Г л а в а 1 5 страница

Как было сказано в разд. 1.6, расчет в МПСУ должен производиться с такой же (или большей) скоростью, что и скорость протекания процессов в объекте. В этой связи очевидно, что в первую очередь, т.е.на каждом интервале повторения, нужно рассчитывать регулятор тока и угол управления, а регулятор скорости можно рассчитывать в течение большего интервала времени.

Как в этом случае нужно составить алгоритм (порядок) расчета регуляторов и как это отразится на блок-схеме программного обеспечения? Задачу в такой постановке можно решить следующим образом. Так как регулятор тока нужно рассчитывать на каждом интервале повторения, этот расчет следует перенести в подпрограмму прерывания по ТЕК, которая выполняется на каждом интервале повторения. В задачу головной программы будут входить только расчет регулятора скорости и выполнение всего остального.

Такому распределению задач в ПО соответствует и другая блок-схема, два измененных фрагмента которой приведены на рис. 2.13. Первый фрагмент (рис. 2.13, а) – это головная программа (пусковая программа осталась без изменений), второй фрагмент (рис. 2.13, б) – подпрограмма прерывания по ТЕК. Пояснений к блокам этих фрагментов не требуется, так как произошло просто их перераспределение между головной программой и подпрограммой по прерыванию. Поясним только блок «Блоки прер. 1» – в него входят все блоки предыдущего (первого) варианта подпрограммы по прерыванию от ТЕК.

а б

Рис. 2.13

Во временных координатах работа новой структуры ПО изображена на рис. 2.14. На этой диаграмме:

Т _прер2 = Т _прер1 + Т _{p i} .

Второй вариант подпрограммы по прерыванию по времени равен сумме первого варианта этой подпрограммы и блоку расчета регулятора тока. Время же расчета регулятора скорости распределяется между несколькими интервалами повторения и может состоять из нескольких частей: Т _pw1, Т _pw2 и т. д. Таким образом, требование выполнено: регулятор тока, определяющий быстродействие МПСУ, рассчитывается на каждом интервале повторения, а регулятор скорости – в течение нескольких интервалов повторения.

Замечание. Данный пример показывает, во-первых, как знание объекта управления позволяет оптимизировать МПСУ, в частности его ПО, во-вто­рых, показывает, как можно одним микропроцессором произвести расчет нескольких контуров регулирования. Критерием здесь может быть либо различие в скорости (как было показано в настоящем примере), либо значимость для качества управления тех или иных рассчитываемых параметров.

Рис. 2.14

Помимо приведенных выше ситуаций, когда величина Т _ип либо равна времени выполнения алгоритма расчета, либо меньше, может быть и другая ситуация, когда интервал повторения значительно превосходит по величине время, необходимое для выполнения данным (быстродействующим) микропроцессором всех задач. В этом случае с целью расширения функций МПСУ или улучшения качества регулирования можно пойти несколькими путями (см. рис. 2.10):

- ввести в головную программу процедуру реализации текущей диагностики аппаратных средств МПСУ, улучшить интерфейс с пультом управления оператора, расширить объем отображаемой информации и т.п.;

- повысить точность расчета регулятора тока за счет многократного его выполнения в течение интервала повторения со считыванием обратной связи по току. Для этого реализацию блоков «Регулятор i» и «Расчет a» следует организовать как цикл, в который ввести запуск АЦП на преобразование тока нагрузки. Число циклов подбирается максимально возможным, но в то же время таким, чтобы к приходу следующего запроса на прерывание по ТЕК микропроцессор успел выполнить весь алгоритм. В этом случае рассчитанный угол a будет наиболее полно отвечать процессам в УВ, происшедшим непосредственно перед началом формирования этого угла управления;

- реализовать управление УВ без запаздывания на время, равное интервалу повторения. Для этого нужно использовать второй вариант структуры ПО (см. рис. 2.13), только в подпрограмме по прерыванию от ТЕК требуется переставить блоки: на первое место поставить считывание сигнала обратной связи по току и расчет регулятора тока с формированием угла управления, затем – «Блоки прер. 1».

Замечание. В этом случае в области малых углов a может образоваться «мертвая зона», меньше которой получить угол управления будет невозможно в силу проведения в это время расчета алгоритма. Однако если учесть, что при линейном опорном сигнале регулировочная характеристика УВ имеет вид косинусоиды, то эта «мертвая зона» мало скажется на уровне выходного напряжения. Например, 10 эл. град. при частоте сети 50 Гц составляют 555 мкс (довольно большое время для работы быстродействующего микроконтроллера), а значение косинуса этого угла составляет 0, 985. Недобор 1, 5 % до максимально возможного уровня выходного напряжения УВ – это вполне допустимая во многих случаях погрешность.

