2854

Направление вращения двигателя задается либо знаком скорости з командой SetRot, либо сигналом на цифровом входе блока управления Forw (Вперед) или Rev (Назад). Выбор способа управления определяется состоянием флага IntrfDir в регистре конфигурации блока управления. В табл. 4 приведено описание работы флага IntrfDir.

Таблица 4

IntrfDir

0Направление вращения определяется состоянием цифровых входов Rev и Forw и знаком разности управляющих сигналов

1Направление вращения определяется знаком

скорости з командой SetRot

Стабилизация скорости вращения двигателя

собратной связью от инкрементального энкодера

Врежиме Ст2 реализована стабилизация скорости двигателя с использованием внешнего инкрементального энкодера. В качестве сигнала обратной связи используются импульсы, поступающие от энкодера. Выбор сигналов и команд управления представлены на рис. 8.

Описание режима стабилизации скорости вращения двигателя с обратной связью от инкрементального энкодера аналогично режиму Ст1 за исключением настроек обратной связи. Необходимо настроить счётчик импульсов на правильную работу с энкодером.

Перед началом работы в данном режиме задаются три параметра, влияющие на характеристику стабилизации скорости двигателя:

период накопления импульсов, поступающих от энко-

дера Тп; количество импульсов на один оборот энкодера;

максимальная частота вращения вала энкодера. Единица измерения – об/с.

21

4. Изучить сигналы и команды управления в режимах стабилизации скорости вращения двигателя по уровню проти- во-ЭДС и по импульсам от инкрементального энкодера.

РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ

1.Запустить программу AWD10_Setup, на вкладке «Порт» установить COM порт – 3, адрес устройства – 1.

2.Перейти на вкладку «Графики», установить время обновления 100 мс и получение графика скорости.

3.Перейти на вкладку «Режим» и установить следующие параметры режима работы блока управления:

1) стабилизация скорости по ЭДС;

2) не использовать сигналы от концевых выключателей;

3) не удерживать двигатель при срабатывании концевого выключателя;

4) удерживать двигатель при остановке вращения;

5) управлять разрешением вращения через интерфейс

RS-485;

6) управлять скоростью через интерфейс RS-485;

7) управлять направлением через интерфейс RS-485. Нажать кнопку «Запись».

4.Настроить коэффициенты ПИД-регулятора:

1)перейти на вкладку «Настройка» и обнулить дифференциальный коэффициент регулятора;

2)установить пропорциональный коэффициент равным 100, интегральный коэффициент – равным 10;

3)на вкладке «Графики» нажать кнопку «Очистить»;

4)перейти на вкладку «Скорость» и установить скорость вращения на уровне 10, по достижении координатой конечного положения нажать кнопку “СТОП”, перейти на вкладку «Графики» и сохранить график скорости;

5)повысить интегральный коэффициент и проанализировать график скорости при установке скорости вращения на уровне -10;

6)повышать интегральный коэффициент Ки, пока среднее значение величины скорости не станет равно заданному,

23

т.е. пока не исчезнет статизм (Ки ≈ 100), записать график скорости, нажать кнопку «Очистить».

5.Проверить систему на стабильность, плавно задавая различные значения скорости (10, -20, 30, -40, 50) и, перемещая каждый раз координату до конечного положения, записать полученные графики скорости.

6.Перевести первую координату в исходное положение

иповторить пункт задания 5 для ориентирующих степеней подвижности, устанавливая поочередно на вкладке «Порт» адреса устройств 4, 5, 6.

7.На вкладке «Порт» установить адрес устройства – 1.

8.Перейти на вкладку «Режим» и установить режим работы блока управления: стабилизация скорости по энкодеру.

Нажать кнопку «Запись».

9.Повторить пункты задания 4 5 в режиме стабилизации скорости по энкодеру.

10.Перевести первую координату в исходное положение и повторить пункт задания 5 для других координат, последовательно устанавливая на вкладке «Порт» адреса устройств

3, 4, 5, 6.

11.Составить отчет по работе.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Цель работы.

2.Рабочее задание.

3.Схемы выбора сигналов и команд управления в режимах Ст1 и Ст2.

