Цифровые системы управления электроприводами

Структурная схема цифровой системы управления

Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и созда­ние микроконтроллеров с встроенным набором специализированных периферийных устройств сделали необратимой тенденцию перехода систем управления электроприводами к прямому цифровому управлению. При этом имеет место непосредственное управление от микроконтроллера каждым ключом силового преобразователя и пря­мой ввод в микроконтроллер сигналов обратных связей (дискретных, аналоговых, импульсных) с их последующей программно-аппаратной обработкой контроллером.

Особенностью цифровых систем управления является наличие квантователя сигналов по уровню в цепях обратных связей, в цепях параллельной коррекции и в ряде случаев в устройстве задающего сиг­нала. Погрешность цифровых устройств не превышает величины еди­ничного значения младшего разряда кода, с которым эти устройства оперируют. Кроме квантования по уровню цифровым системам прису­ще квантование по времени. Период (такт) временного квантования Т_о для большинства систем лежит в пределах 0,001-0,01 с. Очевидно, что если поставлена задача обеспечения высокого качества управления, такт квантования следует выбирать как можно меньшим. При выборе такта квантования следует учитывать следующие факторы:

- требуемое качество управления;

- динамику объекта управления;

- спектры возмущений;

- тип электропривода;

- измерительные устройства.

Как правило, требования оказываются противоречивыми и такт квантования выбирают из компромиссного решения.

Преимущество цифровых регуляторов заключается в реализации любой требуемой передаточной функции, возможности введения адап­тации, нелинейной коррекции.

Обобщенная функциональная схема цифровой системы регули­рования представлена на рис. 28.1.

На рисунке: 1 - задающий квантователь; 2 - квантователь обрат­ной связи; 3 - дискретная передаточная функция цифрового регулято­ра; 4 - звено с чистым запаздыванием, отражающее конечное время вычислений в регуляторе; 5 - непрерывная передаточная функция объекта управления; 6 - квантователь цепи параллельной коррекции.

Передаточная функция корректирующего дискретного регулято­ра в общем виде записывается следующим образом

Значения коэффициентов находят из выражения

где W_o (z) - дискретная передаточная функция объекта управления, полученная с помощью таблиц z - преобразования, Ф(z) - желаемая дискретная передаточная функция системы в замкнутом состоянии.

Функция Ф(z) должна быть реализуема. Для этого она должна представлять собой отношение двух полиномов относительно z^-1 с дей­ствительными коэффициентами, причем свободный член в знаменате­ле должен быть отличным от нуля, а модуль степени полинома числи­теля должен быть больше, чем у знаменателя. При применении микропроцессоров стоимости цифровых и аналоговых систем управления практически не отличаются. Подробный анализ элементов цифровой системы управления представлен ниже.