Содержание к диссертации
Введение
Глава первая. Анализ микропроцессорных систем регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока 10
1.1. Анализ известных цифровых устройств и способов регулирования 10
1.2. Измерения и ввод сигналов обратных связей в цифровых системах 19
1.3. Управление вентилями тиристорного преобразователя 23
1.4. Выводы по первой главе 24
Глава вторая. Исследование замкнутого контура тока с цифровым регулятором 26
2.1. Тиристорний преобразователь, включенный на якорную цепь электродвигателя, как объект регулирования 26
2.2. Анализ контура тока с цифровым регулятором . 31
2.3. Регулирование тока в области прерывистых режимов . 41
2.4. Выводы по второй главе 48
Глава третья. Разработка алгоритмов цифрового регулирования скорости электропривода 51
3.1. Исследование системы с регулятором, обеспечивающим экспоненциальный закон изменения скорости (П-регулятор) 51
3.2. Синтез регуляторов, обеспечивающих системе астатизм второго порядка 56
3.3. Увеличение периода дискретизации регулятора скорости 77
3.3.1. Квазиэкспоненциальное регулирование скорости 82
3.3.2. Анализ переходных процессов в контуре скорости с минимальным суммарным квадратическим отклонением 92
3.4. Выводы по третьей главе 107
Глава четвертая. Микропроцессорное устройство управления тиристошым электроприводом 108
4.1. Технико-экономические требования 108
4.2. Структура микропроцессорного устройства 110
4.3. Микропроцессорный узел управления 113
4.4. Средства связи с объектом регулирования 125
4.5. Разработка средств наладки и диагностики устройства 136
4.6. Выводы по четвертой главе 141
Глава пятая. Система непосредственного регулирования скорости тиристорного электропривода постоянного тока 143
5.1. Алгоритм работы системы регулирования скорости электропривода постоянного тока 144
5.2. Инженерный расчет системы 155
5.2.1. Расчет регулятора контура тока 159
5.2.2. Расчет контура скорости 161
5.3. Результаты экспериментальных исследований 165
5.4. Технико-экономические показатели цифровой системы . 174
5.5. Выводы по пятой главе 177
Основные результаты и выводы по диссертационной работе . 179
Список литературы 183
- Анализ известных цифровых устройств и способов регулирования
- Тиристорний преобразователь, включенный на якорную цепь электродвигателя, как объект регулирования
- Исследование системы с регулятором, обеспечивающим экспоненциальный закон изменения скорости (П-регулятор)
- Структура микропроцессорного устройства
Введение к работе
Основным направлением развития народного хозяйства СССР в XI пятилетке, принятым ХХУІ съездом КПСС, является повышение интенсивности производства /I/. Для этого необходимо обеспечить "... кардинальное повышение производительности труда на основе широкого и ускоренного внедрения в практику достижений науки и техники" /2/.
В качестве насущной социально-экономической задачи в стране рассматривается широкое внедрение электронно-вычислительной техники, микропроцессоров во все отрасли народного хозяйства.
Важная роль в выполнении планов экономического развития СССР на I98I-I985 гг. принадлежит регулируемому электроприводу. Так, в XI пятилетке намечается рост электровооруженности труда, одного из важнейших факторов повышения его производительности, более, чем'на 12 % /I/. Развитие электропривода имеет определяющее значение в выполнении этой задачи. Большие возможности повышения производительности труда связаны с использованием промышленных роботов, манипуляторов, средств управления и регулирования на интегральных и микропроцессорных элементах.
Применение регулируемых электроприводов постоянного тока позволяет удобно и экономично регулировать технологические процессы практически в любых диапазонах и с высокой точностью /3/.