4.Переходные процессы изменения скорости, построенные в соответствии с рабочим заданием.

5.Анализ результатов и выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Состав схемы цифровой системы управления координатой электропривода.

2.Отличие цифровых систем управления электроприводов от непрерывных систем управления электроприводов.

24

3.Многоступенчатая характеристика управления при квантовании по уровню.

4.Расчетные модели аналогово-цифрового преобразо-

вателя.

5.Оценка уровня искажения полезного сигнала, проходящего через квантованный преобразователь, а также связь с числом уровней дискретности и числом разрядов.

6.Выбор расчетной модели АЦП в зависимости от зна-

чений ksmin, ksmax.

7.Способы формирования величины скорости вращения двигателя, описание работы флагов IntrfVal и SrcParam.

8.Назначение параметров “Зона нечувствительности” и “Коэффициент усиления K”.

9.Задание направления вращения двигателя, описание работы флага IntrfDir.

10.Состав схемы цифрового контура электропривода с микроконтроллером.

11.Временные квантователи с периодами дискретности Тр и Тп, синхронизация их работы.

12.График непрерывного и квантованного по времени сигнала при амплитудно-импульсной модуляции.

13.Формы дискретного преобразования Лапласа при анализе и синтезе импульсных систем.

14.Состав структурной схемы импульсного звена совместно с непрерывным звеном. Представление импульсного элемента и экстраполятора.

15.Выражения для приведенной передаточной функции и дискретной передаточной функции приведенного звена.

16.Состав развернутой и свернутой структурных схем цифрового контура регулирования.

17.Дискретные передаточные функции приведенного звена, разомкнутого и замкнутого цифрового контура.

18.Разностное уравнение для дискретной передаточной функции замкнутого контура.

19.Параметры, влияющие на скорость двигателя в схеме с обратной связью от инкрементального энкодера.

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦИФРОВОЙ СИСТЕМЫ В РЕЖИМАХ СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ С ТАХОГЕНЕРАТОРОМ И ОГРАНИЧЕНИЯ МОМЕНТА

Цель работы: Изучение методики синтеза цифрового контура регулирования скорости. Исследование цифровой системы управления электропривода постоянного тока в режимах стабилизации скорости двигателя с тахогенератором и ограничения момента.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Определение дискретной передаточной функции цифрового регулятора

Цифровой контур в свернутом виде состоит из двух звеньев: цифрового регулятора (ЦР) с передаточной функцией WЦР(z) (изменяемой части) и приведенного непрерывного звена с передаточной функцией Wп(z) (неизменной части). Непосредственным объектом синтеза является ЦР. Метод синтеза последовательной коррекции по желаемой передаточной функции разомкнутого контура, используемый для непрерывных СУЭП, применим и для цифровых систем управления, для которых вместо непрерывных используются дискретные передаточные функции (ДПФ).

Условие определения ДПФ цифрового регулятора:

желаемая ДПФ разомкнутого контура;

26

желаемая ДПФ замкнутого контура, где Dжел(z) – желаемый дискретный характеристический полином (ДХП) замкнутого контура.

Процедура синтеза ЦР выполняется следующим образом. Пусть заданы динамические показатели в виде желаемой непрерывной переходной функции замкнутого контура hжел(t). Эта функция при заданном периоде квантования Т переводится в решетчатую hжел[n]. Желаемая ДПФ замкнутого контура

По формуле (33) определяется W0жел(z), а по формуле (32) – ДПФ цифрового регулятора

Условия реализуемости желаемой динамики цифрового контура регулирования

При синтезе цифрового контура возникает вопрос: можно ли реализовать выбранную желаемую динамику при заданном объекте управления? Можно ли реализовать сколь угодно быструю динамику в замкнутом цифровом контуре теоретически и практически? Ответы на данные вопросы дают условия реализуемости желаемой динамики цифрового контура регулирования.

Пусть ДПФ приведенного звена имеет следующий вид:

где P(z), Q(z) – полиномы порядка соответственно lР и lQ; vп – порядок астатизма приведенного звена.

