Показатели качества цифровых систем управления электроприводом
Лекция 1
Содержание
1. Электроприводы с цифровым управлением (введение) 1
2. Преимущества цифровых электроприводов. 1
3. Показатели качества цифровых систем управления электроприводом.. 2
Электроприводы с цифровым управлением (введение)
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. Рассмотрение особенностей построения и некоторые методы синтеза регуляторов для электроприводов с цифровым управлением и являются основными задачами данного курса.
Преимущества цифровых электроприводов
С момента появления первого микропроцессора в 1971г. бурно развивается область цифровой управляющей электроники, относящаяся к встраиваемым микропроцессорным системам управления реального времени. За последние двадцать лет произошли качественные изменения в структуре электропривода, связанные в первую очередь с переходом на новую элементрую базу построения силового канала (IGBT- транзисторы, интеллектуальные силовые модули IPM) и новую элементную базу канала управления – высокопроизводительные микроконтроллерные системы прямого цифрового управления оборудованием. Речь идет не только о прямом управлении ключами силовых преобразователей, но и о прямом сопряжении с широкой номенклатурой датчиков обратных связей (положения, скорости, ускорения), а также с элементами дискретной автоматики (релейно-контакторной аппаратурой, дискретными датчиками и дискретными исполнительными устройствами). Область управления двигателями и силовыми преобразователями стала ярким примером быстрой адаптации процессорной техники к задачам предметрой области.
|
|
|
Функции прямого цифрового управления в современных приводах реализуются за счет использования специализированных периферийных устройств, интегрированных непосредственно на кристалл микроконтроллера и не требующих дополнительных развитых средств сопряжения, а также за счет высокопроизводительной архитектуры и системы команд центрального процессора, позволяющей решать большинство типовых задач управления двигателями программным способом (регуляторы, наблюдатели, преобразователи координат и т.п.). Основные направления развития встроенной периферии для управления двигателями на современном этапе следующие:
|
|
|
− Переход от обычных счетчиков и устройств жесткой логики к наборам универсальных счетчиков/таймеров со встроенными каналами сравнения/захвата и далее к многоканальным процессорам событий. Прецизионное формирование многоканальных последовательностей управляющих импульсов (в том числе для управления силовыми ключами в режиме ШИМ) – функция высокоскоростного вывода на частотах до 20-50 кГц. Прецизионная временная обработка входных многоканальных последовательностей импульсов для сопряжения с широким классом датчиков обратных связей (импульсных, индуктивных, на элементах Холла и т.д.) – функция высокоскоростного ввода на частотах до 100 кГц и выше;
− Создание специализированных периферийных устройств типа «квадратурных декодеров» для обработки сигналов наиболее распространенных датчиков обратных связей (в частности, оптических датчиков положения) - функция идентификации положения и скорости;
|
|
|
− Создание унифицированных многоканальных ШИМ-генераторов со встроенными возможностями прямого цифрового управления ключами инверторов, активных выпрямителей и преобразователей постоянного напряжения в постоянное в режимах фронтовой, центрированной и векторной ШИМ-модуляции – функция прямого управления силовыми ключами.
− Интеграция процессора событий и многоканального ШИМ-генератара в одном универсальном устройстве – менеджере событий;
− Создание микроконтроллеров со сдвоенными менеджерами событий для прямого цифрового управления приводами по системе: «Активный выпрямитель-Инвертор - Двигатель» и «Преобразователь постоянного напряжения в постоянное – Инвертор – Двигатель», а также для управления двухдвигательными приводами.
− Значительное повышение быстродействия аналого-цифровых преобразователей (время преобразования до 100 нс на канал), автосинхронизация процессов запуска АЦП с работой других периферийных устройсв, в частности, ШИМ-генераторов, автоконвейеризация процессов преобразования в АЦП по нескольким каналам (до 16).
- поддержка функций прямого токового управления и прямого управления моментом.
|
|
|
Показатели качества цифровых систем управления электроприводом
Переход к цифровым системам управления приводами на базе специализированных микроконтроллеров позволил обеспечить новый, недостижимый в аналоговых системах, уровень показателей качества:
− на порядок меньшие габариты и вес управляющей электроники;
− резкое повышение надежности (фактическое время наработки на отказ достигает 100000 час и выше) и срока службы привода (до 10 лет и более);
− быструю и качественную интеграцию привода в систему комплексной автоматизации производства с помощью унифицированных интерфейсов сопряжения с системами управления более высокого уровня и соответствующих средств программной поддержки (RS-232, RS-485, CAN);
− местное и дистанционное управление;
− интерактивный дружественный интерфейс с человеком-оператором на языке страны использования привода: отображение на встроенном дисплее информации о текущем состоянии привода и значениях наблюдаемых переменных; ввод команд оперативного управления со встроенной клавиатуры; настройка параметров привода и системы управления в процессе пуско-наладочных работ с сохранением значений в энергонезависимой памяти; интерактивная справочная система и система подсказок стратегии управления в реальном времени;
− встроенный и удаленный (по сети) мониторинг состояния привода и раннее предупреждение аварийных ситуаций в технологическом оборудовании, возникающих вследствие срабатывания защит или идентификации отказов в приводе;
− конфигурирование структуры системы управления самим пользователем в процессе запуска привода в эксплуатацию для адаптации к конкретной технологии или специфике применения привода;
− встроенное управление средствами привода сопутствующей дискретной автоматикой без использования дополнительных промышленных программируемых контроллеров и управляющих ЭВМ;
− распределенное мультимикропроцессорное управление многоосевыми приводами роботов, манипуляторов, кабельных линий и т.п. с использованием локальных промышленных сетей, например, CAN, с широкими возможностями синхронизации, вплоть до систем электрического вала, распределенного позиционного и контурного управления;
− унификацию встроенных средств управления приводами (контроллеров, модулей ввода-вывода, пультов оперативного управления) независимо от типа исполнительного двигателя, структуры силового канала, типов используемых датчиков обратных связей;
− простую систему наращивания мощности комплектного электропривода за счет использования секционируемых исполнительных двигателей (например, вентильно-индукторных), каждая секция которых управляется от отдельного типового преобразователя с объединением систем управления всеми преобразователями в локальную промышленную сеть;
− возможность использования самых современных структур и алгоритмов управления приводами, которые трудно, а порой и невозможно реализовать на аналоговой элементной базе: векторного управления двигателями переменного тока; прямого управления моментом; прямого частотно-токового управления; управления с элементами фаззи-логики (fuzzy logic); прямой программной реализации по графам переходов дискретных управляющих автоматов любой сложности и т.п.
Дата добавления: 2021-04-05; просмотров: 269; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!