Синтез на цифров регулатор за постояннотоков електродвигател с MSP43


Категория на документа: Други


.

Тема: "Синтез на цифров регулатор за постояннотоков електродвигател с MSP43

София 2013
Съдържание:

1. Глава 1. Литературен обзор на двигатели за постоянен ток с цифрово управление. - стр. 3

2. Глава 2. Идентификация на двигателя. - стр. 26
3. Глава 3. Симулационен модел: Двигател за постоянен ток - Регулатор. - стр. 30
4. Глава 4. Синтез на управляващо устройство. - Стр.46
5. Глава 5. Анализ и изводи. - стр.56

6. Литература - стр. 57

Глава 1. Литературен обзор на двигатели за постоянен ток с цифрово управление.
Машините за постоянен ток, както всички електрически машини, могат да извършват двата вида електромеханично преобразуване на енергията, т.е. да работят като генератор и като двигател. Бързото развитие на полупроводниковата техника създаде условия за замяната на постояннотоковите генератори с управляеми и неуправляеми токоизправители в повечето области на индустрията. Много голямо приложение имат двигателите за постоянен ток. Причина за това е, че в сравнение с другите типове електрически машини те притежават по-добри свойства за плавно регулиране на скоростта на въртене в широки граници. Затова преобладаващата част регулируеми електрозадвижвания са изпълнени с постояннотокови двигатели.
Двигателите за постоянен ток се разделят на две групи - колекторни и безколекторни (безконтактни). Колекторните двигатели са свързани към източника на постоянен ток чрез електромеханичен преобразувател на честота, който се състои от колектор и четков апарат. Между колектора и четките се осъществява плъзгащ се електрически контакт. Наличието на колектор и четки прави конструкцията на двигателите по-сложна и по-скъпа. Например при еднакви технически параметри един двигател за постоянен ток е около два, три пъти по-скъп от асинхронния двигател с кафезен ротор. Освен това при експлоатация се налага поддържане на колекторно-четковия възел. Неговата безотказност и дълготрайност определят надеждността на цялата машина. Въпреки тези недостатъци двигателите за постоянен ток имат значително практическо приложение. Те се използват в електрическия транспорт (електрически локомотиви, трамваи, тролейбуси, метро), в металургията (прокатни двигатели, ролгангови двигатели, кранови двигатели и др.), в машиностроенето за главни и подавателни задвижвания на металорежещи машини с цифрово-програмно управление, в превозни средства с автономно електрозахранване (електрокари, електромобили), в добивната промишленост (за задвижване на багери, екскаватори, транспортни ленти), като гребни двигатели за задвижване на гребните винтове на кораби и подводници, за задвижване на битови и промишлени асансьори, за регулируеми електрозадвижвания в текстилната, целулозната и химическата промишленост, в електрическите системи на автомобили и трактори (стартери и динама) и много други. Съвременните двигатели за постоянен ток се изработват с различи номинални данни. Например мощността варира от няколко вата (при микродвигателите) до около 20 MW при някои крупни двигатели. Номиналното напрежение на двигателите с общо предназначение с малка и средна мощност е 220 V. Номиналното напрежение на крупните двигатели достига до 1000 V. Напрежението на двигателите за електрокари, стартерите и динамата е ниско, тъй като е равно на напрежението на акумулатора. Номиналната скорост на въртене е най-различна - от няколко десетки до няколко хиляди обороти в минута.
У нас са произвеждани различи типове постояннотокови двигатели: тягови и спомагателни двигатели за електрокари, трамвайни двигатели, високомоментни двигатели за металорежещи машини с ЦПУ, изпълнителни двигатели за периферии устройства и др. При безконтактните двигатели за постоянен ток колекторно-четковият възел е заменен с електронен комутатор. Затова отпадат недостатъците, проявяващи се при експлоатацията на колекторните двигатели, но се увеличава стойността на електрозадвижването. Поради това в регулируемите задвижвания се използват предимно колекторни двигатели. В някои задвижвания (например в компютрите) двигателите са безконтактни. Роторът (котвата) се състои от вал, пакет на котвата, котвена намотка и колектор. Пакетът на котвата е набран от отделни листове електротехническа стомана с дебелина 0,5 мм. Листовете са изолирани един от друг, за да се намалят загубите от вихрови токове, които се получават вследствие на цикличното пренамагнитване на котвата при въртенето й в магнитното поле на полюсите. Листовете на пакета са щанцовани, така че по външната цилиндрична повърхност на котвата се получават канали и зъби. Върху вала са монтирани лагери, които от своя страна са поставени в гнезда на лагерните щитове. Котвената намотка се състои от секции, изпълнени от изолирани медни проводници. Страните на секциите са изолирани и укрепени в каналите на котвата. Краищата на секциите са запоени към пластините на колектора. Колекторните пластини са изработени от мед. Те са изолирани помежду си и от останалите части на ротора. Върху външната цилиндрична повърхност на колектора се трият четките, които се изработват от пресована графитна смес. Чрез колектора и четките въртящата се котвена намотка се свързва с външната мрежа. Котвените намотки на постояннотоковите машини са двуслойни. Това означава, че във всеки канал на котвата се намират две секционни страни - долна и горна. Едната активна страна на дадена секция лежи в горния слой на един канал, а другата - в долния слой на друг канал.
При схематичното изобразяване на намотайте секционните страни в горния слой се чертаят с плътна линия, а в долния слой - с прекъсната линия. При машините за постоянен ток обикновено индукторът в е статора, а котвата - в ротора. Затова постоянният магнитен поток, създаден от главните полюси, не променя положението си в пространството. Котвата се върти спрямо този неподвижен магнитен поток.

