Онищенко Г.Б. и др. Автоматизированный электропривод промышленных установок

Подождите немного. Документ загружается.

Структурная схема цифрового контура скорости представле-

рис. 17.16. В её составе структурные составляющие: цифро-

регулятор скорости с ДПФ ^

чрс

(г), подлежащий определе-

f замкнутый контур тока с ДПФ

A/(z) 1

-d

(z) K

z-d

раполятор нулевого порядка, интегрирующее звено, датчик

ТНОЙ связи и АЦП. За входную переменную принято прира-

задающего угла Аа

для тиристорного преобразователя,

^дной физической переменной контура является приращение

а расчётной выходной переменной для выполнения

ры динамического синтеза принят сигнал датчика скоро-

Ьыраженный в приращении угла ТП - Дог,*. В соответствии

структурной схемой и (17.43), а также таблицей Z-

разований ДПФ приведённой непрерывной части контура

к я. к:

(z-d

)(z-

где:

К .Я. К..

-d

(17.73)

(17.74)

ОТ

- электромеханическая постоянная времени привода, с;

ВС, - передаточный коэффициент двигателя, рад/В с.

I l-d,

К,

z-d,

ЬЩ.

z-1

*Р

Лоос[К)

Лаос

I Капп

L-

AUoc(t)

Рис. 17.16. Структурная схема цифрового контура скорости

Выражению (17.73) соответствуют согласно (17.53); v

=\;

Ъ-z-dr, P{z)=P

I Динамический синтез контура скорости выполним методом

Тндаргных уравнений с желаемым расположением корней ха-

зтсристического уравнения. Рассмотрим для первого варианта

•Теза однократно интегрирующую систему. В этом случае сис-

Ja регулирования скорости имеет астатизм первого порядка по

пению к задающему воздействию и является статической по

•Ношению к возмущающему воздействию, поэтому желаемый

Ьактеристический полином в области непрерывных перемен-

ных имеет распределение нулей, соответствующее модуль но

оптимуму

D.JP) = Р' +

v2ft)

р+а>

„ = (р- р, }(р- р

I 1

где. *>

V27'

2-JZT

,717

= Л»/я» =2,8.

(17.7.

Определим соответствующий модульному оптимуму хар

герпетический полином для дискретных переменных

(г)

= (е'

-г

Х*'

-е*)

= е

"" * е'

2вГ

cosflT ье'

"* =

+ d,z

•

где:

j, = 2е~°

cos ^ = cos 1.509;

щф. = 0,606.

Выполним синтез на основе полиномиального уравнен

(17.56)

Определим порядки искомых полиномов M(z) и Л'(г);

/„41

<1-2, следовательно,

К<.\\ M(z)=m

-*-v=l=2,

следовательно, Ijf^l-v^

1; N(z)~noz+n\

Приравнивая коэффициенты при равных степенях г. иаход

коэффициенты полиномов .V/(r) и N(z):

РйШсЛ

(z-1

Х^оГ

я,) di\

N\-NQ=D\, Wi=</|

+ 1;

Z°. Pamo- =d

A/(z) = w

= ^—i,

ДПФ ЦРС согласно (17.58)

^ (r-l)-'iV(z) /J

так как v= и Q(z)~z-dj.

(17 76

и:

1Я принятой настройки на модульный оптимум с учетом

5«ных выше значений dj, d

. dj

0,097 z - 0.606

z - 0.509

ченной ДПФ ЦРС соответствует ДПФ

го контура

Р{г)Щ=) _ P

ffi

аднг(-) р

(17.77)

цифровою

14- d, +d

d,~

\-d<

4-d

z ^d

0,097

(17.78)

z' + l,509z + 0,606

Ь выражения для ДПФ* ЦРС (17.77) следует, что для осуше-

(ия в цифровом контуре скорости модульного оптимума в

второго порядка цифровой регулятор будет отличным от

опального Из (17.75) очевидно, что для получения «ро-

льного ЦРС достаточно выполнить условия

= -(1

) =-(1 + е"

/7>

) =-1606;

= 0,097-(! + </,) = 0,703.

