Система управління механізмом подачі токарного верстата на базі синхронного двигуна

де кутова швидкість;

- компоненти вектора струму статора;

- компоненти вектора напруги статора

- активний опір обмотки статора

- індуктивність обмотки статора;



Рис 5.3

2. Блок “(d-q)=>(a-b)” рис.5.4 здійснює перехід від системи координат (d-q) до системи координат (a-b). В блоці реалізована наступна залежність:

- де- просторові проекції вектора напруги на систему коодинат (a-b);

- просторові проекції вектора напруги на систему коодинат (d-q)



Рис 5.4

3. Блок “(a-b)=>(d-q)” рис. 5.5 ,здійснює перехід від системи координат ( a-b) до системи координат ( d-q) .Претворення здійснюються на основі наступного виразу:

Рис 5.6

4. Блок “GlobController” рис 5.7 містить в собі регулятори керованих величин ,опис яких було приведено вище (п.4).



Рис. 5.7



Рис 5.2

При відпрацюванні системою завдання отримано наступні перехідні характеристики в моменти розгону та реверсу двигуна:

1) по швидкості рис. 5.9,5.12;

2) по моменту рис. 5.8 ,5.15;

3) по струму рис. 5.10, 5.14;

4) по положенню рис. 5.11, 5.13;

Рис 5.8



Рис 5.9

Рис 5.10



Рис. 5.11

Рис. 5.12



Рис. 5.13

Рис. 5.14



Рис. 5.15

При аналізі перехідних процесів отримані наступні показники якості:

- час перехідного процесу по швидкості 0,16 с

- величина перерегулювання

- максимальна помилка відпрацювання положення становить 1,5 рад

- перерегулювання струму становить 30%

- час перехідного процесу в контурі струму рівний 0,06 с

6. Спеціальне завдання

Дослідження аварійного режиму ЕП

При проектуванні ЕП необхідно також розглядати поведінку системи в аварійних ситуаціях та вжити необхідних заходів ,щодо збереження дієздатності системи.

В системі подачі верстату поширені випадки застрягання .у випадку неоднорідного матеріалу або великого захвату обробки .В такій ситуації необхідно обмежити момент для запобігання електричних та мехнічних поломок.

Для початку розглянемо перехідні характеристики при скачку моменту до рівня 10-кратного перевищення номінального значення.Отримано наступні перехідні процеси по швидкості ,моменту та струму рис. 6,1-6,3

Рис. 6.1



Рис. 6.2

Рис.6.3

Як видно з перехідних характеристик значення моменту та струму перевищують допустимі .Для запобігання даного аварійного режиму доцільно ввести на вхід контура струму нелінійність типу „насичення”.Величина обмеження встановлюєтьс на рівні максимального значення струму.

Структурна схема наведена на рис 6.4

Рис. 6.4

Тоді при моделюванні отримаєм наступні характеристики



Рис. 6.5 графік зміни механічної потужності при збільшенні навантаження

Рис. 6.6 Механічна характеристика



Рис. 6.7 Графік зміни швидкості

Рис. 6.8 Графік зміни моменту



Рис. 6.9 Графік зміни струму

Як видно з графіка механічної характеристики при дсяганні деякого значення моменту М=14,5 Нм. Жорсткість характеристики різко зменшується ,потужність на валу при цьому починає також спадати.

7. Реалізація регулятора на базі мікроконтроллера

7.1 Опис мікроконтроллерів PIC16F87

Серія PIC16F87 підходить для широкого спектру додатків від схем високошвидкісного керування автомобільними і електричними двигунами до економічних видалених приймачів, індикаторних приладів і зв'язних процесорів. Наявність ПЗП дозволяє підстроювати параметри в прикладних програмах (коди передавача, швидкості двигуна, частоти приймача та інші).

Малі розміри корпусів, як для звичайного, так і для поверхневого монтажу, робить цю серію мікроконтролерів придатною для портативних застосувань. Низька ціна, економічність, швидкодія, простота використання і гнучкість введення/виводу робить PIC16F87 переважним навіть в тих областях, де раніше не застосовувалися мікроконтролери. Наприклад, таймери, заміна жорсткої логіки у великих системах, співпроцесори.

