Файл: Метпроект1_110к2005.doc

Первоначально следует оценить максимально-достижимый коэффициент усиления выбранной интегральной схему ОУ с замкнутой обратной связью по его допустимой статической погрешности, вызванной температурным дрейфом разности входных токов и напряжения смещения:

,

где - допустимое смещение нуля ОУ [B];

- дрейф разности входных токов, [A]: ;

- дрейф напряжения смещения, [B]: ;

- интервал рабочих температур .

Предельно допустимое смещение нуля выходного напряжения ОУ можно оценить по формуле:

,

где - максимальное напряжение с выхода задатчика;

- допустимая статическая погрешность заданной частоты вращения.

Расчет и выбор резистора R1 проводят следующим образом:

,

где - входное сопротивление ОУ.

Расчет резисторов R2, R3:

;

.

Резистор R4 служит для коррекции нуля на выходе ОУ. Он выбирается любым в диапазоне от 1 до 100 кОм.

2.3.6.3.Расчет элементов схемы шим

Схема ШИМ состоит из генератора пилообразного напряжения (ГПН) DA2, DA4 и компараторов DA5, DA6 (рис.2.3.6.1).

В схеме ГПН DA2 работает в режиме нуль -компаратора, DA4 - в режиме интегратора. Петля положительной обратной связи охватывает оба усилителя и замыкается через R5.

При постоянном уровне выходного напряжения интегратора частота генерации определяется элементами интегратора R11, C2, а уровень выходных сигналов регулируется глубиной положительной обратной связи в DA2 резистором R6.

Для расчета частоты автоколебаний ГПН необходимо оценить минимальную частоту коммутации, при которой двигатель работает в режиме непрерывного тока якоря:

,

где - минимальный коэффициент заполнения;

R9 - активное сопротивление якорной цепи;

- граничный ток якоря, определяющий зону непрерывных токов;

- индуктивность якорной цепи.

При отсутствии справочных данных о величине индуктивности якоря ее можно ориентировочно оценить по формуле:

= [Гн] ,

где p-число пар полюсов (например,2);

γ=0,4…0,6 –эмпирический коэффициент.

Расчет конденсатора C2 (см.рис.) проводят по формуле:

,

где ;;;и- амплитуда прямоугольных и пилообразных импульсов на выходах DA2 и DA4 соответственно.

Рекомендуется принять: ;, где- напряжение питания операционного усилителя.

Выбор элементов схемы компаратора, например DA5, проводят в следующей последовательности:

R13 = R15;

R13 << R_вхОУ..

Порог срабатывания:

,

откуда определяем величину R14. При этом задаются: .

Амплитуда выходного сигнала компаратора:

.

Резистор R19 совместно с диодом VD2 предназначен для ограничения выходного сигнала компаратора:

,

где - выходное напряжение схемы РУМ;

- максимальный выходной ток ОУ.

На инвертирующие входы компаратора пилообразное напряжение поступает с выхода фиксирующей цепочки - С1VD2. Емкость конденсатора С1 рассчитывают следующим образом:

.

Следует принять:

.

При применении интегральных ОУ, не имеющих защиты от короткого замыкания на выходе, последовательно с конденсатором необходимо включить ограничительный резистор:

,

где - максимальный выходной ток микросхемы DA4.

3.Микропроцессорная система регулирования электродвигателя

3.1.Схема электрическая функциональная

Вариант схемы, показанный на рис.3.1.1, включает следующие блоки:

1. Двигатель постоянного тока независимого возбуждения, сочлененный с рабочим органом, обозначенным на схеме как "Нагрузка".

2. Реверсивный усилитель мощности, предназначенный для усиления по мощности сигналов управления, поступающих с логических элементов D1, D2.

3. Микроконтроллер, предназначенный для реализации алгоритма управления рабочим органом и контроля выходных и задающих параметров системы. Микроконтроллер имеет в своем составе следующие узлы:

3.1 Три порта ввода (B1, B2, C);

3.2 Три порта вывода (A1, A2, C);

3.3 Контроллер прерываний с восемью входами (IR0...IR7);

3.4 Шесть программируемых таймеров (1PT0...1PT2; 2PT0...2PT2);

3.5 Монитор, предназначенный для загрузки и отладки управляющих программ, тестирования микроконтроллера, а также пуска и останова программы. Информация на монитора представляется в шестнадцатеричном коде.