Постояннотокови микромашини са колекторни постояннотокови двигатели с малка мощност, обикновено двуполюсни, без допълнителни полюси и с неподвижни четкодържатели от тръбен тип, поставени в геометричната неутрална линия. Възбуждането им е електромагнитно (с възбудителна намотка) или магнитоелектрично (с постоянни магнити). Двигателите се изпълняват за напрежения в интервала от 3V до 220 V, мощности до 500W и скорости на въртене от 2000 об/мин до 6000 об/мин. Употребяват се и в автомобилите като стартерни двигатели или като различни други спомагателни (серво) двигатели. Двигателите за ниски напрежения са с постоянни магнити и се захранват от батерии или акумулатори. Те се употребяват в битовата техника, ръчните електроинструменти, аудио и видео апаратурата, електрониката, компютрите и др. Батерийните двигатели са с малък брой колекторни пластини. Често пъти секциите на котвата или колекторните пластини се шунтират с нелинейни резистори (варистори), които са разположени на котвата и се въртят заедно с нея, с което се постига подобряване на комутацията и намаляване на искренето. За повишаване на надеждността на колектора и за намаляване на преходния пад на напрежение между колектора и четките, те се правят металографитни или метални във вид на плоски пружини или мрежички, посребряват се както те, така и колектора или се покриват с други благородни метали. Почти винаги двигателите са снабдени с противосмутителни филтри. В някои случаи се поставят по две възбудителни намотки, навити срещуположно на едни и същи полюси. По този начин се постига лесно реверсиране и бързо спиране чрез противовюпочване, ако реверсирането се извършва в движение.
В редица случаи, когато е необходима постоянна скорост на въртене, двигателите се снабдяват с центробежен (по-точно центробежно-вибрационен) стабилизатор на скоростта. Действието му е подобно на центробежния прекъсвач при еднофазните асинхронни микродвигатели с изключваеми пускови елементи. Центробежният разединител е предназначен за вграждане в постояннотокови електродвигатели. Използва се да комутира котвената намотка в постояннотокови електродвигатели, в зависимост от скоростта на въртене на ротора.