Следует заметить, что к построению ПО необходимо относиться очень внимательно, не жалеть времени на разработку его структуры. Работа с «кубиками» позволит вам системно подойти к программному обеспечению, представить задачу в целом, т. е. весь «лес», а не отдельные «деревья», и разработать оптимальный алгоритм работы МПСУ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Настоящее учебное пособие, естественно, не охватывает всего круга вопросов, всех нюансов и тонкостей, которые необходимо учитывать при проектировании МПСУ УВ. Реализация как аппаратных, так и программных средств во многом зависит от конкретных условий, а именно структуры силовой схемы, характера нагрузки, сложности алгоритма управления, особенностей и возможностей выбранной микропроцессорной элементной базы, а также профессиональной подготовки разработчика.

Однако изложенные в учебном пособии принципы, структуры, алгоритмы и рекомендации могут стать основой, руководством к действию при разработке студентами кафедры промышленной электроники НГТУ (и специалистами в области силовой электроники) микропроцессорных систем управления выпрямителями и другими вентильными преобразователями с естественной коммутацией.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Деткин Л.П. Микропроцессорные системы управления и регулирования вентильными электроприводами: Обзорная информация. – М.: Информ­электро, 1980.

2. Булатов О.Г., Милов А.В., Яблонский Ф.М. Принципы построения микропроцессорных систем управления преобразователями электрической энергии // Электротехн. промышленность. Сер. 05. Полупроводниковые приборы и преобразователи: Обзорная информация. – 1984. – Вып. 1. – 68 с.

3. Файнштейн В.Г., Файнштейн Э.Г. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления электроприводами // Электротехн. промышленность. Сер. 08. Электропривод: Обзорная информация. – 1985. – Вып. 4. – 44 с.

4. Кочетков В.Д., Дацковский Л.Х., Бирюков А.В. и др. Системы регулирования электроприводов переменного тока с микропроцессорным управлением // Электротехн. промышленность. Сер. 08. Электропривод: Обзорная информация. – 1989. – Вып. 26. – 80 с.

5. Файнштейн В.Г., Файнштейн А.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами / Под ред. О.В. Слежановского. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 240 с.

6. Перельмутер В. М. Системы управления тиристорными электроприводами постоянного тока. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.

7. Перельмутер В. М. Цифровые системы управления тиристорным электроприводом. – Киев: Техника, 1983. – 104 с.

8. Hoang Le Huy. Microprocessors and IC’s for motion сontrol // Proc. of the IEEE. – 1994. – Vol. 82, N 8. – p. 1140–1163.

9. Долкарт В.М. Состояние и перспективы развития микроэлектроники // Электротехника. – 1996. – № 10. – С. 44–49.

10. Обухов С.Г., Ремизевич Т.В. Применение БИС микропроцессоров в устройствах фазового управления вентильными преобразователями // Электротехническая промышленность. Преобразов. техника. – 1983. – Вып. 4. – С. 7–12.

11. Чаплыгин Е.Е. Фазовое управление вентильными преобразователями на базе восьмиразрядных микропроцессоров // Электричество. – 1990. – № 9. – С. 51–57.

12. Баховцев И.А., Красиков Н.А. Применение таймеров для формирования управляющих импульсов в вентильных преобразователях // Силовая полупроводниковая техника: Межвуз. сб. науч. тр. – Новосибирск: НЭТИ, 1982. – С. 108–115.

13. Баховцев И. А., Бутенко А. В., Зиновьев Г. С. и др. Симисторное устройство пуска трехфазных короткозамкнутых асинхронных двигателей. – Автоматизация и прогрессивные технологии: Тр. II Межвуз. науч.-техн. конф. Ч. 1. – Новоуральск, 1999.

14. Аникеева Н.И., Баховцев И.А., Зиновьев Г.С., Попов В.И. Микропроцессорные системы управления инверторами с ШИМ в системе частотного электропривода // Силовые вентильные преобразователи: Межвуз. сб. науч. тр. – Новосибирск: НЭТИ, 1984. – С. 103–118.

15. Баховцев И.А., Зиновьев Г.С., Попов В.И. и др. Способы широтно-импульсной модуляции в автономных инверторах для частотного асинхронного электропривода // Электротехника. – 1990. – № 3. – С. 46–50.

16. Микропроцессоры. В 3-х кн. Кн. 2: Средства сопряжения. Контролирующие и информационно-управляющие системы: Учеб. для втузов / В.Д. Вернер, Н.В. Воробьев, А.В. Горячев и др. / Под ред. Л.Н. Преснухина. – М.: Высш. шк., 1986. – 383 с.

