Рисунок 2.11 - Структурная схема электропривода в дискретной форме.
Рисунок 2.12 - Графики изменения ошибок по углу и скорости привода с цифровым регулятором после проведения параметрической оптимизации коэффициентов регулятора.
Передаточная функция замкнутой системы (рисунок 2.11)
. (2.12)
Характеристический полином замкнутой системы
=0. (2.13)
Для проведения анализа устойчивости системы воспользуемся методом билинейного преобразования, применив подстановку
, (2.14)
в характеристическое уравнение замкнутой системы
. (2.15)
Раскроем скобки и приведем подобные
, (2.16)
. (2.17)
Так как билинейное преобразование для цифровых систем является аналогом преобразования Лапласа для линейных систем, то к полученному полиному можно применить критерий Гурвица. Так как полином имеет второй порядок, то нет необходимости находить определители Гурвица. Система будет устойчива, если все коэффициенты характеристического уравнения будут положительны. В данном случае видно, что коэффициенты характеристического полинома (2.17) положительны, следовательно, система устойчива.
За основу корректирующего устройства примем структурную схему изображенную на рисунке 1.3 В качестве демодулятора ШИМ-сигнала ИЧФД используем схему, приведенную на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Структурная схема демодулятора
здесь ГВЧ - генератор высокой частоты вырабатывающий однополярные прямоугольные импульсы с постоянной скважностью;
СЧ - асинхронный счетчик импульсов, фиксирующий число импульсов поступающих с генератором высокой частоты;
РЕГ 1, РЕГ 2 - параллельные регистры, хранящие значения периода дискретизации Топ и длительности импульсов .
Генератор высокой частоты вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы стабильной частоты с постоянной скважностью, равной 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиком СЧ. Сброс счетчика осуществляется по переднему фронту выходного сигнала ИЧФД γ. С выхода счетчика двоичный код поступает на входы параллельных регистров РЕГ 1 и РЕГ 2.
Регистр РЕГ1 по переднему фронту сигнала γ переписывает значение периода дискретизации с входа на выход.
Регистр РЕГ 2 по заднему фронту сигнала γ переписывает двоичное значение длительности импульса на вход. Применение параллельных регистров обусловлено требованиями к быстродействию системы, а при параллельной передаче информация о периоде дискретизации Топ и значение фазового рассогласования будет получена за один такт.
В качестве блока коррекции используем ЭВМ, в которой выполняется расчет корректирующего сигнала по заданному закону. Структурная схема блока коррекции приведена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Структурная схема блока коррекции
Для уменьшения погрешности, цифровую часть корректирующего устройства выполняем шестнадцатиразрядной.
В качестве генератора высокой частоты используем однокристальный генератор импульсов марки MAX038CPD [14].
Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Принципиальная схема генератора высокой частоты
Для получения шестнадцатиразрядного кода на выходе счетчика необходимо, чтобы на один такт квантования Топ приходилось 65536 импульсов. При величине опорной частоты =1 кГц., выходная частота генератора должна быть 65,536 мГц. Частота генератора зависит от величин емкости и сопротивления [14] и определяется как
(3.1)
Для получения максимальной частоты необходимо, величину емкости принять минимальной, а величину сопротивления определить из выражения (3.1)
. (3.2)
Принимая (Ф), по выражению (3.2):
(Ом).
Схема счетчика импульсов приведена на рисунке 3.4.
Здесь счетчик состоит из четырех четырехразрядных счетчиков К155ИЕ7, соединенных через входы расширения емкости. Для сброса счетчика по переднему фронту сигнала γ служат инвертирующие сумматоры DD7.1-DD8.2 и D-триггер. По переднему фронту сигнала γ на выходе триггера DD2, и соответственно на сбрасывающем входе счетчика, появляется логическая единица. Счетчик обнуляется, а на выходе сумматора DD9.1 появляется логическая единица. Сигнал с выхода сумматора поступает на сбрасывающий вход D-триггера. На выходе триггера устанавливается логический нуль, и счетчик начинает считать импульсы. Таким образом, счетчик обнуляется каждый раз по переднему фронту сигнала γ, то есть период равен Топ. Элементы DD3, DD6 - К531ЛЕ7, DD10 - К155ЛН2. Триггер DD2 - К155ТМ2 [12, 13].