При превишаване на зададената скорост тежестите, вследствие на центробежната сила, се отдалечават от оста на вала и прекъсват веригата на тока, от което скоростта на въртене намалява, след което контактът отново се включва, пак се изключва и т.н. В редица случаи скоростта на въртене се стабилизира по безконтактен начин - чрез електронен стабилизатор на напрежението, захранващо двигателя. [ 1]
Разбира се, по-добрият начин за регулиране на скоростта е безсензорното регулиране. Само чрез измерване на тока и напрежението, захранващи котвената намотка на един постояннотоков електродвигател, е възможно да се определи скоростта на въртене на ротора по следната формула: U=R.I+dLdt+k.ω, Където U е захранващото напрежение, R - съпротивлението на котвената намотка, I - котвеният ток, L -индуктивността на котвената намотка, k - предавателен коефициент на двигателя, ω - скоростта на въртене на вала. За реализирането на управление е необходимо да се синтезира дискретен регулатор на скорост. Тук е моментът да се обясни какво представлява дискретизацията.
Съвременните системи за автоматично управление (САУ) по принцип съдържат цифрови изчислителни устройства (ЦИУ) за обработка на текущата информация и за изчисляване на управляващите въздействия. Прието е такива САУ да се наричат цифрови (ЦСАУ). ЦСАУ, освен елементи с дискретно по време действие, съдържат и елементи с непрекъснато по време действие, каквито най-често са обектът на управление и изпълнителните устройства. Това налага включване на допълнителни устройства за съгласуване аналогово-цифрови преобразуватели (АЦП), които преобразуват непрекъснатите сигнали в дискретна последователност от числа (цифров код) и цифрово-аналогови преобразуватели (ЦАП), които преобразуват цифровия код в непрекъснат сигнал.

Блокова схема на ЦСАУ е показана на предходната фигура. Ако обектът на управление (ОУ) се разшири с АЦП и ЦАП (означено с прекъсната линия), се получава обобщената блокова схема, показана на следващата схема, която е чисто дискретна и може да се опише в дискретно време. Разширеният обект (РОУ) се описва в пространството на състоянията със системата дискретни уравнения:
xk+1=F.xk+G.uk,
yk=C.xk+D.uk,
Матриците F и G в описанието зависят от матриците А и В в описанието на непрекъснатия обект, от такта на дискретизация То, с който се дискретизират сигналите, и от описанието на ЦАП. Грешките от квантоване на сигналите по ниво са незначителни и може да се пренебрегнат. В този случай еквивалентният дискретен модел също е линеен.

Ако тактът на дискретизация е избран така, че производната да може с приемлива точност да се замени с крайното нарастване xk+1-x(k)/T0, Предходното описание може да се замени със следното (приблизително):
1T0xk+1-xk=Axk+Buk,
yk=Cxk+Duk,
Или
xk+1=I+AT0xk+BT0uk,
yk=Cxk+Duk,
При такава дискретизация на непрекъснатия модел връзката на съответните матрици е следната F=I+AT0, G=BT0

Системата като абстрактно понятие, зависи от структурата на четири множества: множество Т на моментите на времето, множество U на входните въздействия, множество У на изходните величини и множество X на променливите на състоянието. Може да се дефинират следните алтернативни класове линейни системи:
1. Непрекъснати и дискретни системи
Системата е непрекъсната, ако множеството Т е непрекъснато. Такива системи се описват с диференциални уравнения. Системата е дискретна, ако множеството Т е дискретно. Такива системи се описват с диференчни уравнения.
2. Стационарни и нестационарни системи

Системата е стационарна, ако нейните свойствата не зависят от момента на прилагане на входното въздействие. Такива системи се описват с диференциални (диференчни) уравнения с постоянни коефициенти. Системата е нестационарна, ако свойствата й зависят от момента на прилагане на входното въздействие. Такива системи се описват с диференциални (диференчни) уравнения с коефициенти, които са функция на времето.
3. Крайномерни и безкрайномерни системи
Системата е крайномерна, ако множеството X е крайномерно. Такива системи се описват с диференциални (диференчни) уравнения с краен ред (п <∞). Системата е безкрайномерна, ако множеството X е безкрайномерно. Такива системи се описват с частни диференциални уравнения.
4. Едномерни и многомерни системи



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Синтез на цифров регулатор за постояннотоков електродвигател с MSP43 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.