Сергеев А.Г. Конспекты лекций по дисциплине - Системы управления полупроводниковыми преобразователями - Микропроцессорные системы управления полупроводниковыми преобразователями

Если в одноканальной микропроцессорной СИФУ используется всего

один таймер-счетчик, то в многоканальном СИФУ на каждый канал

требуется свой таймер-счетчик. Кроме того необходима синхронизация по

всем каналам управления. На рис. 15 показана схема микропроцессорной

многоканальной СИФУ. Выходные каскады ничем не отличаются от

одноканальной СИФУ.

Для трехфазной мостовой схемы УВ можно ограничиться тремя

таймерами, т.к. угол управления больше



180

не может быть и для отсчета

выдержки времени для тиристоров двух противоположных фаз А и Х (В и Y,

С и Z) достаточно одного таймера. Также достаточно трех каналов

синхронизации, поскольку многие процессоры имеет в своем составе

внешние прерывания, которые можно перенастроить (по переднему или по

заднему фронту). В этом случае 1-й таймер (обозначим таймерА) будет

отсчитывать углы для тиристоров V1 и V4 в зависимости от синхронизации:

по переднему фронту для тиристора V1, а по заднему – V4. Аналогично

второй и третий таймеры (В и С): соответственно по переднему фронту для

тиристоров V3 и V5, а по заднему – V6 и V2.

Ô 1

u a

T 1

T 2

T 6

Ì Ï

Ó È

Ê 1

Ô 2

u b

Ê 2

Ô 3

u c

Ê 3

Рис.15

В многоканальном таймере нет необходимости использования регистра

периода, поскольку каждый таймер считает выдержки времени для своей

фазы. Алгоритм синхронизации для фазы А представлен на рис. 16. По

прерыванию (по переднему или заднему фронту) определяется указатель и в

таймер записывается значение угла



и запускается таймер. После отсчета

выдержки времени выдается импульс на указываемый тиристор. Аналогично

алгоритмы для синхронизаций по фазам В и С. Значение угла



корректируется в каждый интервал вычисления

Д

T

.

Å ñ ò ü

ï ð å ð û â à í è å

ï î ñ è í õ ð A ?

Ä à

Ï î ï å ð å ä í å ì ó

ô ð î í ò ó ?

Ä à

¹ Ò = Ò 1 / Ò 6 ¹ Ò = Ò 4 / Ò 3

Í å ò

Ç à ï è ñ ü



â ò à é ì å ð

Рис. 16.

На рис. 17 показан алгоритм многоканальной СИФУ. Также как и в

одноканальной СИФУ на каждом интервале вычисления

Д

T

определяется

приращение угла

У





. Если

0

У



(установившийся режим), то значения

таймеров не меняются и они продолжают счет до обнуления и выдачи

импульсов. Если

0

У



, то для каждого канала вычисляется сумма

текущего значения таймера

CT



и приращения угла

У





. Если сумма

больше нуля, то ее значение записывается в таймер. Если меньше нуля, то

таймер останавливается, в него записывается 1. После вычислений всех

каналов запускаются таймеры, после обнуления которых выдаются импульсы

по соответствующим указателям тиристоров.



=



í à ÷

-

U

ó



ó

=



-



n -

1

Ä à



ó

= 0

Í å ò



n -

1

=



¹ Ò à é ì å ð à = 0

¹ Ò à é ì å ð à < 3 ?

Ä à



ñ ò

=



ñ ò

+





ó



ñ ò =

> 0

Í å ò

Î ñ ò à í î â

ò à é ì å ð à

Ç à ï è ñ ü 1

â ò à é ì å ð

Ç à ï è ñ ü



ñ ò

â ò à é ì å ð

¹ Ò à é ì å ð à + 1

Í å ò

Ç à ï ó ñ ê

ò à é ì å ð î â

Ò à é ì å ð à ¹ 0 < = > Ô à ç à À

Ò à é ì å ð à ¹ 1 < = > Ô à ç à Â

Ò à é ì å ð à ¹ 2 < = > Ô à ç à Ñ

Рис. 17

Временные диаграммы по многоканальному СИФУ на самостоятельную

проработку по алгоритму СИФУ.

Если в процессоре не имеется достаточного количества таймеров для

многоканальной СИФУ (как, например, у процессора ADMC300), то таймеры

можно реализовать программно. При этом за тактовый сигнал таймера

можно взять время дискретности

Д

T

. В этом случае в многоканальном

СИФУ на ADМС300 дискретность угла составит

54.001.,0/1801030

6







эл.град.

Если процессор не имеет достаточного количества внешних прерываний

(3 и более), то сигналы синхронизации можно мультиплексировать и

подавать на одно прерывание.

Если сравнить аналоговую и цифровую многоканальные СИФУ, то

можно отметить следующее. Если в аналоговой СИФУ управляющий сигнал

сравнивается с пилообразным напряжением, то в микропроцессорной СИФУ

пилообразный сигнал сам является управляющим, поскольку принимается

что управляющий сигнал равен нулю (рис. 18).

U ó

U ï

Ñ Ò

0 1 8 0

t

1

t

2

t

è

t '

1

t '

2

Рис. 18

В микропроцессорной СИФУ также можно сравнивать пилообразный

сигнал с управляющим сигналом. В этом случае таймер будет

инкрементироваться каждый такт и формировать пилообразный сигнал. При

этом в момент равенства значения таймера с управляющим сигналом

формируется импульс управления (как и в аналоговой СИФУ).

Микропроцессорный электропривод постоянного тока

Микропроцессорная система управления электроприводом постоянного

тока является устройством с достаточно высоким уровнем сложности. От

структуры системы, алгоритмов и самого микропроцессора зависит качество

функционирования механизма в целом.

Согласно общей технологии проектирования МПСУ разработка

алгоритма управления является очень важным этапом, так как от его

вычислительной трудоемкости зависит выбор типа микропроцессора для

разрабатываемой системы управления. Одной из самых сложных проблем

при разработке алгоритма управления является выбор оптимального типа

микропроцессора с учетом выполнения требований, предъявляемых к

быстродействию МПСУ в целом.

С точки зрения разработки управляющего алгоритма быстродействие

системы определяется трудоемкостью и количеством выполняемых операций

в цикле управления.

С точки зрения выбираемых микропроцессоров быстродействие

определяется тактовой частотой, разрядностью шин, типом архитектуры,

системой команд и рядом других характеристик микропроцессора.

Согласно технологии проектирования правильность выбора

микропроцессора может быть достоверно установлена только после

завершения схемотехнического проектирования и разработки программных

средств, когда становится возможной точная оценка времени выполнения

управляющего программного кода.

Потери при неправильном выборе микропроцессора могут оказаться

весьма существенными. На практике для обеспечения высокой вероятности

успеха при выборе микропроцессора проводят расчетную и, если это

возможно, экспериментальную оценки длительности разработанных

алгоритмов.

В расчетном способе ориентировочно оценивают количество и

суммарную длительность ряда типовых операций, содержащихся в

алгоритме, например, операций типа «умножение», «сложение» и некоторых

других. Определяют количество и длительность нетиповых операций, таких,

как например, операции ввода-вывода, используемых относительно

небольшое количество раз. С учетом полученных данных вычисляют

итоговую длительность цикла выполнения программы, которую затем

умножают на коэффициент запаса, равный 1,5 – 2. Полученная длительность

цикла выполнения программы имеет предварительный характер. Если ее

величина удовлетворяет необходимой скорости обработки информации для

конкретной МПСУ, то результат расчета может служить основанием для

переходя к детальному схемотехническому проектированию и разработке

программного обеспечения.

Расчет длительности цикла выполнения программы основывается на

использовании данных, характеризующих быстродействие микропроцессора.

Обычно, в справочной литературе по микропроцессорным средствам

приводится длительность выполнения типовых операций в тактах,

длительность такта и ряд других характеристик вычислительной

производительности. Однако, в связи с быстрым развитием

микропроцессорных средств, осуществление расчетной оценки

быстродействия определенного алгоритма есть задача с увеличивающимся

уровнем сложности.

Наличие экспериментальной и расчетной оценки быстродействия

позволяет с большой вероятностью успеха осуществить выбор

микропроцессора для решения поставленных задач.

При выборе типа микропроцессора для разработанного алгоритма

управления учитываются следующие основные характеристики:

- разрядность шин адреса и данных;

- быстродействие;

- набор команд и способов адресации;

- объем ПЗУ и ОЗУ данных;

- возможности расширения памяти программ и данных;

- наличие и возможности периферийных устройств (таймеры,

процессоры событий и т. п.);

- возможность перепрограммирования в составе устройства;

- наличие и надежность средств защиты внутренней информации;

- допустимые уровни внешних электромагнитных помех;

- наличие полной документации;

- наличие и доступность эффективных средств программирования и

отладки микропроцессорной системы управления.

Упуская выбор типа микропроцессора, рассмотрим микропроцессорную

систему управления двигателем постоянного тока на основе цифрового

сигнального процессора ADMC300. Рассмотрим наиболее

распространенную структуру систем управления – система подчиненного

регулирования ПИ-регуляторами скорости и тока.

Ò

Ê

p + 1

Ò

Ê

p

Ê

Ð Ñ

U

Ç

( p )

U

Î Ñ

( p )

U

Ð Ñ

( p )

K

O C

Ò

i

p + 1

Ò

i

p

Ê

i

Ð Ò

U

Î Ò

( p )

U

Ð Ò

( p )

Í Ç

Ò

Ý

p + 1

1

R

Ý

Ò

M

p

R

Ý

Ó Â

Ä

i

C

( p )

E ( p )

n ( p )

U

Å

( p )

i

( p )

U

d

( p )

K

Ä Ò

U

i

( p )

U

y

K

E

Ë Ó Â

Рис. 19

На рис. 19 показана структурная схема однозонного электропривода

постоянного тока с подчиненным регулированием (электропривод ЭПУ1М),

т.е. при

constФ 

. Задача: перевести аналоговую систему управления на

микропроцессорную.