Рисунок 3.4 - Принципиальная схема счетчика импульсов
Принципиальная схема регистров РЕГ1 иРЕГ2 приведена на рисунке 3.5 и 3.6 соответственно.
Рисунок 3.5 - Принципиальная схема регистра РЕГ1
Рисунок 3.6 - Принципиальная схема регистра РЕГ2
На рисунке 3.5 элементы DD3-DD4 восьмиразрядные параллельные регистры SN74LS574N [15]. Запись производится по переднему фронту сигнала γ, подаваемого на входы С.
В схему регистра РЕГ2 дополнительно введены инверторы DD7.1 и DD9.1 - К155ЛЕ1. Благодаря этому запись в регистры производится по заднему фронту сигнала γ.
Таким образом на выходе регистра РЕГ1 будет двоичное значение периода дискретизации Топ, а на выходе РЕГ2 - длительность импульса τ.
В качестве вычислительного устройства используем микроконтроллер AVR ATMega 64, представляющий собой с RISC архитектурой. Принципиальная схема приведена на рисунке 3.7.
Микроконтроллер работает от встроенного тактового генератора на частоте 8 мГц. Программа для прошивки микроконтроллера на языке С приведена в Приложении А. Компиляция программы производится с помощью приложения "Code Vision" [16].
Рисунок 3.6 - Принципиальная схема вычислительного устройства
Принципиальная электрическая схема корректирующего устройства приведена на рисунке 3.7
Генератор высокой частоты DD1 вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы стабильной частоты с постоянной скважностью, равной 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиками DD3-DD6. Сброс счетчиков осуществляется по переднему фронту выходного сигнала ИЧФД γ. Инвертирующие сумматоры DD7.1-DD7.2, DD8.1-DD8.2 и D-триггер DD2 предназначены для сброса счетчиков по переднему фронту сигнала γ. С выхода счетчиков двоичный код поступает на входы параллельных регистров DD10-DD13. Регистры DD10, DD11 по переднему фронту сигнала γ передают двоичное значение периода дискретизации на выход микроконтроллера DD14. Регистры DD12, DD13 по заднему фронту сигнала γ передают двоичное значение длительности импульса τ на выход микроконтроллера DD14. Микроконтроллер DD14 осуществляет вычисление корректирующего сигнала по прерыванию по входам, т.е. только при изменении сигнала на входах PA0-PA7, PB0-PB7, PC0-PC7, PD0-PD7. С выходов PE0-PE7, PF0-PF7 DD13 двоичное значение сигнала управления поступает на вход системы управления БДПТ. Спецификация элементов принципиальной схемы приведена в Приложении Б
Рисунок 3.7 - Принципиальная электрическая схема корректирующего устройства
Затраты на проектирование цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией определяются по формуле:
, (1.1)
где Сосн, зп - основная заработная плата персонала, руб.;
Сдоп, зп - дополнительная заработная плата персонала, руб.;
Сф, о - фондовые отчисления, руб.;
Спо - затраты на приобретение программного обеспечения, руб.;
Свт - затраты на содержание и эксплуатацию вычислительной техники, руб.;
Сн - накладные расходы, руб.
Основная заработная плата рассчитывается как:
, (1.2)
где Тразраб - время необходимое для разработки регулятора, ч;
З - основная заработная плата персонала за один час, руб. /ч.
Для разработки цифрового регулятора необходимо Тразраб=150 ч. Исполнителем является инженер. Оклад инженера третьей категории составляет 800 руб. в месяц. При условии, что продолжительность рабочего дня равна 8 ч, а в месяце 22 рабочих дня, основная заработная плата за 1 ч составит:
руб. /ч.
Основная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки в соответствии с выражением (1.2) составит:
руб.
Дополнительная заработная плата рассчитывается в процентах от основной заработной платы и составляет 12%. Дополнительная заработная плата инженера-программиста за весь период разработки составит:
Фондовые отчисления берутся в размере 36,6% от суммы основной и дополнительной заработной платы. Фондовые отчисления за весь период разработки и реализации модели составят:
Затраты на приобретение программного обеспечения берутся как стоимость программного обеспечения. Стоимость полного пакета MatLab 7, в которой производится проектирование, 52500 руб. Следовательно затраты на приобретение программного обеспечения составят:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
