Файл: Кулесский, Р. А. электропривод постоянного тока с цифровым управлением.pdf

Г Л А В А П Е Р В А Я

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ЦИФРОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1-1. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ НЕПРЕРЫВНОГО СИГНАЛА В ЦИФРОВУЮ ФОРМУ

Особенность цифрового представления сигнала за­ ключается в том, что оно допускает лишь определенные, фиксированные уровни, отличающиеся на величины, кратные некоторой единице дискретности а. Последняя определяет вес единицы младшего разряда вычислитель­ ного устройства и носит название шага квантования.

Представим непрерывный сигнал X в виде

ставлено в соответствие его цифровое значение X*, кото­ рое и используется при цифровом способе управления вместо X. Допускаемая при этом погрешность округле­ ния X определяется величиной N = X—X*, носящей на­ звание ошибки квантования. Таким образом, если непре­ рывный -сигнал может принимать все значения некоторого интервала (а, Ь), то сигнал X* — лишь изолирован­ ные значения этого интервала. Процесс представления непрерывного сигнала X дискретным X* называют кван­ тованием сигнала по уровню (амплитудным квантова­ нием), а устройства, осуществляющие эту операцию,— амплитудными квантователями. Квантователь характе­ ризуется -своей статической характеристикой (рис. 1-1), а эта последняя должна выбираться таким образом, что­ бы интервал значений N был возможно более узким.

10

печнпает наименьшие ошибки при преобразовании сиг­ нала в цифровую форму и в связи с этим является бо­ лее предпочтительным.

Следует отметить, что методика проектирования и расчета регулятора мало зависит от аглоритма преобра­ зования в цифровую форму, поэтому в дальнейшем для сохранения определенности и единства изложения в основном будем ориентироваться на выражение (1-3), как наиболее часто используемое на практике. При этом

все основные результаты распространяются на слу­ чаи выражений (1-2) и (1-4).

Согласно структурной схеме на рис. В-1 процесс преобразования сигналов в цифровую форму происходит в функциональных блоках регулятора. В качестве пре­ образуемых сигналов высту­ пают заданное X и текущее

t Узначения регулируемой вы-

ходной координаты. Устрой­ ства, осуществляющие это преобразование, носят на­ звание аналого-цифровых преобразователей • (АЦП). Котя основное назначение АЦП и состоит подобно кван­

тователям в амплитудном квантовании сигналов А или У, однако в структурном отношении они сложнее. Дело в том, что в большинстве случаев процесс квантования по уровню сводится к выполнению комплекса логичес­ ких и арифметических операций, суммарное время вы­ полнения которых может быть соизмеримо с постоянны­ ми времени объекта управления. В ряде случаев мини­ мальное значение времени преобразования в цифровую форму существенно ограничено и определяет точность измерения и регулирования. Так обстоит дело, напри­ мер, при измерении скорости по приращению пути за единицу времени. При этих условиях временем преобра­ зования пренебречь нельзя и оно становится параме­ тром АЦП.

Таким образом, цифровые • значения преобразуемого сигнала выдаются АЦП не непрерывно, а лишь в дне-

12

кретные моменты времени, в промежутке между кото­ рыми осуществляются операции по преобразованию. Этот промежуток времени, равный Т„, определяет время преобразования в цифровую форму одного значения X* и носит название периода квантования по времени или периода прерывания. Процесс дискретизации сигнала во времени называют квантованием по времени, а устрой­ ства, осуществляющие процесс квантования, — импульс­ ными модуляторами. Для пояснения принципа работы

лятора и может быть представлен структурной схемой (рис. 1-3). Квантование по времени при аналого-цифро­ вом преобразовании непрерывного сигнала сопутствует амплитудному квантованию и не является в общем слу­ чае достаточным признаком цифрового способа управле­ ния. Так, для класса импульсных систем характерно наличие квантования по времени при отсутствии кванто­ вания по уровню. Поэтому достаточным признаком циф­ рового управления будем считать наличие квантованных по уровню сигналов. Регулятор, вычисляющий ошибку рассогласования по значениям таких сигналов, назовем цифровым, а автоматическую систему с цифровым регу­ лятором— цифровой системой (системой с цифровым управлением).

Отметим, что специфика анализа и синтеза автома­ тических систем с цифровым управлением полностью определяется структурной схемой АЦП (рис. 1-3). Такие системы относятся к классу нелинейных импульсных. Проблемы их исследования при регулярных управляю­ щих и возмущающих сигналах ■обусловлены главным образом наличием квантованных по уровню сигналов.

1-2. ПРИМЕРЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦИФРОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ

Проектированию цифрового регулятора предшест­ вует составление его расчетной структурной схемы, от­ ражающей принятый принцип аналого-цифрового преоб­ разования и являющейся основой построения функцио-

13

нальной схемы ЦВУ. Все многообразие технологических задач, решаемых электроприводами с использованием цифрового управления, обеспечивается цифровыми регу­ ляторами двух типов: регуляторами скорости и регуля­ торами положения. Техническая литература содержит описания многих вариантов построения таких регулято­ ров. Обширный материал по системам цифрового управ­ ления содержится, например, в [Л. 4—8 и 16—19]. С це-1 лью выявления особенностей, присущих структурным схемам цифровых регуляторов, рассмотрим наиболее ха­ рактерные для задач регулирования скорости и положе­ ния примеры.

а. Регулятор соотношения скоростей фирмы SSW [Л. 16]

Регулятор (рис. 1-4) предназначен для поддержа­ ния соотношения скоростей двух двигателей, нереверспруемых в процессе работы, за счет изменения скорости одного из них (условно, ведомого) при заданной скоро­ сти другого (ведущего). Регулятор является комбиниро­ ванным, интегральная составляющая закона регулиро­ вания вырабатывается в цифровой форме, а пропорцио­ нальная — в аналоговой. Скорости ведущего сщ и ведомого «г двигателей измеряются тахогенераторамп переменного тока ТГі и ТГ2 соответственно. При этом их выпрямленные напряжения используются для вычис­ ления аналоговых составляющих законов регулирования, а частоты fu f2— для цифровых составляющих. Пропор­ циональная составляющая вычисляется аналоговым ре­ гулятором АР по отклонению выпрямленного напряже­ ния U2 от эталонного напряжения £У0, относительно ко­ торого стабилизирована скорость ведущего двигателя.

Цифровое вычислительное устройство, включающее аналого-цифровой преобразователь, содержит неревер­ сивные счетчики НСи НС2 с соответствующими блоками задания БЗі, Б32. По сигналу Сі блока управления от­ крываются ключи Кі, К2 и на входы НСи НС2 поступа­ ют импульсы с частотами fi, f2. В тот момент, когда в НСі поступит N1 импульсов, равное числу задания,

хранящемуся в E3it оба ключа закрываются. За время открытого состояния ключа К2 в НС2 поступает N им­ пульсов, количество которых при постоянном Ni про­ порционально соотношению скоростей двигателей. Число

14