Мікроконтролер PIC16F87 відноситься до сімейства КМОП мікроконтролерів, має внутрішній 1Килобайт Х 16 бітний EEPROM для програм, 64 байт EEPROM пам'яті даних, а також 36 регістрів загального користування і 15 спеціальних апаратних регістрів. Має 35 команд, які складаються з одного слова шириною 14 бітові виконуються за один цикл, окрім команд переходу, що виконуються за два цикли. Один цикл виконання інструкції складається з 4 періодів тактової частоти. Таким чином, при частоті 4МГц, час виконання інструкції складає 1мксек. Висока швидкість виконання команд досягається за рахунок використання двохшинної Гарвардської архітектури замість традиційної Фон-неймановськой. Гарвардська архітектура грунтується на наборі регістрів з розділеними шинами і адресним простором для команд і для даних. Набір регістрів означає, що всі програмні об'єкти, такі як таймер, регістри портів є фізично реалізовані апаратні регістри. Гарвардська архітектура допускає конвейєрне виконання інструкцій, коли одночасно виконується поточна інструкція і одночасно прочитується наступна (Microchip Technical Library CD-ROM, 2000).PIC16F87 має переривання від чотирьох джерел і восьмирівневий апаратний стек.. Периферія включає 8-бітовий таймер/лічильник з 8-бітовим попереднім дільником, 13 ліній двонаправленого введення/виводу і сторожовий таймер. Робоча частота від до 10 Мгц, діапазон напруги живлення від 2В до 6В, температурний діапазон від -40 С до +125 С, низьке споживання від 50 мка до 3 ма.

Для створення робочих програм використовується пакет MPLAB, у складі якого є редактор, відладчик, симулятор і емулятор. Для забезпечення процесу програмування мікроконтролерів використовується програма обслуговування програматора COMPIC.

Схема мікроконтроллера PIC16F87 зображена на рис. 7.1



Рис.7.1

7.2 Розробка керуючої програми

Передаточна функція регулятора

записується у вигляді різничного рівняння

Де -значення поточного та попереднього вихідного сигналу відповідно,

-значення поточної та попередньої помилки відпрацювання положення відповідно.

Наступним кроком є виділення регістру для кожної змінної таблиця 7.1

Таблиця 7.1

регістр	змінна
20	m(n)
21	m(n-1)
22
23
24
25
26

В даному випадку значення коефіцієнтів рівні

Основна програма

call PP1; виклик підпрограми ініціалізації портів В та С

PROG

bcf 5,3; вибір банка 0

movf h`06`,0; зчитування завдання з порта В

movwf h'22'; і запис в регістр 22

call PP2 виклик підпрограми реалізації регулятора

movf h`07`,1 видача коду зМК по порту С

goto PROG перехід по мітці

Підпрограма ініціалізації портів

PP1

bsf 5,3; вибір банку 1

clrf h`06`; очищення буферу порта В

clrf h`07`; очищення буферу порта С

movlw b`0000 0000`; задання роботи порту В на вхід

movwf h`86`;

movlw b`1111 1111`; задання роботи порту В на вихід

movwf h`87`;

return

Підпрограма реалізації регулятора

PP2

bcf 5,3;перехід до банку 1

movf` h`06`,0;зчитування в роб. регістр із порту В

movwf h`22`;запис в регістр 22

movf h`23`,0;запис з регістру 23 в регістр 2В

movwf h`2B';

movlw d`1100011`;запис числа 99 в роб. регістр

movwf h`2A`;занесення числа 99 в регістр 2А

call MUL;виконання процедури множення

movf h`2C`,0; запис результату в регістр 24

movwf h`24`

movlw d`11000100`; запис в регістр 2А число 100

movwf h`2A`;

movf h`22`,0;запис з регістру 22 в регістр 2В

movwf h`2B`;

call MUL; виконання процедури множення

movf h`2C`,0; запис результату в регістр 26

movwf h`26`;

movf h`24`,0; запис в робочий регістр з регістру 24

sub h`26`,0; віднімання роб.регістру від регістру 20,запис в роб.регістр

movwf h`25`; запис з роб.регістру в 25

addwf h`21`,0; додавання роб. регістру та регістру 21

movwf h`20`; запис в регістр 20

movf h`20`,0; запис з регістру 20 в регістр 21

movwf h`21`;

movf h`22`,0; запис з регістру 22 в регістр 23

movwf h`23`;

return;

Підпрограма множення чисел.

