3.5 Выбор датчиков.

Для разрабатываемой системы позиционирования необходимы такие датчики как: датчики тока, датчик скорости (необходим для реализации векторного управления ), датчик линейного перемещения.

В качестве датчика скорости применим энкодер 1XP8001-1 фирмы Siemens. Точность измерения углового перемещения необходима для оргнизации векторного управления[10, encoderconnection.com/siemens-1xp8001-1]

Таблица 3.5.1—Технические данные энкодера 1XP8001-1 фирмы Siemens

Напряжение питания	1XP8001-1 (версия HTL) +10В до +30В
Входной ток без нагрузки	200 мА
Максимальный нагрузочный ток	Макс. 100 мА
Точность (импульсов/оборот)	1024
Пульсация смещения между двумя выходами	90 Гр ± 20%
Выходная амплитуда U	Uвыс > Uв-3.5В Uниз< 3В
Частотный диапазон	0.8 мс до 160 кГц
Максимальная скорость	9000 об/мин
Температура хранения	-20 Гр С до 80Гр С
Защитное исполнение	IP66
Максимальная радиальная консольная нагрузка	60N
Максимальная радиальная аксиальная нагрузка	40N

В качестве датчика тока выбираем датчик на основе элемента Холла компании LEM [11]. Выбор производим по максимальному току двигателя. Максимальный ток двигателя I_max=I_ном*λ_I =26.8*6,6=176,88 А.

Таким образом, выберем датчик тока АРR 100 В10 со следующими номинальными электрическими параметрами:

Номинальный входной ток, эфф.знач. 100 A

Диапазон преобразования 0 .. ± 300 A

Номинальное аналоговое выходное напряжение ±10 В

Напряжение питания (± 5 %) ± 12 .. ±15 В

Частотный диапазон (- 3 dB) AC 30.. 6000 Гц

3.6 Выбор задающего устройства.

Так как в системе используется комбинированный регулятор положения, то из-за его сложности целесообразно программная реализация данного регулятора. За основу возьмем микроконтроллер (МК) на один из входов которого будет подаваться цифровой сигнал с датчика линейного перемещения рабочего органа, после реализации алгоритма в МК через другой порт инициализированный как выход будет выдаваться задающий сигнал. На выходе второго порта необходимо установить ЦАП для согласования с аналоговой частью системы. В качестве необходимого МК выбираем 32-разрядный ADSP-BF531. Его разрядность количество портов подходит для реализации комбинированного регулятора.

3.7 Реализация управляющего устройства

Так как была выбрана аналоговая схемная реализация САУ, то необходимо выполнить выбор необходимых операционных усилителей, логических элементов и пассивных элементов электрических цепей.

Регуляторы тока выбираем на основе операционного усилителя марки К140УД8. Операционный усилитель К140УД8 является ОУ общего назначения, обладающий минимальным шумовым сигналом по входу. Коэффициент усиления ОУ не изменяется с изменением напряжения питания. Балансировка выходного напряжения осуществляется внешним потенциометром R_б. Технические данные операционного усилителя сведем в рисунок 3.9: (Операционный усилитель выбран по справочному пособию [5])

Uпит , В. ±6…16,5 Uпит. ном, В. ±15 Uсм, мВ, не более ±150 Iвх, мкА, не более 30 Uвх, В ±10 Uвых, В ±10 Rвх, кОм не менее 1 Uсх. вх, В ±10 Rб, кОм 10 Рисунок 3.9 – Операционный усилитель К140УД8

На основании рассчитанных передаточных функций динамических звеньев выполним выбор R-C цепей операционных усилителей.

ПИ-регулятор тока получаем в виде:

Принимаем конденсатор , тогда из соотношения получаем:

Выбираем резистор . Из соотношения находим значение сопротивления R₄

Выбираем резистор R₄= 4300 Ом

Выбираем элементы.