Актуальность темы
Одной из основных частей современного комплектного электропривода постоянного тока является система автоматического регулирования (САР). Большинство современных систем автоматического управления электроприводами постоянного тока строят по принципу подчиненного регулирования параметров. Разработаны унифицированные блочные
системы регуляторов на аналоговых и дискретных интегральных схемах (УБСР-АИ и УБСР-ДИ). Совершенствование аналоговых и цифро-аналоговых систем связано с использованием операционных усилителей с автоматической компенсацией дрейфа нуля /II/, гибридных интегральных схем специального назначения, аналоговых микропроцессоров /6/. Однако, структура аналоговых и цифро-аналоговых систем регулирования строго детерминирована, расширение функциональных возможностей системы предполагает применение дополнительных технических средств.
Микропроцессорная система регулирования обладает свойством универсальности. Любые преобразования, представленные в виде конечного числа уравнений, могут быть выполнены микропроцессором после введения в него соответствующей программы. Следовательно, простые и сложные законы регулирования могут выполняться одним и тем же устройством.
Кроме того, темпы развития и совершенствования цифровой микроэлектроники несравнимо превосходят аналоговые /7/. Интенсивное совершенствование микропроцессорной техники оказывает революционизирующее влияние на развитие систем автоматического регулирования /8/, обусловливает разработку средств сопряжения цифровых систем с источниками аналоговых сигналов, специальных фильтров и различного рода преобразователей /10, 70, 71/.
Использование микропроцессоров в системах регулирования электроприводами позволит уменьшить конструктивную сложность устройства при одновременном значительном расширении функциональных возможностей, сократить сроки проектирования, упростить наладку и обслуживание САР за счет использования несложного оборудования и организации самопроверки. Массовое применение микропроцессорных систем регулирования электроприводов позволит сократить число обслуживающего и ремонтного персонала. Представление информации в мик-
ропроцессоре с заданной степенью точности обеспечивает высокое качество регулирования.
Использование в электроприводе цифровых методов регулирования и микропроцессорной техники для реализации этих методов позволяет повысить точность и стабильность поддержания заданного режима и надежность работы электроприводов. При цифровом регулировании возможно управление одним устройством двумя или несколькими электроприводами, питающимися от одной сети переменного тока.
Отсюда вытекает актуальность, важность и практическая значимость исследований и разработок программных и технических средств непосредственного регулирования тиристорных электроприводов постоянного тока на базе микропроцессорных элементов.
Цель работы- исследование системы непосредственного регулирования тиристорного электропривода, выбор методов цифрового регулирования, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики, разработка технических и программных средств для микропроцессорного устройства, реализующих эти методы, разработка методов и средств для автоматизации процесса контроля исправности микропроцессорного устройства.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
анализ контура тока с цифровым регулятором, синтез цифрового адаптивного регулятора, обеспечивающего регулирование в области прерывистых токов и компенсирующего влияния ЭДС двигателя, что существенно повышает точность регулирования;
исследование и разработка регуляторов скорости и алгоритмов их работы, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики системы;
исследование и разработка регуляторов скорости, период диск-
ретизации которых кратен периоду дискретизации регулятора тока;
разработка принципов технической реализации системы непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока;
разработка методов, технических и программных средств наладки и поиска неисправностей микропроцессорного устройства;
составление методики инженерного расчета системы регулирования.
Методы исследования
В работе использованы методы теории линейных импульсных систем, математической статистики и корреляционного анализа. Применялся аппарат численного решения системы алгебраических и трансцендентных уравнений с использованием ЕС ЭВМ.
Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций подтверждается сходимостью результатов теоретических расчетов с экспериментальными данными, а также результатами промышленных испытаний.
Научная новизна работы:
в разработке и реализации адаптивного к режиму прерывистых токов цифрового регулятора тока;
в выборе способа компенсации влияния ЭДС электродвигателя;
в предложенном методе линеаризации контура тока во всем диапазоне регулирования;
в разработке регуляторов скорости с периодом дискретизации, кратным периоду дискретизации регулятора тока, обеспечивающих требуемые статические и динамические характеристики системы;
в разработке способа повышения точности измерения скорости электропривода;
в предложенном и обоснованном соотношении аппаратно-програм-
много построения микропроцессорного устройства регулирования электропривода;
в применении теории математической статистики при исследовании сложных функциональных зависимостей параметров системы регулирования электропривода и аппроксимации их выражениями, удобными для инженерных расчетов;
в преложенных методах автоматизации наладки и поиска неисправностей микропроцессорного устройства регулирования.
