Билет №10
Принципы работы цифрового регулирования электроприводов
Стендовая контрольно-диагностическая аппаратура
1. Электроприводы с цифровым управлением
Развитие микропроцессорной техники привело к широкому применению в системах управления электроприводом цифровых регуляторов. С одной стороны это позволило существенно расширить набор реализуемых линейных и нелинейных законов и алгоритмов управления приводом. А с другой стороны, внесло такие особенности, присущие цифровым системам, как импульсный характер процессов получения информации, т.е. наличие квантования по времени и по уровню, а также наличие запаздывания в канале управления, необходимого для обработки информации и формирования управляющих сигналов. Это потребовало применения новых алгоритмов управления и новых методов синтеза систем управления приводом. Особенности построения и некоторые методы синтеза регуляторов для электроприводов с цифровым управлением мы и рассмотрим в настоящей главе.
10.1. Функциональная схема электропривода с цифровым управлением
Рассмотрим наиболее характерную и универсальную функциональную схему неавтономного электропривода с цифровым управлением (рис. 10.1). Здесь управляющая вычислительная машина (УВМ) по внешнему управляющему сигналу u0, соответствующему заданному значению выходного угла, линейного перемещения или скорости вращения, формирует командный сигнал m управления преобразователем напряжения (ПН), к выходу которого подключен двигатель. Информация о регулируемой координате uос поступает с датчика обратной связи (ДОС) и не зависимо от формы первичного сигнала должна быть преобразована в цифровую форму. Таким образом, мы имеем одноконтурную схему, где УВМ выполняет функцию регулятора и должна реализовать в цифровой форме те или иные алгоритмы управления. Причем на ее выходе сигнал может быть представлен не в цифровой форме, а, например, в форме ШИМ-импульсов. управляющих ключами преобразователя напряжения. Принципы построения и программирования таких устройств подробно рассматривается в курсе микропроцессорной техники, здесь мы рассмотрим только общие алгоритмы управления и методы построения таких систем.
Управляющая вычислительная машина обладает рядом свойств, которые определяют новые положительные качества цифровых приводов.
Развитые арифметические и логические возможности, которые позволяют реализовать сложные линейные и нелинейные законы управления, функциональную экстраполяцию, трансцендентные зависимости и пересчет координат из одной системы в другую в многосвязном электроприводе, алгоритмы адаптивного управления.
Наличие памяти обеспечивает возможность формирования текущего управления с учетом накопленной информации о координатах системы за предыдущее время и реализации принципов самоконтроля привода, за счет наличия в памяти программ тестового контроля и диагностики.
Программируемость, которая позволяет создавать на основе микропроцессорных систем многорежимные и многофункциональные приводы.
Рис. 10.1. Функциональная схема электропривода с цифровым управлением
Управляющая вычислительная машина по своей структуре, составу и выполняемым функциям подобна обычной ЭВМ, где микропроцессор совместно с устройством управления выполняют функции центрального процессора. В состав УВМ также входит система памяти, устройство ввода-вывода информации, интерфейс и канал обмена информацией. Специализация вычислителя обуславливается разрядностью, системой команд, использованием в качестве устройств ввода-вывода цифро-аналогового и аналого-цифрового преобразователей информации, ограниченным объемом памяти.
Под МП понимают функционально законченное устройство программной обработки данных, реализованное в виде одной или нескольких БИС и содержащее арифметическо-логическое устройство, элементы внутренней памяти, управления и интерфейса.
Цифровое управление может быть реализовано и в многоконтурных системах. И хотя здесь может быть задействован один процессор, он формирует сигналы регулирования для каждого из контуров, т.е. для контура тока, скорости и угла.
На практике находят применение приводы двух видов.
Цифро-аналоговые приводы, в которых один или несколько контуров, например, контур регулирования тока, построены на аналоговых регуляторах, а главный контур, например, контур регулирования скорости, на цифровых. Такие схемы применяются чаще всего потому, что быстродействия цифрового регулятора оказывается недостаточно для управления токовым контуром.
Электроприводы с прямым цифровым управлением всеми контурами, полностью исключающими аналоговые регуляторы и устройства. При прямом цифровом управлении усложняются алгоритмы управления (особенно токовым контуром и силовым преобразователем) и предъявляются повышенные требования к быстродействию управляющей ЭВМ.