Резисторы:

R₃: СП5-16В – 0,125 – 4,7 кОм 5%

R₄: СП5-16В – 0,125 – 4,3 кОм 5%

R₅: МЛТ – 0,125 – 3 кОм 5%

Конденсатор:

C₁: K50 – 6 – 3,3 мкФ, 10 В

В качестве регулятора скорости принимаем П-регулятор.

Задаёмся значением , тогда

Принимаем:

R₇: МЛТ – 0,125 – 1 кОм 5%

R₆: СП5-16В – 0,125 – 1,5 Ом 5%

R₅: СП5-16В – 0,125 – 27 Ом 5%

ПИ регулятор потокосцепления ротора выбираем из соотношения:

(3.7.3)

Принимаем , тогда

Выбираем резистор .

Принимаем:

R₈: МЛТ – 0,125 – 150 кОм 5%

R₉: СП5-16В – 0,125 – 120 Ом 5%

R₇: СП5-16В – 0,125 – 330 Ом 5%

C₂: K50 – 6 – 3,3 мкФ, 10 В

Для подключения МК выбираем элементы для поверхностного монтажа:

Резисторы

0402 – 0,125 – 10 Ом 5%

Конденсаторы фирмы Kernel:

X7R-0.1 мкФ 10В

X7R-0.01 мкФ 10В

Система уравнений на которых построена работа комбинированного регулятора рассмотрена в главе 3.4.

Для 32 разрядного выхода МК выбираем 4 16-разрядных ЦАП типа AD9148 [12].

Для подключения ЦАП выбираем элементы для поверхностного монтажа:

Конденсаторы фирмы Kernel:

X7R-10 мкФ 10В

X7R-100 нФ 10В

Сопротивления обратных связей регуляторов рассчитываются на максимально допустимый входной ток операционного усилителя.

Ограничение выходов регуляторов основано на охвате регуляторов нелинейной обратной связью.

В качестве диодов выберем диодный мост типа B10S [13]

• Максимальное обратное напряжение 120 В

• Максимально обратный ток 5 мкА

• Максимальный прямой ток 0,5А

• Максимальное прямое напряжение 1,1 В

Резистор выберем типа TR10F2207Gk -1-2.2 ГОм 2%

с подстроечным резистором SH-R114S-600 Мом 2%

Блок деления реализуем с помощью AD632[12].

3.8 Функциональная схема СУЭП

Функциональная схема СУЭП представлена на рис 3.8.1. Следует отметить, что при использовании энкодера на МК будет поступать цифровой сигнал. На МК необходимо программно реализовать вычисление углового перемещения ротора двигателя, но организовать вычисление скорости на том же МК не удастся т.к. не хватит его вычислительных возможностей . Решением данной проблемы может стать использование второго МК того же типа, с подключением по принципу Master-Slave.

Так как и для первого МК, для второго необходимо использование ЦАП для согласования с остальной частью системы.

Для данных целей возьмем 4 восьмиканальных ЦАП AD9148.

Для подачи питания для всех аналоговых регуляторов используем источник питания фирмы Aimtec типа AMEL15-MAZ [14]

• Входное напряжение 90-260 В

• Выходное напряжение :3,3;5 ;12 ;15;24;±5; ±12 ; ±15

• Количество выходов 2

Для подачи питания на ЦАП и МК также возьмем источник питания фирмы Aimtec типа AMEL15-MAZ [14].

Функциональная схема системы управления электроприводом

Рис.3.8.1 — Функциональная схема системы управления электроприводом

4. АНАЛИЗ ДИНАМИЧЕСКИХ И СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СУЭП

   1. Структурная схема системы управления.

Рисунок 4.1 - Структурная схема системы управления.

2. Статические характеристики системы, рабочие режимы СУЭП на статических характеристиках.

Статические характеристики замкнутой векторной системы асинхронного электропривода описываются уравнениями:

(4.1)

Рисунок 4.2 – Статические механические замкнутой системы.