ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ МОМЕНТНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для управления электроприводами в станкостроении, робототехнике, в системах автоматического управления, например, электронного управления моментным двигателем постоянного тока.
6
Известна цифровая система управления вентильным двигателем (Россия, изобретение, патент №2098917, МПК НО 2 Р 6/10, публикация 1997 г.), содержащая микроЭВМ, выполненную с возможностью реализации разработанных алгоритмов, аналого-цифровой преобразователь, цифровой датчик положения, цифровой датчик напряжения, цифровой измеритель периода с однофазным регулятором фазы.
Известная цифровая система управления вентильным двигателем имеет следующие недостатки:
- большие габариты, например, за счет выполнения цифрового датчика положения, цифрового измерителя периода и однофазного регулятора фазы в виде отдельных компонентов системы;
- невысокая точность управления, так как цифровой датчик положения, включающий датчик положения ротора и цифровой компаратор, не позволяет с большой точностью определять положение угла разворота ротора двигателя;
- невысокая надежность управления из-за большого количества электронных элементов.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание компактной высокоточной и надежной системы управления моментным двигателем.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является:
- сокращение числа электронных элементов системы за счет использования вместо микроЭВМ, представленной в известном аналоге, микроконтроллера с расширенными функциональными возможностями (в частности, в предлагаемой полезной модели отсутствует цифровой датчик положения, имеющийся в известном аналоге, а его функцию реализует микроконтроллер);
- повышение точности вычислений за счет выполнения датчика положения ротора в виде поворотного синусно-косинусного трансформатора с дополнительными двумя обмотками точного отсчета.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в том, что в отличие от известной цифровой системы управления вентильным двигателем предлагаемая цифровая система управления моментным двигателем состоит из микроЭВМ, выполненной в виде микроконтроллера с встроенным аналого-цифровым преобразователем, блоком связи, блоком формирования сигнала возбуждения, блоком формирования сигнала управления и перепрограммируемым постоянным запоминающим устройством. При этом датчик положения ротора выполнен в виде поворотного синусно-косинусного трансформатора с дополнительными двумя обмотками точного отсчета. Предлагаемая система снабжена блоком согласования сигналов, блоком формирования опорного напряжения, блоком формирования управляющих сигналов. Выход блока формирования опорного напряжения подключен к обмотке возбуждения поворотного синусно-косинусного трансформатора. Обмотки синуса и косинуса углового положения синусно-косинусного трансформатора подключены к входам микроконтроллера. Один из выходов микроконтроллера подключен к блоку формирования опорного напряжения, другой - к блоку формирования управляющих сигналов, а следующий - соединен с внешней линией, по запросам которой выдается код угла поворота вала двигателя и принимается управление двигателем. Причем микроконтроллер выполнен с
возможностью реализации алгоритма вычисления кода текущего угла поворота ротора двигателя и алгоритма формирования фазовых сигналов управления двигателем. В качестве микроконтроллера может быть применен микроконтроллера типа Atmega 8535 фирмы Atmel.
Предлагаемая цифровая система управления моментным двигателем иллюстрируется чертежами:
- на фиг.1 представлена функциональная схема цифровой системы управления моментным двигателем;
- на фиг.2, 3, 4 и 5 показан алгоритм вычисления кода текущего угла поворота ротора моментного двигателя;
- на фиг.6, 7, 8 и 9 показан алгоритм формирования управляющих ШИМ сигналов моментного двигателя.
Цифровая система управления моментным двигателем содержит четырехобмоточный поворотный синусно-косинусный трансформатор 1, блок согласования сигналов 2, микроконтроллер 3, блок формирования опорного напряжения 4, блок формирования управляющих сигналов 5. Цифровая система управления моментным двигателем связана через усилитель широтно-импульсной модуляции (ШИМ) 6 с моментным двигателем 7 (фиг.1) В качестве микроконтроллера 3 в рассмотренном примере применен микроконтроллер типа Atmega 8535 фирмы Atmel. Основными встроенными элементами указанного выше микроконтроллера 3 являются: восьми канальный десяти разрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 8, универсальный асинхронный приемо-передатчик 9, формирователи ШИМ сигналов с таймером счета 10, 11, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 12 (фиг.1). При этом в примененном микроконтроллере типа Atmega 8535 фирмы Atmel универсальный асинхронный приемо-передатчик 9 по сути является блоком связи, формирователи ШИМ сигналов с таймером счета 10 - блоком формирования сигнала возбуждения, другой формирователь ШИМ сигналов с таймером счета 11 - блоком формирования сигнала управления, а
перепрограммируемое постоянно запоминающее устройство (ППЗУ) 12 - содержит программу команд управления и значения некоторых параметров, необходимых для работы устройства.
Выход блока формирования опорного напряжения 4 подключен к обмотке возбуждения четырехобмоточного поворотного синусно-косинусного трансформатора 1. Обмотки синуса и косинуса точного и грубого углового положения четырехобмоточного поворотного синусно-косинусного трансформатора 1 подключены к входу блока согласования 2, выход которого подключен к микроконтроллеру 3. Один из выходов микроконтроллера 3 подключен к блоку формирования опорного напряжения 4, другой - к блоку формирования управляющих сигналов 5, а следующий соединен с внешней линией RS-485. Выходы блока формирования управляющих сигналов 5 через усилитель ШИМ 6 подключены к моментному двигателю 7.
Цифровая система управления моментным двигателем работает следующим образом.
Рассмотрим процесс вычисления кода текущего угла поворота ротора моментного двигателя. Микроконтроллер 3 вычисляет его по алгоритму, представленному на фиг.2, 3, 4 и 5. Алгоритм заключается в следующем:
- в течение периода опорного напряжения осуществляются преобразования в цифровой код уровней напряжения с сигнальных обмоток четырехобмоточного поворотного синусно-косинусного трансформатора 1;
- в конце периода осуществляется демодуляция сигналов четырехобмоточного поворотного синусно-косинусный трансформатора 1, таким образом получаются значения синуса и косинуса угла поворота ротора моментного двигателя;
- угол поворота ротора моментного двигателя получается путем вычислением арктангенса от деления синуса угла поворота ротора моментного двигателя на его косинус;
- по внешней линии связи RS-458 выдается код угла поворота ротора моментного двигателя и принимается управляющий сигнал.
Кроме того, микроконтроллер 3 осуществляет процесс формирования управляющих ШИМ сигналов моментного двигателя по алгоритму, представленному на фиг.6, 7, 8 и 9. Алгоритм заключается в следующем:
- по внешней связи RS-485 микроконтроллер 3 получает управление и код режима работы;
- в зависимости от режима работы рассчитывается управляющий сигнал либо контур по скорости, охваченного контуром по положению, либо контура по скорости, либо передается непосредственно, без изменений;
- далее управляющий сигнал перемножается на функцию синуса и косинуса угла положения ротора моментного двигателя и выдается на блок формирования управляющих сигналов 5.
i
2
В процессе работы блок формирования опорного напряжения 4 преобразует ШИМ сигнал с выхода микроконтроллера 3 в напряжение питания четырехобмоточного поворотного синусно-косинусный трансформатора 1. Преобразование осуществляется путем выделения постоянной составляющей с помощью RC цепочки. Коррекция управления осуществляется с помощью интегро-дифференцирующего звена (Tp+1)/(Tp+1). Блок согласования сигналов 2 осуществляет преобразование сигналов четырехобмоточного поворотного синусно-косинусный трансформатора к уровню АЦП 7 микроконтроллера 3.