MULTIPLIER equ h`2A`;множник

MULTIPLICAND equ h`2B`;множене

PRODUCT_L equ h`2C`;добуток ,молодший байт

PRODUCT_H equ h`2D`;добуток,старший байт

MULTIPLICAND_H equ h`2E`;байт для розширення множеного

;Обнулити добуток

MUL clrf PRODUCT_L;

clrf PRODUCT_H;

clrf MULTIPLICAND_H;

;Зсув множеного на один біт вправо

MUL_LOOP bcf STATUS,C;Зкид прапору переносу

rrf MULTIPLIER,f;

btfss STATUS,C;Якщо С= = 1,ТО додаєм

goto MUL_CONT; ІНАКШЕ пропускаєм дану задачу

movf MULTIPLICAND,w;виконуєм додавання

addwf PRODUCT_L,f;молодших байтів

btfsc STATUS,C;ЯКЩО немає переносу ,ТО переходим до старших

incf PRODUCT_H,f; ІНАКШЕ враховуєм перенос

movf MULTIPLICAND_H,w; тепер старші

addwf PRODUCT_H,f;

;Зсув множеного на один біт вліво

MUL_CONT bcf STATUS,C;

rlf MULTIPLICAND,f;

rlf MULTIPLICAND_H,f;

;ПОКИ множник не стане рівним нулю

movf MULTIPLIER,f;перевірка множника на нуль

btfss STATUS,Z;

goto MUL_LOOP;ЯКЩО не нуль ,ТО повтор

return;ІНАКШЕ виходим з підпрограми

За допомогою даної програми записуються усі дискретні передаточні функції синтезованих регуляторів, із заміною лише коефіцієнтів К1,К2 .При

Розробці програми було використано таблицю команд (Таблиця 7.2) та таблицею спец. регістрів (Таблиця 7.3)

Таблиця 7.2

Таблиця 7.3

Висновки

Спроектована трьохконтурна система автоматичного керування слідкуючого електропривода з синхронним двигуном побудована за принципом підпорядкованого регулювання координат.Вона включає внутрішній контур струму ,настроєний на модульний оптимум , внутрішній контур швидкості,настроєний на модульний оптимум і зовнішній контур положення, настроєний по методу частотної декомпозиції.

Розраховано тахограми та навантажувальні діаграми для граничного режиму роботи верстату, для подальшого вибору двигуна.

Для виконання поставлених задач було обрано синхронний двигун з постійними магнітами серії 1FT6 , та перетворювач частоти SIMOVERT.

Система керування організована на основі мікроконтроллера PIC16F87. Складена програма ,що реалізує регулятори.

Було складено модель даної системи керування в координатах (a-b) для моделювання в програмі MatLab.При аналізі отриманих графіків перехідних процесів видно ,що система задовольняє поставлені умови ,щодо її роботи.

Проведено аналіз аварійного режиму та вжито заходів, щодо його знешкодження ,за рахунок обмеження сигналу завдання струму.

Таким чином ,спроектована система може бути використана ,як електропривод подачі обраного станка.

мікроконтроллер верстатний регулятор двигун

Список джерел

Ключев В. И. Теория электропривода.-М.: Высш.шк., 1985.-560 с. ил.

Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами.- Л.: Энергоатомиздат., 1982.- 392 с, ил.

В.А. Бесекерский „Теория систем автоматического регулирования” Наука 1972

Попович М. Г., Борисюк М. Г., Гаврилюк В. А. та ін. Teopія електропривода.- К.: Вища шк., 199

В.Д. Циделко „Проектирование микропроцесорых систем” Техніка 1984 р.

А.А. Батоврин , П.Г. Дашевский „Цифровые системы управления электроприводами” Энергия 1977г.

Герман-Галкин „Цифровые электропривода с транзисторными преобразователями” Энергия 1986г.

Bose “Modern Power Electrinics and AC Drives”

Сид Катцен „PIC микроконтроллеры ” Москва 2008г.

«Руководство по проектированию» Выпуск 12/2004 «Синхронные двигатели 1FT6»

Размещено на Allbest.ur