Для принятых ДПФ приведенного звена (37) и замкнутого контура (35) составим условия реализуемости.

1. Условие физической реализуемости: желаемая ДПФ замкнутого контура (35) должна быть правильной дробью, в

27

которой порядок числителя т меньше порядка знаменателя l; если в Wп(z) есть запаздывание (е-р ), то оно должно быть также в Wжел(z).

2.Условие «грубости» системы: небольшие изменения параметров ЦР могут вызывать незначительные изменения показателей процесса в замкнутом контуре. Приближенно это означает, что процентное изменение показателя процесса не должно превосходить процентное изменение параметра. Для выполнения этого условия требуется, чтобы приведенное звено было устойчивым и минимально фазовым, т.е. полиномы P(z) и Q(z) не должны иметь правых (положительных) нулей.

3.Условие получения желаемого процесса в любые

моменты времени t = (п + ) Т, где = t / Т < 1, внутри периода дискретности Т: Wжел(z) должна иметь в составе B(z) все нули полинома P(z), что может быть достигнуто представлением B(z) в форме произведения полиномов P(z) и M(z), т.е.

Если выполнить условия в отношении полиномов ДПФ и объединить выражения (38) и (39), то можно получить ре-

зультирующее уравнение реализуемости

в котором lР + lM < l, v + lN = l.

По данному уравнению могут быть найдены методом сравнения коэффициентов правой и левой частей полиномы M(z) и N(z). Следовательно, могут быть определены ДПФ:

28

Таким образом, уравнение реализуемости (40) позволяет выполнить корректный синтез цифрового контура, обеспечивающего желаемую динамику при выполнении перечисленных выше условий.

В данном синтезе используется известная для непрерывных систем методика стандартных уравнений. По желаемым значениям динамических показателей выбирается соответствующее стандартное характеристическое уравнение Dжел(р), которое переводится в дискретную форму Dжел(z), имеющую тот же порядок l = v + lN. Найденные из уравнения реализуемости полиномы M(z) и N(z) позволяют определить по формуле (42) тип и параметры цифрового регулятора.

Рассмотрим частный случай ДПФ замкнутого контура,

когда

Если на вход замкнутого контура подать единичный входной сигнал хз[п] = 1[п], то переходный процесс в соответствии с (44) завершится за конечное число тактов п = l, после

которых х[п] = хз[п] = b0 + b1 +...+ bт = const = 1. Таким обра-

зом, обеспечение желаемой ДПФ замкнутого контура в форме (43) является условием оптимальности контура по быстродействию, т.е. условием минимума времени переходного процесса

где l – порядок характеристического полинома.

29

Стабилизации скорости вращения двигателя

стахогенератором в цифровой системе

Врежиме Сл блок управления может работать в следующих подрежимах:

слежение за внешним аналоговым сигналом; принудительное управление двигателем.

Стабилизация скорости вращения двигателя с тахогенератором реализована в подрежиме слежения за внешним аналоговым сигналом. Этот подрежим позволяет также создавать следящие системы, например, системы, задающие положение координаты исполнительного механизма в зависимости от уровня аналогового сигнала.

Вданном подрежиме управление может осуществ-

ляться:

внешними потенциометром и кнопками; внешним аналоговым и дискретными сигналами;

установкой уровня управляющего сигнала по интерфейсу RS-485.

Система должна быть реализована таким образом, чтобы уровень сигнала обратной связи укладывался в диапазон от 0 до 5 В. Блок управления будет воздействовать на двигатель таким образом, чтобы разность двух сигналов, управляющего

иподстраиваемого, входила в зону устойчивого нуля (параметр 32), т.е. уровень второго сигнала стремился к уровню первого.

Сигналы и команды управления режима Сл схематично представлены на рис. 9.

Сигнал на втором входе сумматора задается либо величиной параметра 31, либо непосредственно формируется с аналогового входа AN2. Выбор источника этого сигнала определяется состоянием флага SrcParam в регистре конфигурации блока управления и описан в табл. 5.

Разрешение запуска слежения задается либо командой EnRot, передаваемой по интерфейсу RS-485, либо непосредственно подается на цифровой вход блока управления EN.

30