Схема электрического привода с использованием микропроцес­сора

Рассмотрим схему ЭП с двигателем постоянного тока [19] для регулирования положения исполнительного органа робототехни-ческого устройства с использованием микропроцессорного управ­ления (рис. 11.29, а). Этот ЭП должен обеспечивать перемещение и точное позиционирование исполнительного органа робота в соот­ветствии с диаграммой, приведенной на рис. 3.3, для чего в нем ис­пользуется обратная связь по положению. Для обеспечения высо­кой точности позиционирования в ЭП осуществляется также регу­лирование тока (момента) и скорости ДПТ.

Схема, приведенная на рис. 11.29, а, является характерным приме­ром выполнения подобных схем с применением как аналоговых, так и цифровых узлов и устройств управления. Такие схемы, получившие на­звание цифроаналоговых, существенно улучшают характеристики ЭП.

Силовая часть ЭП включает в себя трехфазный мостовой ревер­сивный тиристорный преобразователь 777, питаемый от трансфор­матора ТР. Схема управления построена по принципу подчинен­ного регулирования координат.

Регулирование тока производится аналоговым пропорциональ­но-интегральным регулятором тока РТ, на вход которого поступа­ют сигнал обратной связи по току от датчика тока ДТ и сигнал за­дания тока U, с выхода регулятора скорости.

Аналоговый пропорциональный регулятор скорости PC форми­рует сигнал задания тока U на основе своего задающего сигнала U, поступающего на него с внешнего контура положения, и сигна­ла обратной связи по скорости, вырабатываемого тахогенератором ТГ. Стабилитроны VD1 и VD2 ограничивают сигнал на выходе PC, т.е. обеспечивают ограничение тока и момента двигателя.

Регулирование положения осуществляется с помощью микропро­цессорной системы, включающей в себя микропроцессор МП, уст­ройства памяти ОЗУ и ПЗУ, устройства сопряжения УС1... УСЗ, циф­ровой датчик положения ДП и цифроаналоговый преобразователь ЦАП. Сигнал задания положения S_3n поступает (задается) с терми­нала Т, подключаемого к микропроцессорной системе через УСЗ.

Работа цифрового регулятора положения на основе микропро­цессорной системы может основываться на одном из двух принци­пов. Первый из них предусматривает реализацию статической ха­рактеристики регулятора в виде параболы, которая обеспечивает оптимальный график движения ЭП, показанный на рис. 3.3. Такой регулятор можно реализовать программным путем, записав в ПЗУ эту нелинейную характеристику.

Второй принцип работы РП основывается на вычислении момен­та начала торможения ЭП, что также позволяет получить показанные на рис. 3.3 кривые движения. Рассмотрим этот способ подробнее.

Реализация способа основана на том, что при известных уста­новившейся скорости со _ст и ускорении а = (М - M_c)/J, где / - мо­мент инерции ЭП, могут быть рассчитаны время /_т и путь S_r на уча­стке торможения ЭП в конце отработки заданного перемещения S по следующим формулам:

Алгоритм работы микропроцессорной системы при выработке сигнала на торможение приведен на рис. 11.29, б. Для его реализа­ции в микропроцессорную систему вводятся данные по величинам to, a, S и сигнал датчика положения S_п, пропорциональный текущему положению вала двигателя и исполнительного органа. Мик­ропроцессорная система производит вычисление по (11.14) вели­чин t_T и S_зп и разности S₁ = S_зп - S_т, Затем сопоставляется значение разности S₁ с сигналом датчика положения S_n. Как только S_] станет равной S_n, от микропроцессорной системы выдается команда на тор­можение ЭП, начинается отсчет выдержки времени t_T и по истече­нии этого времени выработается команда на его отключение.

9. Замкнутая схема управления асинхронного ЭП, выполненного по системе «тиристорный регулятор напряжения - двигатель» (ТРН- АД)

Рассмотрим схему регулирования скорости АД с контактными коль­цами и обратной связью по скорости (рис. 11.30, а). В этой схеме между сетью и статором АД включен тиристорный регулятор на­пряжения ТРН, силовую часть которого образуют три пары соеди­ненных встречно-параллельно тиристоров VS1... VS6. Управляющие электроды тиристоров подсоединены к выходам СИФУ, которая распределяет управляющие импульсы на все тиристоры и осуще­ствляет их сдвиг в зависимости от входного сигнала управления U,. К валу двигателя для реализации обратной связи по скорости под­соединен тахогенератор ТГ, ЭДС которого Е_тг сравнивается с за­дающим напряжением скорости U., снимаемым с задающего потенциометра ЗП. Эти напряжения действуют навстречу друг другу и их разность образует сигнал управления

который поступает на вход СИФУ. При увеличении этого сигнала угол управления тиристорами уменьшается, а подаваемое на дви­гатель напряжение увеличивается, и наоборот. Важно отметить, что при снижении скорости АД в цепи ротора выделяются потери мощ­ности (потери скольжения), которые вызывают его дополнитель­ный нагрев и снижают экономичность работы ЭП. Для облегчения теплового режима при работе двигателя на пониженных скоростях в цепь его ротора включается добавочный резистор R₂, наличие кото­рого позволяет также расширить диапазон регулирования скорости.

Рассмотрим работу ЭП при изменении момента нагрузки М_с на валу двигателя и постоянном сигнале задания скорости /7_зс2. Допу­стим, что в исходном положении АД работал в точке / с моментом нагрузки М_с1 (см. рис. 11.30,6), а затем произошло его увеличение до значения Л/,. В этом случае скорость начнет снижаться и соот­ветственно начнет уменьшаться ЭДС тахогенератора Е_тг, что вы­зовет согласно (11.15) увеличение напряжения управления U и уменьшение угла управления тиристорами, а значит, приведет к уве­личению подаваемого на АД напряжения. Момент АД будет увели­чиваться и в точке 2 сравняется с моментом нагрузки M._v Таким образом, увеличение момента нагрузки приводит к небольшому сни­жению скорости АД, или, другими словами, его характеристики становятся жесткими. При уменьшении момента нагрузки М_с будет автоматически происходить снижение напряжения на АД, т.е. его скорость вращения будет поддерживаться на заданном уровне.

Изменяя с помощью потенциометра ЗП значение задающего на­пряжения скорости U, можно получить ряд механических харак­теристик электропривода с относительно высокой жесткостью и не­обходимой перегрузочной способностью АД.