Практическая ценность
Предложенные способы регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока позволяют:
повысить качество регулирования тока в широком диапазоне его изменения, в том числе и в области прерывистых режимов;
компенсировать влияние ЭДС электродвигателя на качество регулирования тока;
обеспечить требуемые статические и динамические характеристики системы регулирования при периоде дискретизации регулятора скорости, кратном периоду дискретизации регулятора тока.
Результаты работы использованы при разработке и подготовке к серийному производству микропроцессорного устройства регулирования скорости тиристорного электропривода постоянного тока БВУ 9200-000Б УХЛ4.
Разработка комплектных тиристорних электроприводов выполняется согласно Постановлению Государственного комитета СССР по науке и технике, Госплана СССР и Академии наук СССР от 12.12.80 г. № 474/250/132, Целевой комплексной научно-технической программе на І98І-І985 гг. 0.Ц.023.
Данная работа раскрывает одну из составных частей проблемы, решаемой в институте ВНИИэлектропривод под научным руководством
доктора технических наук, профессора О.В.Слежановского по созданию качественно новых систем непосредственного управления электроприводами /4/.
На защиту выносится:
Способ повышения точности регулирования тока электропривода в системе непосредственного регулирования координат электропривода, заключающийся в линеаризации контура тока во всем диапазоне регулирования, в компенсации влияния ЭДС электродвигателя на точность регулирования и адаптации регулятора тока к режиму прерывистых токов.
Структуры регуляторов скорости, обеспечивающие заданные статические и динамические характеристики объекта регулирования.
Способ раширения функциональных возможностей микропроцессорного устройства регулирования за счет использования разработанных регуляторов скорости, период дискретизации которых кратен периоду дискретизации регулятора тока.
Структура микропроцессорной системы непосредственного регулирования скорости тиристорного электропривода постоянного тока.
Анализ известных цифровых устройств и способов регулирования
Высокую точность регулирования скорости электропривода (более 0,1 %) достигают, используя цифровые средства измерения и преобразования информации /12-14, 30/. Развитие цифровой микроэлектроники, особенно ее микропроцессорной ветви, качественно улучшили средства управления и регулирования. В отечественных /18-24, 41 и др./ и зарубежных публикациях /15-17, 73-81 и др./ все чаще появляются сообщения о примерах реализации цифровых систем регулирования электроприводов и некоторые результаты исследований систем, в которых регуляторы реализованы программно в вычислительном устройстве.
Проблемам цифрового регулирования координат электропривода серьезное внимание уделяется в ведущих научно-исследовательских и учебных институтах страны. Об этом свидетельствуют материалы республиканских, УШ и IX Всесоюзных конференций по проблемам автоматизированного электропривода. Значительные успехи в этой области достигнуты в странах СЭВ, особенно в ГДР и ЧССР.
Ведущие электротехнические фирмы капиталистических стран на ежегодных специализированных конференциях сообщают о своих исследованиях и результатах апробации микропроцессорных систем управления электроприводами. Большие успехи достигнуты фирмами Японии (FUJI DANKY, TOSHIBA), США (GENERAL ELEKTKIK COMPANY, LOUIS ALLIS, EATON-KENOSHA) ,ФРГ (SIEMENS ,AEGELEFUNKEN ), Франции (JEUMONT-SCHNEIDEH ) И др.
В первой половине 70-х годов микропроцессоры имели высокую стоимость, низкое быстродействие, а разработчики систем электропривода руководствовались, в основном, идеологией, принятой при синтезе регуляторов, преобразующих информацию, представленную в непрерывном виде. В этот период микропроцессор используется для регулирования внешнего контура, формирования сигнала обратной связи этого контура, фазового управления тиристорами, решения логических задач, связанных с управлением электропривода, сопряжения с ЭВМ верхнего уровня /15/.
В последующем появляются сообщения о системах непосредственного регулирования всех координат электропривода. Видны различные подходы как в принципах регулирования, так и в технической реализации подобных методов.
Например, в системе прямого цифрового регулирования скорости /17/ с двухфазным тиристорным преобразователем момент зажигания вентилей для каждого интервала преобразования определяется на основании сигналов заданного и фактического значений частоты вращения, значения тока электродвигателя, измеренных на предшествующем интервале.
Длительность интервала преобразования разбивается на две части. Большая часть времени выделяется для измерения параметров элек тропривода. В оставшуюся часть интервала определяется угол зажигания тиристоров для следующего интервала преобразования. В специальной матрице (постоянном запоминающем устройстве - ПЗУ) записаны предварительно рассчитанные для различных режимов работы электропривода значения углов управления, соответствующих текущим значениям координат. Элементарные рассуждения показывают, что для обеспечения высокой точности регулирования электропривода запоминающее устройство цифрового вычислительного устройства (ЦВУ) должно иметь большой объем памяти. Предположим, что заданное значение частоты вращения представляется Уз двоичными разрядами, а информация о токе, скорости и угле управления соответственно Vt, Vo, ТЛх двоичными разрядами. В этом случае в ПЗУ вычислительного устройства должно быть 2 матриц соответствия емкостью 2 1+ ы ячеек, каждая из которых состоит из ]Л двоичных разрядов. Несмотря на высокое быстродействие ЦВУ при определении угла управления, такая система имеет существенные недостатки.
Во-первых, отмеченный объем запоминающего устройства с технической и экономической точек зрения нерационален. Для сокращения его объема необходимо уменьшить количество возможных сочетаний параметров. Это возможно для электропривода с ограниченной степенью свободы или при уменьшении чувствительности и точности системы регулирования. Оба варианта ограничивают область применения указанного способа.
Во-вторых, требуется выполнить большой объем предварительных расчетов и каким-то образом проверить точность соответствия полученных результатов реальным условиям.
В-третьих, принцип разделения интервала преобразования на два участка - измерения и вычисления обусловливает частичную потерю информации о регулируемых координатах.
В /78, 79/ приводятся некоторые результаты исследований системы с микропроцессорным управлением. Указано на опережающие темпы развития цифровой ветви микроэлектроники по сравнению с аналоговой. Доказано, что для обеспечения высокой точности регулирования частоты вращения (более 0,1 %) вычислительное устройство должно иметь не менее 16 двоичных разрядов. При регулировании положения процессор должен оперировать 32-разрядными словами. Точность регулирования в контуре тока для обычных систем обеспечивается восьмибитовым процессором.
В /16/ анализируется микропроцессорная система регулирования тиристорним электроприводом постоянного тока. Устройство регулирования состоит из 16-разрядного микропроцессора, запоминающего устройства, таймера, задающего устройства, датчика прерывистого режима тока электропривода, аналого-цифрового преобразователя, ячейки управления тиристорами и измерителя частоты вращения. Регуляторы тока и скорости, вычисление угла управления и логика переключения выпрямительных групп реализованы программно. В периферийных ячейках производится преобразование информации в цифровой код и реализуется фазовое управление тиристорами.
Структурную схему электропривода можно представить в виде пропорционально-интегральных регуляторов с компенсацией нелинейности характеристики тиристорного преобразователя в области прерывистых токов. Для этого предварительно рассчитывается и вводится в память устройства поправка к вычисленному углу, величина которой зависит от величины тока, угла управления и электромагнитной постоянной времени электропривода. Несмотря на эффективность данного способа компенсации (быстродействие контура тока увеличивается примерно в 4 раза), следует отметить ее недостаток - для каждого электропривода требуется предварительно вычислить , отладить и ввести в память устройства аппроксимирующую зависимость.
Тиристорний преобразователь, включенный на якорную цепь электродвигателя, как объект регулирования
Современная система автоматического регулирования тиристорного электропривода постоянного тока должна обеспечивать: 1) регулирование координат в функции заданных значений с учетом требований технологического процесса; 2) решение задачи локальной автоматизации; 3) простую связь с автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУТП); 4) защиту оборудования при аварийных ситуациях и нарушениях оператором технологических режимов работы; 5) достаточный контроль (диагностику) работоспособности системы регулирования. Перечисленные требования могут быть выполнены микропроцессорным устройством управления при наличии в нем арифметико-логического устройства (процессора); достаточного объема памяти для хранения программ и оперативных данных; узла синхронизации вычислительного процесса с частотой сети, питающей тиристорный преобразователь; ячеек ввода сигналов датчиков (аналоговых, дискретных, частотных) и вывода информации на объект (импульсы управления тиристорами, дискретные сигналы управления, блокировок, сигнализации и др.). Анализируя информационные сообщения зарубежных источников, результаты исследовательских работ, проведенные с помощью серийной ЭВМ, возможности электронной промышленности и учитывая требования раздела I настоящей главы, разработаны с участием автора диссертации следующие требования к структуре устройства /56/. Обработку информации в соответствии с требуемым законом регулирования, вычисление угла управления и определение кода включаемого тиристора на каждом интервале преобразования, выработку сигналов, синхронизирующих вычислительный и управляющий процессы с частотой питающей сети, и некоторые другие вспомогательные функции целесообразно реализовать в микропроцессорном узле управления, максимально используя программные средства. Для повышения быстродействия устройства предварительную обработку информации следует выполнить в периферийных (интерфейсных) ячейках: аналого-цифрового преобразователя, управления тиристорами, ввода сигналов частотных датчиков, ввода-вывода дискретной информации. Сочетание этих ячеек обеспечивает стыковку микропроцессорного устройства с тиристорним электроприводом постоянного тока. Учитывая многократные преднамеренных и возможные аварийные отключения питания устройства регулирования и недопустимость длительных затрат времени на восстановление его готовности к работе при включении питания, программы регулирования и управления должны храниться в энергонезависимых запоминающих устройствах. При разработке структуры устройства следует учитывать возможность организации работы двух устройств с общей (внешней) памятью и обеспечение режима непосредственного обращения к памяти серийной ЭШ. Такой режим необходим при использовании ЭШ в качестве средства отладки алгоритмов и программ микропроцессорного устройства управления /63, 65/. Информация в процессоре должна представляться двоичными числами (операндами) меньшими единицы с фиксированным расположением запятой после знакового (старшего) разряда. Единица в этом разряде характеризует отрицательное число, нуль - положительное. Отрицательные числа представлены в дополнительном коде. Такое представление информации является общепринятым для подобных устройств и позволяет максимально использовать запоминающие устройства для хранения программ и оперативной информации, повысить быстродействие /60/. Требуемое качество регулирования достигается при определенной разрядности вычислительного устройства, достаточном количестве команд и объеме запоминающих устройств для хранения программ управления и регулирования, оперативной информации, значений коэффициентов передач регуляторов и других констант. При исследовании различных алгоритмов регулирования на экспериментальной установке и на действующих электроприводах в промышленных условиях с использованием серийной микро-ЭВМ установлено /63/, что процессор устройства должен иметь не менее восьми разрядов для регулирования контура тока и фазо-импульсного управления тиристорним преобразователем; не менее 12 разрядов для регулирования контура скорости и не менее 16 разрядов для позиционных систем. При этом для хранения программ управления и регулирования требуется не более 1024 слова для реализации системы регулирования скорости, 2048 слов - для позиционных систем и решения задач локальной автоматики средней сложности. Оперативная информация для указанных задач не превышает 64 и 128 слов соответственно. Для коэффициентов настройки регуляторов и других звеньев системы регулирования требуется не более 32 слов ПЗУ. При выборе элементной базы следует отдать предпочтение сериям микросхем широкого применения, динамические характеристики которых позволяют получить требуемое быстродействие устройства. Характеристики и рекомендации по применению микропроцессоров, изготавливаемых отечественной электронной промышленностью, достаточно полно освещены в многочисленных публикациях /57-59 и др./. Краткая характеристика наиболее распространенных Микропроцессор КР580ИК80 - автономный восьмиразрядный параллельный процессор. Выполняет 78 команд. Время выполнения команды типа регистр-регистр около 2 мкс. Может работать со словами двойной длины (16 разрядов). Время выполнения команд при этом также увеличивается вдвое. По архитектуре микропроцессор в наибольшей степени отвечает устройствам для обработки информации и широко используется в средствах автоматизации. Применение его для непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода, включая контур тока, малоэффективно. Четырехразрядный микропроцессор типа К584ИКІ выполняет около 500 различных операций /57/. Время выполнения операции не более 2 мкс. Микропроцессор позволяет синтезировать многоразрядные вычислительные устройства. Двухразрядный микропроцессор серии К589 является одним из наиболее быстродействующих /57-59/. Он выполняет операции сложения, вычитания, логические операции, операции сдвигов, проверки разрядов и др., что позволяет на их основе синтезировать различные команды.
Следует отметить, что в настоящее время известны разработки других более мощных микропроцессорных наборов и однокристальных микро-ЭВМ (KPI80I, KPI802 и др.) /59/, которые могут быть использованы при разработке устройства регулирования.
При непосредственном участии автора выполнена разработка устройства с использованием микропроцессора К584ИКІ. Функциональная схема и внешний вид этого устройства приведены на рис. 4.1 и 4.2. Программа регулирования в устройстве может храниться в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) или оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ-П) достаточной емкости, куда она загружается с перфоленты. Для этого используется стандартное устройство фотоввода PS- 1500 и специально разработанная ячейка адаптера (А). Восемьнадцатиразрядное управляющее слово состоит из кодов команды (12 разрядов) и адреса источника или приемника информации (б разрядов). Девять разрядов кода команды определяют функцию микропроцессора (СРЕ), а три - функцию схемы управления (СО). Использование небольшого числа логических элементов и периферийных арифметико-логических элементов (IPE, ОРЕ), программно-аппаратная реализация команд ветвления, умножения и деления позволили существенно повысить быстродействие центрального процессора по сравнению с типовым использованием микропроцессора К584ИКІ /31/.
Исследование системы с регулятором, обеспечивающим экспоненциальный закон изменения скорости (П-регулятор)
Изготовляемые в настоящее время на заводах электротехнической промышленности системы регулирования электроприводами имеют конечное количество типовых структур. Каждая из них состоит из определенного количества элементов, соединение которых реализует требуемый закон регулирования. При наладке системы оптимальное качество переходных процессов достигается подбором величин резисторов и конденсаторов в цепях решающих операционных усилителей.
Для систем непосредственного регулирования координат электропривода целесообразно разработать и отладить математическое обеспечение, реализующее конечное число типовых структур, и комплектовать им изготавливаемые устройства регулирования.
Отладка разработанных программ возможна при наличии гибкой системы общения человека с устройством, позволяющей быстро и удобно редактировать содержимое запоминающего устройства. Для этого необходим значительно больший объем оперативной памяти, чем потребуется в последующем для хранения отлаженной программы. В процессе отладки необходимо иметь возможность контролировать результаты промежуточных вычислений. Из этого следует, что для отладки программ необходимо иметь достаточно сложные технические средства. Анализ возможных решений показал, что наиболее целесообразным является использование для этих целей серийной микро-ЭВМ с необходимыми средствами ввода и вывода информации. Запоминающее устройство ЭВМ должно использоваться для хранения отлаживаемой программы и быть доступным для обращения к нему процессора устройства регулирования.
Непосредственное обращение к памяти ЭВМ-сателлита обеспечивается специальной интерфейсной ячейкой. По служебным сигналам процессора устройства регулирования в интерфейсной ячейке вырабатываются сигналы, управляющие циклом обращения к памяти ЭВМ. В интерфейсе учитывается и согласовывается различное быстродействиє сопрягаемых устройств. При обращении процессора устройства регулирования к запоминающему устройству своего сателлита (передача адреса очередной команды и пересылка данных), в интерфейсной ячейке вырабатывается сигнал "Занято", по которому процессор останавливается до завершения соответствующего цикла в ЭВМ. Прием данных из ЭВМ производится через промежуточный буферный регистр. Запись информации в него из двунаправленной магистрали производится стробирующим сигналом, обеспечивающим ее достоверность. При выполнении команд, в которых отсутствует обращение к запоминающему устройству ЭВМ-сателлита, быстродействие процессора соответствует номинальному. Этим достигается достаточно высокое быстродействие системы отладки, что позволяет использовать ее непосредственно на объекте для отработки алгоритмов и программ в сложных системах регулирования. В таких системах дополнительные затраты на отладочную систему должны быть оправданы значимостью эффекта от внедрения данной системы регулирования.
Эффективность отладочной системы обеспечивается достаточным математическим обеспечением. Специальные сервисные программы позволяют выводить на пультовый терминал ЭВМ-сателлита или через перфоратор на ленту заданный массив памяти, производить статистическую обработку данных, транслировать символы простейшего языка в машинные коды, перемещать массив памяти с фрагментом программы на заданное количество ячеек /67/. Указанные технические и программные средства позволяют существенно снизить затраты времени на программирование и отладку программы. Кроме этого, в запоминающем устройстве ЭВМ-сателлита выделяется область, используемая как внешнее запоминающее устройство микропроцессорного устройства управления. При отладке программы регулирования в эту область памяти записывают данные, характеризующие внешние и внутренние состояния элементов системы регулирования на каждом интервале преобразования. Понятие "элемент системы" является условным. Здесь следует понимать результаты вычислительных операций идентичные физическим величинам на выходах регуляторов, СУШ и других узлов, характерные для существующих систем регулирования. Эта информация поступает в запоминающее устройство синхронно с процессом регулирования. Последующий вывод информации на пультовый терминал позволяет получить в удобном виде машинограмму, характеризующую динамические процессы в исследуемой системе. Традиционная осциллограмма представляется в цифровом виде.
Аналогичный подход принят при разработке технических и программных средств для автоматизированной проверки и наладки ячеек и всего устройства на заводе-изготовителе.
Для этих целей разработан стенд для заводской проверки и наладки. Он состоит из тех же средств, что и отладочная система. Дополнительно разработаны специальные ячейки и математическое обеспечение. Если в отладочной системе ЭВМ подчинена процессору устройства регулирования, то в стенде она в большинстве режимов проверки является основным управляющим элементом. С помощью специально разработанной ячейки сигналы ЭВМ трансформируются в сигналы, необходимые для функционирования интерфейса, принятого в устройстве регулирования. При проверках ячеек вырабатываются сигналы, имитирующие реальные входные.
Структура микропроцессорного устройства
Возрастающие технические, экономические и эксплуатационные требования к современному регулируемому тиристорному электроприводу постоянного тока не могут быть в полной мере удовлетворены без использования средств цифровой вычислительной техники в составе системы регулирования координат.
Установлено, что в нашей стране и за рубежом ведутся работы по созданию систем непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока. Имеющаяся информация об отечественном и зарубежном опыте недостаточна для практического использования. В публикациях освещаются различные методологические подходы к решению проблемы микропроцессорного регулирования. Технические решения существенно отличаются по объему. Отечественной промышленностью не освоено серийное производство микропроцессорных систем регулирования. Необходимость дальнейших исследований очевидна, что обусловливает актуальность темы. 3. Исследованы известные способы представления информации о токе и последующего использования ее в качестве регулируемого параметра. Установлено, что в качестве регулируемого параметра целесообразно принять среднее за интервал преобразования значение выпрямленного тока. 4. Исследован контур тока с известным цифровым регулятором, использующим среднее за интервал преобразования значение тока. Установлены недостатки регулятора. Синтезирован регулятор, адаптивный к режиму прерывистых токов. Выполнена линеаризация контура тока и обеспечена его инвариантность к влиянию ЭДС двигателя. Использование адаптивного регулятора позволяет значительно расширить область применения системы непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока. 5. Разработаны структуры и определены параметры регуляторов скорости, обеспечивающих высокое качество регулирования и удовлетворяющих требованиям различных технологических механизмов. 6. Исследована система регулирования, в которой период дискретизации регулятора скорости кратен периоду дискретизации регулятора тока. Синтезированы соответствующие структуры регуляторов и приведены рекомендации по выбору их параметров. 7. Предложено и обосновано применение методов математической статистики для исследования сложных функциональных зависимостей параметров системы регулирования и аппроксимации этих зависимостей выражениями, удобными для инженерных расчетов. Экспериментальные исследования подтвердили достаточную для практического использования точность данного метода. 8. Исследованы различные способы измерения скорости электропривода с импульсным датчиком. Предложен способ, обеспечивающий системе непосредственного регулирования высокие динамические и статические показатели. С целью минимизации погрешности первичного датчика, время измерения изменяется в пределах от 3,33«10 3 до 20 Ю-3 с в зависимости от скорости электропривода. 9. Разработаны алгоритмы и рабочие программы, реализующие синтезированные регуляторы и отдельные элементы системы непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода постоянного тока. Показаны взаимодействия составных частей алгоритмов, направленные на обеспечение требуемого качества регулирования. 10. Разработано устройство управления тиристорним электроприводом постоянного тока, использующее микропроцессор К584ИКІ. Результаты исследований, выполненные с использованием устройства, позволили уточнить требования к архитектуре устройства управления электроприводом. Опыт разработки, ряд технических решений (периферийные ячейки) использованы при разработке серийного микропроцессорного устройства БВУ 9200-000Б УХЛ4. 11. Предложена методика инженерного расчета системы регулирования, учитывающая особенности представления информации в различных регуляторах. Показано, как необходимо учитывать масштабные коэффициенты в соответствующих регуляторах координат. Показана возможность и целесообразность использования микропроцессорного устройства для уточнения параметров электропривода при настройке системы регулирования. 12. Разработаны технические и программные средства для контроля и наладки микропроцессорного устройства управления, позволяющие значительно сократить трудозатраты при изготовлении устройства. 13. Научные положения диссертации показывают, а результаты экспериментальных исследований, выполненные на электроприводе-мощностью 55 кВт, (Т = 0,013 с, Тм = 0,125 с) подтверждают, что система непосредственного регулирования скорости тиристорного электропривода постоянного тока обеспечивает: реакцию контура тока на управляющее воздействие вида единичного скачка не более 12 Ю-3 с; время бестоковой паузы при реверсе тока не более 7 10 3 с; реакцию контура скорости на управляющее воздействие вида единичного скачка не более 60-Ю-3 с; величину отклонения скорости электропривода от заданного значения при номинальной нагрузке на валу электродвигателя и работе системы с П-регулятором скорости не более 2 %; максимальную величину динамического отклонения скорости от заданного значения при набросе нагрузки и работе системы с Пй-ре-гулятором скорости не более 2 %, при этом время восстановления скорости до заданного значения не превышает 0,1 с; необходимый темп разгона (замедления) электропривода по линейному или другому закону с регулируемой в широких пределах дискретностью приращения скорости; логический анализ состояния аппаратов защиты и блокировок и выработку соответствующих управляющих воздействий. При этом объем ПЗУ для хранения программы регулирования не превышает 1000 ячеек, время выполнения всей программы - менее 1/3 допустимого (3,33 10 э с), для реализации системы регулирования используется менее половины допустимого количества интерфейсных ячеек устройства. Значительный резерв времени и технических возможностей позволяет существенно расширить возможности системы непосредственного регулирования координат тиристорного электропривода.
