождается в так называемую решетчатую функцию х[пТ] = х[п], целочисленный аргумент которой определяется номером такта п временной дискретности. Анализ и синтез импульсных систем основаны на дискретном преобразовании Лапласа в формах:

D-преобразования

(15)

Рис. 5. Непрерывный и квантованный по времени сигналы ЦСУ

или z-преобразования

(16)

где f [nT] – решетчатая функция (оригинал); f [nT] = f [n];

D( p) и F(z) – изображения решетчатой функции; z = e^pT.

На рис. 6 приведена структурная схема, используемая в ТАУ для математического описания преобразования непрерывного сигнала в дискретный по времени.

Рис. 6. Структурная схема импульсного звена совместно с непрерывным звеном