ТДа

(17.79)

-снение коэффициентов d\ и d

J(z) приводит к измене-

ней уравнения

1ж

<г)-0; «7-0,17; рт=0,293

ательно, к нарушению условия модульного оптимума,

ленились немного, и при синтезе по уравнению реали-

(полиномиальное уравнение) учитываюсь условие

и» системы.

•мя переходного процесса цифрового контура определяет-

нным значением полосы пропускания щ контура регу-

ия, в котором реализован модульный оптимум

2м'27*

ит для цифрового контура скорости

пп

= 2\2Тг

(Ш

= 7,91Г,

лизнтельно 8 тактов дискретности тиристорного преоб-

ля.

Сравним передаточные коэффициенты цифрового (К,

аналогового регуляторов скорости

^ _

+ J, + K

+ ^ _

KfiRjKx Т 1-</

(1~8

ВД& <#т г 7Ш *

Таким обратом, передаточные коэффициенты ЦРС и АР

практически совпадают при настройке на модульный оптимум

системе второго порядка. Однако ЦРС (см. 17.77) несколько Ьтл

чается от пропорционального.

Выполним синтез ЦРС. обеспечивающего для оифрово

контура скорости астатнзм второго порядка по отношению к 1

дающему воздействию и астатизм первого порядка но отпои

нию к возмущающему воздействию. В этом случае выбираем

рактеристический полином в области непрерывных переменны}

распределением корней D

llt

(p)-0. соответствующих контуру р

гулирования, в котором реализован симметричный оптимум

(р) = Я

+ 2со

+ 2ft)" р +

соI

где:

*пп = = <*п = . V . = —; = 27* ,.

V4 27*; 2Г

Соответствующий желаемый характеристический полином

области дискретных переменных z^e

имеет вид

= + </

* + 4

{

-2e

-e^

=-2,5;

</_ = = -0,606; (o

= — = •—.

27*, 4Г

11олнномиальное уравнение, решение которого обеспечивав

реализуемость ЦРС и позволяет найти порядки полиномов М(г.)

Мг) (ем. 17.56, 17.57), имеет вид

I P

M(z) + (л -1У N{ z) = гЧ ef,r + + : (17 82)

C/-/..-3; принимаем /.,=

а поэтому Л/(г )=«?<£+/«;

Щ|л=3-2

= 1.

сравнивая коэффициенты при равных степенях г в равсн-

7.82). находим

I»

. . с/,

+ 2'tf. +

: 1; w, =tf

2: w

= —

;

Ф ЦРС согласно (17.58)

(0,12г -0,106X2-0,606)

(г.-ту

(17.83)

(?-1Х2-0Д0)

менная ДПФ ЦРС соответствует ДПФ замкнутого циф-

ioirrypa скорости согласно (17.54)

P(z)M(z) _ (m

m,)

(z) Z

+tJ

z+d

+ ^ - £ fl.l2r-i>,l06

(17.84)

+4* z

-2,5г

- 2,122 - 0,606

чснная структура ЦРС обеспечивает астатическое регу-

нс скорости в сочетании с оптимальным демпфированн-

ая переходною процесса составит

//ro=W*fo=4J-r -23,67' *24Г

ывается в три раза больше, чем при применении ЦРС.

шего П - закон регулирования.

отмечается в [3-4], реализация ЦРС с ДПФ (17.83) вызы-

;елённые трудности Если выполнить условие

i.To:

w, 0,122-0.106

(17.85)

ррн этом ДПФ замкнутого конто ра скорости примет вид

•„„(г) 0,12^-0.106

Глава 18. Микропроцессорные средства управлении

электроприводами

18.1. Состав н архитектура микропроцессорных снсте!

Микропроцессор (МП) - это программно управляемое у

ройство. предназначенное для обработки цифровой информац

и управления процессом этой обработки, реализованное на олн

иди нескольких больших интегральных схемах БИС; други

словами, МП - это стандартное универсальное устройство, г

эволяюшее реализовать приём, обработку и передачу- цифрой

информации.

Микропроцессорная система (МПС) - это совокупное

взаимосвязанных устройств, включающая один или несколь

(МП), память (ЗУ), устройство ввода-вывода и ряд других

ройств, предназначенных для выполнения некоторых чётко он;

Делённых функций.

Микроконтроллер (МКО) - устройство, выполняющее фу1

ции логического анализа (сложные последовательности логи«

ских операции) и управления, реализуемое на одной или

скольких ЬИС. МКО - это микропроцессорное устройство, в

тором за счёт сокращения функций по выполнению арифмешч

ских операций можно уменьшить его аппаратную сложность

развить функции логического управления

Микропроцессорный комплект интегральных схем (МГ

ИС) - это совокупность микропроцессорных БИС (базовый МП

и других ИС, однотипных по конструктивному, технологичест

му исполнению, для которых обеспечена функциональная, а

турная, информационная и энергетическая совместимость п

использовании МПС.

Структура и взаимосвязь основных средств микропрош

сорной техники (МТ) в рамках микропроцессорных автомат

ских систем (МПАС) показана на рис.18.1.

МП включает арифметико-логическое устройство (АЛ!

устройство управления (УУ) и блок регистров (БРГ). в котор|

входят регистры: аккумулятор, адреса, флаговые, состояния, п|

граммпый счётчик, общего назначения, стековые и т.д.

МПС включает помимо МП (одного или нескольких), опе|

тивное и постоянное ЗУ (ОЗУ и ПЗУ), устройства ввода-выво;

(УВВ), ряд других устройств.

Взаимодействие частей МПАС осуществляется Посредстве

шин- адресной (I1IA). данных (ШД), и управления (ШУ). свял

вающих в единую систему компоненты Ml

1С,

а также шин изм

Рис IS 1 Структур® микропроцессорной автоматическая системы МПАС

рС могуг быть конструктивно подготовлены для работы с

)м-оператором. т.е. иметь каркас, панель управления и

необходимые компоненты - в этом случае её называют

IBM МПС могут предназначаться для агрегатирования,

|ч работы в конструктивно и функционально едином ком-

аппаратуры.

;леднсм случае речь идёт о реализации распределённых

управления обработки информации в рамках MIIAC.

1елённость здесь означает, прежде всего, расчленение (де-

{кзнцию) общего алгоритма управления на ряд параллельных

Последовательно реализуемых алгоритмов, не связанных нл-

\ко это возможно друг с другом во времени, и, кроме того,

[ыюс пространственное распределение процессов уирав-

н обработки информации путём встраивания средств МТ

бедственно в датчики, регулирующие исполнительные и

устройства [3-10].

При этом более эффективно решаются задачи обеспечения

^действия, надёжности, живучести, сокращения размеров и

^•шення массы средств автоматического управления, регули-

руя, контроля и сбора данных. Характерные свойства МП

^-.возможность встроенного управления каждой отдельной

мцей аппаратуры, оборудования, что обеспечивает создание

Юостыо автоматизированных локальных систем и процессов.

307

I контроля и управления, которые совместно с соответст-

^Ми устройствами связи с объектом (процессом) обеспечи-

щспосредствснное взаимодействие МПС с управляемым

>м или процессом.

ШИИ» ун|Ш!*»М»«

Проектирование сложной технической системы предпол

ет расчленение её на некоторые функционально закончен*

подсистемы При этом важно иметь общее представлени

структуре, как системы в целом, так и отдельных её подсистем

случае использования в системе МП средств немаловажно ус

новить взаимосвязь структуры с соответствующим алгоритм»

ским обеспечением. В сложных системах, например в сист

управления промышленного робота, в качестве подсистем при

то выделять иерархические уровни управления [3-14].

На примере робототехнической системы рассмотрим раз

ленис общей задачи управления дейст виями робота на нескол

самостоятельных подзадач или уровней управления В оби

случае принято выделять три иерархических уровня управлен

исполнительный, тактический и стратегический.

На нижнем (исполнительном) уровне осуществляется уп~

ление приводами подвижных звеньев исполнительного механ

ма робота. При этом основная задача управления заключает

расчёте и выдачи на системы управления приводами таких си

лов. которые обеспечивают качественное исполнение закок

движения по отдельным степеням подвижности робота.