17. Глазенко Т.А., Томасов В.С. Состояние и перспективы применения полупроводниковых преобразователей в приборостроении // Изв. вузов. Приборостроение. – 1996. – Т. 39, № 3. – С. 5–12.

18. Зиновьев Г.С. Основы преобразовательной техники. Ч. 3: Методы анализа установившихся и переходных процессов в ВП. – Новосибирск: НЭТИ, 1975. – 2 с.

19. Руденко В.С., Жуйков В.Я., Коротеев И.Е. Расчет устройств преобразовательной техники. – Киев: Техника, 1980. – 135 с.

20. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О.В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И. С. Кузнецов и др. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 256 с.

21. Хвощ С.Т., Варлинский Н.Н., Попов Е.А. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления: Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1987. – 640 с.

22. Михайлов С.А. Жесткая логика и микропроцессоры: новые пропорции старого дуализма // Микропроцессорные средства и системы. – 1990. – № 5. – с. 90–92.

23. Зиновьев Г.С. Основы силовой электроники: Учеб. пособие. – Изд. 3-е, испр. и доп. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 671 с.

24. Грасевич В.Н. Микропроцессорные системы управления электротехнологическими объектами / Под ред. А.М. Кручинина. – М.: Моск. энерг. ин-т, 1987. – 96 с.

25. Соломатин Н.М., Шертвитис Р.П., Макшанцев М.М. Выбор микроЭВМ для информационных систем: Учеб пособие для втузов. – М.: Высш. шк., 1987. – 120 с.

26. Выбор микроконтроллера. AN 1057r: Пер. с англ. ТОО «Торнадо Модульные Системы». – Новосибирск, 1995. [Application Note. Order AN1057r/D.]

27. Писарев А.Л., Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями. – М.: Энергия, 1975. – 264 с.

28. Грабовецкий Г.В., Куклин О.Г., Харитонов С.А. Непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией для электромеханических систем: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. – 148 с.

29. Справочник по автоматизированному электроприводу / Под ред. В.А. Елисеева и А.В. Шинянского. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 616 с.

30. Применение программируемых контроллеров в промышленных установках // Докл. науч.-практ. семинара. – М.: Изд-во МЭИ, 2001. – 97 с.

31. Standard Drives & Control Products. – Reliance Electric. Catalog, 1996.

32. Сташин В.В., Урусов А.В., Мологонцева О.Ф. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 224 с.

33. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 304 с.

34. Предко М. Руководство по микроконтроллерам. Т. 1: Пер с англ. / Под ред. И.И. Шагурина, С.Б. Лужанского. – М.: Постмаркет, 2001. – 416 с.

35. Гуляев В.А., Коростиль Ю.М. Диагностирование программного обеспечения микропроцессорных систем. – Киев: Техника, 1991. – 180 с.

36. Клисторин И.Ф. Функциональный контроль микропроцессорных устройств. – Кишинев: Штиинца, 1990.

37. Глух Е.М., Зеленов В.Е. Защита полупроводниковых преобразователей. – 2-е изд. перераб и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1982. – 152 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие............................................................................................................... 3

Глава 1. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫми ПРЕОБРАЗОВАТЕЛями. общие понятия и требования............................................... 6

1.1. Классификация микропроцессорных систем............................. 6

1.2. Структура энергетической системы............................................. 9

1.3. Особенности вентильного преобразователя как объекта управления 11

1.4. Особенности МПТ как средства управления............................ 12

1.5. Типовые требования, предъявляемые к микропроцессорным системам управления вентильными преобразователями.................................................................................................... 13

1.6. Требования, предъявляемые к микропроцессорным средствам, используемым в МПСУ вентильным преобразователем.................................................................................................. 15

Глава 2. МПСУ УПРАВЛЯЕМЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ................... 18

2.1. Типовая структура системы автоматического регулирования электропривода постоянного тока................................................................................................................. 18

2.2. Типовая структура МПСУ управляемым выпрямителем....... 21

2.3. Построение и реализация программной МПСУ управляемым выпрямителем 25

2.3.1. Назначение программной МПСУ управляемым выпрямителем 25

2.3.2. Блок синхронизации с сетью................................................ 26

2.3.3. Классификация микропроцессорных фазосдвигающих устройств 32

2.3.4. Способы формирования фазового сдвига......................... 32

2.3.5. Число каналов микропроцессорных ФСУ........................ 36

2.3.6. Способы организации момента отсчета временного интервала 40

2.3.7. Способы распределения импульсов управления............ 45

2.3.8. Особенности реализации одноканальных синхронных ФСУ при больших углах управления...................................................................................................... 48

2.4. Типовая структура программного обеспечения МПСУ управляемым выпрямителем 53

Заключение................................................................................................................. 67

Список использованной литературы.................................................................. 68