Для выполнения задач управления в микропроцессорной системе

требуется математическое обеспечение системы, включающего в себя

алгоритмы и программы работы микропроцессора.

À Ö Ï

ã î ò î â î ?

Í å ò

Ä à

e = U ç à ä - U o c

Ð å ã ó ë ÿ ò î ð

ñ ê î ð î ñ ò è

Î ã ð à í è ÷ å í è å Ð Ñ

U î ã ð m i n , U î ã ð m a x

U ç ò = U ð ñ - U o ò

Ð å ã ó ë ÿ ò î ð

ò î ê à

Î ã ð à í è ÷ å í è å Ð Ò

U î ã ð m i n , U î ã ð m a x

Í å ë è í å é í î å ç â å í î

È í è ö è à ë è ç à ö è ÿ

Í à ÷ à ë î

Ë î ã è ÷ å ñ ê î å

Ñ È Ô Ó

ó ñ ò ð î é ñ ò â î

Å ñ ò ü

ï ð å ð û â à í è å

ï î ñ è í õ ð . ?

Ä à

À ë ã î ð è ò ì

ñ è í õ ð î í è ç à ö è è

Â û õ î ä

Рис. 20

Общая схема алгоритма управления МПСУ, соответствующая

структурной схеме рис. 19 показана на рис. 20. В начале работы

осуществляется инициализация системы. Основной цикл работы

Д

T

начинается по готовности новых данных на АЦП, в результате чего вводятся

новые значения сигналов обратных связей и задания. Затем выполняются

программы задания скорости, вычисления ошибки скорости, регулирования

скорости, ограничения регулятора скорости, программы регулирования тока,

ограничения регулятора тока, программы нелинейного звена и СИФУ. В

программе СИФУ определяется новое значение угла управления, которое

записывается в таймер. Далее цикл повторяется. Выполнение всего цикла

независимо от сложившейся ситуации в системе должно быть закончено до

появления готовности новых данных на АЦП.

На рис. 20 справа показан алгоритм синхронизации, который наступает

при прерывании по фронту сигнала синхронизации.

В случае двухзонного электропривода в основной цикл добавляются

алгоритмы регулятора ЭДС, регулятора тока возбуждения, СИФУ

возбудителя. Синхронизация СИФУ возбудителя осуществляется также в

алгоритме синхронизации якорной СИФУ (по той же фазе).

Схемотехника одноканальной микропроцессорной СИФУ

Схемотехника многоканальной микропроцессорной СИФУ

Микропроцессорная система управления устройством плавного

пуска (УПП)

Прямой пуск асинхронного электродвигателя сопровождается 6-8

кратным броском пускового тока, создающим ударный электромагнитный

момент, передающийся через вал двигателя на приводимый в движение

механизм. В течение 15 … 20% времени разгона электродвигателя этот

момент содержит постоянную составляющую и вынужденную

составляющую в виде знакопеременного момента с амплитудой до 4

номинальных моментов электродвигателя. Возникающие большие

знакопеременные электродинамические усилия в обмотке статора приводят к

ухудшению изоляции секций и изгибу лобовых частей обмотки вследствие

смещения проводников друг относительно друга. Знакопеременный момент

вызывает вибрации как самого электродвигателя, так и приводимого в

движение механизма.. В результате, ударные нагрузки приводят к

разрушению и пробою изоляции обмоток статора электродвигателей,

перегоранию межкатушечных соединений, обгоранию выводных концов,

поломкам валов, соединительных муфт, редукторов и другим неполадкам.

Особенно сильно это сказывается в высоковольтных электродвигателях

переменного тока, где мощности достигают до 15МВт.

На рис. 21 приведены осциллограммы прямого пуска короткозамкнутого

асинхронного электродвигателя 5000 кВт, 6 кВ, входящего в состав

насосного агрегата. Как видно из рисунка, продолжительность пуска – 5,7 с

при токе 6Iном, а знакопеременная составляющая пускового момента

электродвигателя в начале переходного процесса достигает 4,0-4,1Мном.

Рис. 21

Ещё более неблагоприятны для электродвигателей пусковые режимы,

продолжительность которых превышает 8-10 с. Обмотки электродвигателей

помимо мощного электродинамического воздействия подвергаются

интенсивному нагреву пусковыми токами. При этом выделяющееся тепло, не

успевая рассеяться в металле статора или ротора, вызывает резкое

Подождите немного. Документ загружается.