На втором (тактическом) уровне вычисляются законы сог

совамного движения звеньев исполнительного механизма роб

обеспечивающие целенаправленное перемещение его рабоч

органа по некоторой траектории, задаваемой вышестоящим у

нем управления.

11а третьем (стратегическом) уровне планируется траекто,

движения рабочего органа ПР (промышленного робота), сорт

ствуютцая выполнению роботом предписываемой ему техноло

ческой операции.

Ещё один важный аспект, характеризующий общую струк

ру системы управления ПР, связан с особенностями органнзат

вычислительно-логического блока.

В последние годы наметилась тенденция к использован

принципа децентрализованного управления при построении с

тем управления ПР. Вычислительно-логический блок в гак

системах реализуется с помощью нескольких микро-ЭВМ г

МП модулей, на каждый из которых возлагается решение сам;

сто я тельной задачи.

Очевидное преимущество децентрализованного управлен

в возможности параллельного ведения вычислительного проц

са, а значит, в расширении возможностей системы управления

счёт решения более сложных задач в реальном масштабе времен

по сравнению с системами централизованного управления. Кро

308

Использование автономных контролеров для каждого из

рв позволяет улучшить качество процессов управления за

1вышения частоты выдачи управляющих сигналов на ана-

io часть приводов

:е МП можно разделить на два типа:

Однокристальные МП с фиксированной разрядностью слова

Дарованной системой команд;

[миогокристальные МП с изменяемой разрядностью слова и

ограммным управлением.

18.1.1. Структура однокристальных МП

вые 16-разрядиые МП i8086 фирма Intel выпустила в

*ду. Эти МП сами по себе уже представляют в основном

ЗЧеский интерес. Однако их структура и принципы органи-

Тлсгли в основу развития современных 16, 32-разрядных

Зроров. МП семейства Ю86/88 соответствует широко рас-

енная отечественная серия К1810.

рис, 18.2 показана схема 16 разрядного МП серии

JM86, в котором имеются автономное устройство сопря-

шиной (УСШ), организующее опережающую выборку

из памяти и формирующее очередь выбранных байт по-

Тртельности команд, и операционное устройство (ОУ), из-

^щее команды из очереди и реализующее предписанные

"ами операции в 16-разрядном АЛУ [3-7].

{•состав УСШ входят 6-байтная очередь команд, счётчик

четыре сегментных регистра и сумматор. В состав ОУ

блок регистров общего назначения, зрнфметико-

кое устройство (АЛУ) и регистр признаков F Устройство

ення МП осуществляет управление УСШ, ОУ и, кроме то-

яферийным оборудованием системы, обеспечивая обмJH

[мн с использованием механизмов квитирования, прерыва-

емого доступа к памяти,

1ссть однобайтных per истров очереди команд образуют рс-

команды МП. из которого ОУ последовательно извлекает

ую команду побайтно.

Кдресуемая область памяти составляет 1Мбайт. и, следова-

формат адреса равен 20бнт. МП манипулирует логиче-

и адресами, содержащими 16-разрядный сегментный (базо-

jtnpcc и 16-разрядное внутрисегментное смещение. Логиче-

[ШДреса преобразуются МП в физические (исполнительные)

-а в соответствии с рис. 18.3.

•4 К

«а

Sis 11

iSS*?"

JD t П й-

jLL

понпт

dnnai'QDdufi

I ?

M to O- ~

S cole.

—

g s-s-

| & Si-

's 11

ill

? Ci

tj. 5 R

111

гч ^ C;

t= X e=

n ic

Ш1Ш tun, in ,i

«= s

«=

Ci CI

ant&aQodus]

кпц-сднМц UtfU

|~Т777ГТ"

fl 0|

all

9Гнэи$ vduff

дивная igadsso

\л

1st

1Л

to IX

t-H

'—.

О)

1 «3 1

«о

* $

$ £

tl ?

* £

с».

<*>

су

tf *

«и

«о

О, Со to <о

nn)iV03dgo wg I HOd XW9

Рис. 18.2 Схема н mrrepfefio Mil KI810 DM 86