4. Терминал, предназначенный для коррекции и контроля параметров регулирования непосредственно в работе системы. ТЕРМИНАЛ - это пульт управления с цифровыми задатчиками и индикаторами. Информация на терминале представляется в удобном для оператора десятичном коде.

5. Аналого-цифровой преобразователь, предназначенный для преобразования сигналов с датчиков в цифровой эквивалент.

6. Аналоговый коммутатор, предназначенный для программного подключения сигналов с датчика к микроконтроллеру.

7. Усилители постоянного тока, предназначенные для масштабирования аналоговых сигналов с датчиков, контролирующие рабочие параметры электродвигателя и нагрузочного устройства. Верхний и нижний пределы выходных сигналов с датчиков устанавливаются с помощью усилителей в рабочем диапазоне входных сигналов АЦП, применяемого в системе.

8. Датчики рабочих параметров двигателя и нагрузочного устройства, предназначенные для контроля действительных параметров исполнительного устройства системы и рабочих органов. Например, в данной системе контролируется частота вращения электродвигателя, его температура, а также крутящий момент, развиваемый в нагрузочном устройстве и величина перемещения рабочего органа.

9. Триггер (D3), предназначенный для организации двухтактного режима работы измерителя периода вращения, с целью уменьшения погрешности.

10. Делитель частоты, предназначенный для организации сетки частот, сфазированных с кварцевым генератором контроллера. Эти частоты используются для удобства организации работы измерителя периода вращения, широтно-импульсного модулятора и других узлов системы.

Принцип работы системы следующий.

После подачи питания в систему управления производится сброс монитора и набор начального адреса программы. Запуск программы производится клавишей "ПУСК" (CR). При этом в ячейки ОЗУ контроллера, которые предназначены для хранения кода заданного периода вращения заносится число, соответствующее нулевой частоте вращения. Якорь двигателя остается неподвижным, а микроконтроллер после инициализации портов ввода/вывода и контроллера прерываний переходит в режим ожидания.

Заданная частота и направление вращения двигателя набирается на терминале. С нажатием кнопки "ЗАПИСЬ" на входе IR6 микроконтроллера появляется сигнал запроса на прерывание, по которому микро процессор начинает выполнять программу обработки информации, набранной оператором на терминале. В процессе этой обработки информация с терминала преобразуется в двоичный эквивалент и записывается в пару ячеек по адресу, который также установлен оператором.

Занесение информации о направлении вращения приводит к появлению логической единицы в одном из двух разрядов порта С, связанных со входом логических элементов D1 и D2. При этом на один из входов РУМ начинают поступать положительные импульсы с выхода ШИМ (выход PT1). Частота следования этих импульсов постоянна и определяется тактирующей частотой, поступающей с делителя частоты на вход CLK таймера (например 5 кГц). Коэффициент заполнения импульсной последовательности (Кз) рассчитывается микропроцессорным регулятором частоты вращения и в момент трогания якоря двигателя близок к единице. Поэтому разгон двигателя происходит интенсивно при токе якоря, близком к максимально допустимому схемой РУМ.

При вращении двигателя появляются сигналы с датчика частоты вращения. Число импульсов (отметок) датчика на один оборот якоря двигателя выбирается в зависимости от максимальной частоты вращения, допустимой статической ошибки регулирования и величины тактирующей частоты измерителя периода вращения. Каждый сигнал с усилителя этого датчика (СЧВ) поступает на вход IR2 контроллера прерываний и параллельно на счетный вход триггера измерителя периода (D3). Этот триггер подает сигналы на управляющие входы С0 таймеров РТ0 и РТ2 измерителя периода вращения. Заметим, что на тактирующие входы CLK 0, CLK 1 этих таймеров подаются импульсы с выбранной частотой (например 100 кГц). Рассмотрим работу измерителя периода.