Kurs_Rab

20

N = 2n Ux/Uэ.

При этом цикл работы ПНК заканчивается, конденсатор С интегратора закорачивается через ключ К3 и выдается сигнал Готовность.

3.4. Преобразователи перемещения. В качестве датчиков положения используются обычно датчики типа синус-косинус вращающегося трансформатора (СКВТ) и фотоэлектрические типа ВЕ 178.

3.4.1. Фотоэлектрические датчики. Данные датчики можно разделить на две группы: кодового и импульсного типов. Принцип работы фотоэлектрического импульсного датчика и электрическая схема одного канала формирования импульсов показаны на рис.11.

U1

светодиод

Рис.11. Фотоэлектрический датчик

Канал формирования импульсов построен на базе схемы сравнения типа 521 СА3 (A1) и фотодиода VD1, включенного по схеме источника ЭДС (рис. 11,б). При вращении растрового диска происходит формирование светового потока через линзу, растровую индикаторную пластину и растровый диск (рис.11,а). Интенсивность светового потока при равномерном вращении изменяется по синусному закону (рис.11,в). Для формирования импульсов используются две пары светодиодов, каждая из этих пар сдвинута относительно друг друга на 90°. На индикаторной пластине растры расположены в два сектора, сдвинутых относительно друг друга на ¼шага. Фотодиод VD2 каждого из каналов предназначен для решения задачи термостабилизации.

21

На выходах формируются прямоугольные импульсы, сдвинутые относительно друг друга на 90°, что позволяет определить направление движения.. Схема сравнения А1 представляет из себя ОУ с большим коэффициентом усиления, выходной каскад которого выполнен на основе транзистора с открытым коллектором. Это позволяет осуществлять согласование ее выходного сигнала с уровнем ТТЛ.

Для увеличения разрешающей способности импульсы с датчика подаются на схему учетверения, с помощью которой осуществляется выделение направления движения и формирования учетверенной последовательности импульсов.

3.4.2.Основные режимы работы датчиков положения типа СКВТ. В

преобразователях перемещения в качестве датчиков широко используются линейные и круговые датчики трансформаторного типа, принцип действия которых основан на изменении взаимной индукции между двумя системами обмоток. Особый интерес представляют многополюсные синуснокосинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) с электрической редукцией, позволяющие повысить точность измерения за счет усреднения технологических погрешностей изготовления. В станкостроении широко используются линейные индуктосины, по принципу действия подобные СКВТ, развернутому в плоскости. На рис.12 представлены статорные и роторные обмотки синусно-косинусного вращающегося трансформатора.

23

3.5. Цифровые регуляторы. В качестве примера рассмотрим организацию электропривода подачи в системах числового программного управления (ЧПУ). Отработка заданного положения в контурных системах ЧПУ осуществляется с помощью следящего ЭП, в качестве задатчика координат соответствующих требуемому положению используется интерполятор (см. рис. 17). С помощью интерполятора решаются задачи развертки заданных перемещений во времени, одновременно с этим решаются задачи пуска и торможения с заданным темпом приращения скоростей и ускорений.

Ввод информации в интерполятор осуществляется кадр за кадром. При этом в кадре управляющей программы содержится информация по перемещению NΧ и о скоростях Vx подачи.

Рассматриваемая цифровая система построена по принципу подчиненного регулирования параметров и содержит три контура: положения, скорости и тока. В каждом из контуров содержится соответственно регулятор положения (РП), скорости (РС) и тока (РТ). Регулятор положения обычно реализуется программным способом, а контроль положения осуществляется с помощью датчика положения (ДП) и преобразователя фаза-код (ПФК). Регуляторы скорости и тока целесообразно при прямом цифровом управлении выполнить автономно на базе микроконтроллера. Зависимое токоограничение осуществляется путем введения в регулятор скорости звена ограничения. При настройке всех трех контуров тока, скорости и положения на модульный оптимум будем иметь следующие передаточные функции регуляторов:

