Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2004 №2

Устройство управления двигателем на ПЛИС

Вычужанин Владимир


В цифровых системах автоматического управления широко используют асинхронные двигатели, обладающие известными достоинствами по сравнению с двигателями постоянного тока [1]. Применение дискретного электропривода с двухфазным асинхронным двигателем обусловлено такими его преимуществами, как простота и гибкость системы управления, отсутствие настройки параметров привода, бесконтактность двигателя. Обычно схемы систем управления такими двигателями состоят из слаботочной (управляющей) и силовой частей [2]. Основным назначением управляющей части является преобразование суммарного сигнала регулирования, заданного в цифровом коде, в последовательность импульсов управления силовой частью.

Одним из методов цифрового управления двухфазным асинхронным двигателем является частотный. Сущность метода заключается в формировании разнополярных импульсов постоянной длительности, угловая частота следования которых зависит от кода управления и подключения обмоток фаз статора двигателя к системе управления.

На рис. 1 приведена одна из возможных структурных схем устройства, реализующего частотный метод управления двухфазным асинхронным двигателем. Схема обеспечивает реверсивное управление и состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), управляемого делителя частоты (УДЧ), триггеров (Т1 — Т3), коммутатора (К), усилителей мощности (УМ1, УМ2), обмоток управления (ОУ) и возбуждения (ОВ).

Рис. 1
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 2

При разработке управляющей части устройства использовалась САПР MAX+PLUS II [3], позволяющая реализовать цифровое устройство на базе ПЛИС фирмы Altera. На рис. 2 представлена принципиальная электрическая схема устройства управления на ПЛИС класса CPLD семейства MAX 7000 — EPM7032LC44-6. Микросхемы этого класса обладают простотой реализации требуемого устройства, малыми издержками на проектирование и независимо от питания сохраняют свою конфигурацию. ГТИ реализован на элементах DD1.1 — DD1.4.

Функциональная схема узлов слаботочной части устройства управления, находящихся внутри ПЛИС, показана на рис. 3. Примерно так она выглядит на экране компьютера во время работы САПР MAX+PLUS II. Все, что изображено на схеме, реализуется соответствующим программированием конфигурации универсальных логических ячеек ПЛИС и связей между ними.

Большинство использованных узлов — библиотечные, их названия и функции перечислены в таблице 1.

УДЧ реализуется на элементах CT1 и CT2. Т-триггеры выполнены на элементах DFF1, DFF2 и DFF3. Функции коммутатора выполняют элементы DFF4 и DD1. Внутренняя реализация элементов CT1 и CT2 приведена на рис. 4 и рис. 5 соответственно.

Рис. 3
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 5
Таблица 1
Таблица 1

Установленный код управления подается на вход делителя частоты на элементах CT1 и CT2, обеспечивающих соответственно постоянный и переменный коэффициенты деления. Элементы из триггеров DFF1, DFF2 и DFF3 обеспечивают формирование импульсов постоянной длительности, подаваемых через усилитель мощности на ОВ двигателя. Импульсы противоположной полярности, формируемые триггером DFF4 и элементом DD1, подаются на усилитель мощности и далее на ОУ. Реверсивное управление задается логическим уровнем сигналов FB и FF, подаваемых на коммутатор.

На рис. 6 приведены временные диаграммы исследования функционирования управляющего устройства. На рис. 6, а приведены временные диаграммы при вращении двигателя в прямом направлении, на рис. 6, b — временные диаграммы при вращении двигателя в обратном направлении, на рис. 6, с — временные диаграммы при изменении кода управления.

Рис. 6
Рис. 6

Параметры элементов, приведенных на рис. 2, указаны в таблице 2.

Результаты исследования разработанной и реализованной на ПЛИС схемы управляющего устройства свидетельствуют о ее работоспособности в полном соответствии с поставленной задачей.

Таблица 2
Таблица 2

Литература

  1. И. Л. Лихачев. Электродвигатели асинхронные. М.: Солон-Р. 2002.
  2. А. А. Батоврин, П. Г. Дашевский, В. Д. Лебедев и др. Цифровые системы управления электроприводами. Л.: Энергия (ленингр. отделение). 1977.
  3. А. П. Антонов. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. Практический курс. 2-е изд., стереотип. М.: ИП «РадиоСофт». 2002.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке