Векторная система управления устройством рекуперации на микропроцессоре tms320f243

ВЕКТОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ РЕКУПЕРАЦИИ НА МИКРОПРОЦЕССОРЕ ТМ8320Р243 А.П. Баев, М.Р. Гончаренко, А.С. Исаков, А.Н. Коровьяков, О.С. Осипцева

В статье представлены результаты разработки и испытаний микропроцессорной системы управления устройством рекуперации энергии в промышленную сеть, входящей в состав системы управления приводами эскалатора метрополитена.

Введение. Постановка задачи

Необходимость разработки описываемой системы возникла при решении поставленной Комитетом по экономике и промышленной политике Администрации Санкт-Петербурга задачи реконструкции систем управления асинхронными двигателями эскалаторов.

Принципы построения и функциональные свойства системы

Современные системы управления асинхронными электроприводами создаются на основе совокупности взаимосвязанных физических принципов, способов организации управления и взаимодействия функциональных элементов системы.

Для повышения экономической эффективности в структуру привода включено устройство рекуперации (УР) энергии. При этом достигается энергосбережение и уменьшение уровня возмущений на сеть со стороны работающего электропривода. Реализация управления УР строится в соответствии с современной концепцией векторного управления электроприводами и устройствами рекуперации. С целью расширения функциональных возможностей система управления реализована на основе микропроцессора и согласующего электронного обрамления. Основным требованием к микропроцессору является его повышенное быстродействие. Поэтому в системе управления УР применен сигнальный процессор ТМ8320Б243, обладающий полным требуемым набором встроенных периферийных устройств АЦП, ШИМ и т.д.

Устройство рекуперации асинхронного электропривода эскалатора должно функционировать в одном из следующих режимов: в режиме синхронизации с сетью, в режиме компенсации реактивной мощности и в автономном режиме. Цели управления и динамические характеристики УР в различных режимах принципиально различны, что при реализации системы управления отражается на структуре программного обеспечения.

Программное обеспечение управляющего микропроцессора построено по модульному принципу и состоит из основной программы и ряда программных модулей, обеспечивающих требуемые функции.

Принцип определения текущего значения фазы сети заключается в том, что трехфазный вектор напряжений сети подается на вход преобразователя координат из неподвижной системы во вращающуюся. Если результирующий вектор трехфазного напряжения совпадет с осью У вращающейся системы координат, то проекция результирующего вектора напряжения на ось X будет равна нулю, а проекция на ось У пропорциональна амплитуде фазного напряжения.

Во вращающейся системе координат формируются сигналы задания тока для фазных регуляторов. При этом составляющая тока по оси X задается нулевой, в результате вектор тока в фазах совпадет с вектором фазного напряжения, а реактивная составляющая тока отсутствует.

Контроллер на базе сигнального процессора ТМ8320Б243 выполняет быстрые аппаратные алгоритмы управления инвертором, ввод информации с датчиков, контроль работы, используя развитую систему периферийных устройств и датчиков контролируемых физических величин. Процессор осуществляет алгоритмы

преобразования координат и предварительной фильтрации сигналов, а также согласование работы всех устройств системы.

Связь с управлением верхнего уровня осуществляется через встроенный контроллер CAN интерфейса по последовательному каналу.

Для ввода восьми аналоговых сигналов применены дифференциальные усилители, на которые подается смещение -2.5 В для приведения сигнала к диапазону встроенных АЦП. Гальваническая развязка осуществляется с помощью оптронных пар. Для предотвращения пробоя транзисторов используется вход аппаратного прерывания с высшим приоритетом, по которому аппаратно блокируется выход ШИМ. Дополнительно аппаратно контролируется работа программы на каждом интервале ШИМ с помощью внешнего одновибратора. В случае сбоя программы вырабатывается сигнал немаскируемого прерывания.

При контроле работы устройства применяется программа контроля допустимой разности в вычислении управляющих воздействий на последовательных тактах квантования.

Управление инвертором осуществляется с помощью встроенного в микроконтроллер ШИМ. Он использует таймер общего назначения и имеет двойную буферизацию, что позволяет асинхронно к периоду ШИМ выводить управляющие воздействия.

Результаты лабораторных испытаний

В результате лабораторных испытаний микропроцессорной системы устройством рекуперации установлено, что система в полном объеме выполняет требуемые функции во всех режимах эксплуатации устройства с достижением установленных значений показателей качества. Быстродействие микропроцессора ТМ8320Б243 позволило дополнительно к основным функциям обеспечить в реальном времени диагностику ответственных элементов УР и их защиту в предаварийных ситуациях.

Заключение

Введение в структуру систем управления асинхронными приводами эскалаторов устройств рекуперации с микропроцессорной системой управления повышает экономическую эффективность функционирования приводов и обеспечивает гибкость управления, многофункциональность и надежность.

Устройство рекуперации может использоваться не только совместно с электроприводом, но и как самостоятельное устройство преобразующее постоянное напряжение в трехфазную систему напряжений, а также осуществляющее обратное преобразование трехфазного напряжения в постоянное.

Особо заметим, что при использовании устройства рекуперации по разным назначениям и в различных режимах требуется модифицировать лишь программное обеспечение, выбирая соответствующие программные модули. При этом аппаратные средства изменяются незначительно, что достигается гибкостью устройства рекуперации.

Литература

1. В.Ф. Козаченко. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам.//СН1Р NEWS. -1999.-N1. - c. 2-9

2. В. Ф. Козаченко, С.Я. Грибачев. Новые микроконтроллеры фирмы Texas Instruments TMS32x24x для высокопроизводительных встроенных систем управления электроприводами .//CHIP NEWS. - 1998.-N11-12.-c.2-6