тока

26

n

граммным способом можно осуществить по формуле N = ∑ ai qi , где

i =0

ai = 0 ÷ q − 1, q основание системы счисления. Цикл преобразователя

включает чтение результата преобразования в ячейку j. Затем вычисляется ошибка Dj между сигналом заданного положения jз и сигналом обратной связи. С учетом циклической развертки задающего сигнала и обратной связи производится обработка ошибки в моменты перехода задающего сигнала с максимального значения на минимальное или наоборот. Если ошибка по положению Dj превышает максимально возможное значение jmax/2, то для восстановления сигнала ошибки до нормального уровня формируется дополнительный код ошибки Dj. Алгоритм предусматривает реализацию П- регулятора, в соответствии с которым реализуется операция перемножения NΧ5b ÑC. При реализации алгоритма регулятора используется целочисленная арифметика. При этом входные величины и коэффициенты можно масштабировать, исходя из требуемой точности их представления. Если b представить в виде восьмиразрядного числа, то можно получить 256 его значений.

Выходной сигнал при перемножении восьмиразрядного и шестнадцатиразрядного числа будет представлен двадцатичетырехразрядным результатом. Выход ЦАП позволяет преобразовывать в лучшем случае шестнадцатеричные числа. Поэтому приходится производить загрубение системы путем использования только старших разрядов или снижать диапазон допустимых значений сигнала управления. В последнем случае необходим анализ насыщения регулятора при выходе сигнала ошибки из допустимого диапазона.

Информация на ЦАП поступает в виде знакового модуля, поэтому в случае отрицательного числа формируется его дополнительный код и в старший разряд загружается признак отрицательного числа. Старший разряд при этом в ЦАП используется для переключения выходного сигнала через дополнительный инвертирующий усилитель. Другой возможный вариант связан с использованием знакового разряда для изменения знака опорного напряжения ЦАП.

3.5.3.Переход к дискретному регулятору по непрерывному прототипу.

При синтезе системы управления электроприводом могут быть использованы различные подходы, принятые в инженерной практике проектирования непрерывных систем регулирования, конечным итогом которых является выбор регулятора. Переход к дискретному регулятору от аналогового прототипа может быть осуществлен путем дискретной аппроксимации последнего. На рис. 20 показана структурная схема дискретного регулятора W p (z) , свойства

которого приближены к соответствующему непрерывному W p ( p) за счет

введения фиксирующего звена Wo ( p) нулевого порядка, восстанавливающего информацию между интервалами квантования.

Дискретная передаточная функция регулятора находится c использованием Z- преобразования в виде изображения последовательного соединения звеньев

Раскроем передаточную функцию

(1 − z −1 )y(z ) = β (1 − (1 − T τ )z −1 )x(z ),

иначе

y(z ) = β x(z ) − β (1 − T τ )z −1x(z ) + z −1 y(z ) .

Используя теорему запаздывания и упреждения получим

y[n]= β x[n]− β (1 − T τ )x[n − 1]+ y[n − 1].

Решение разностного уравнения можно реализовать на основе структур с многомерным входом или выходом. На рис. 21 показана одна из структур прямого (непосредственного) программирования полученного рекуррентного уравнения.

Рис. 21. Структура непосредственного программирования

3.5.4.Алгоритм регулятора скорости. Вхождение в алгоритм регуля-

тора (рис.22) осуществляется по прерыванию от таймера. После вычисления ошибки между сигналом задания скорости и обратной связи по скорости производится ее анализ на превышение значений ограничения.

z[n] ← x[n] - x’[n - 1]

y[n] = y[n - 1] + z[n]

y*[n] = y[n], y’[n] ← y[n]

Да

y[n] > 0

Нет

y*[n] ← y*[n] + 1

y’[n] ← y*[n]

y’[n] ← y’[n] v100000

Нет

y*[n] > y0

Да

Нет Да y[n] > 0

y[n-1] ← y[n]

x’[n-1] ← β(1-T/τ)x[n]

Вывод y’n на РД ЦАП

возврат

Рис. 22. Алгоритм регулятора скорости