Файл: Метпроект1_110к2005.doc

Допустим, что в предыдущем такте i-1 на прямом выходе Q триггера D3 был логический ноль, а на инверсивном - логическая единица. Тогда таймер РТ0 программно подготовлен к режиму терминального счета: информация с этого таймера уже считана и он загружен начальным числом, например, 7FFF. Тем временем таймер РТ2 продолжает аппаратно декрементировать загруженное еще ранее

(на такте i-2) такое же число. С приходом очередного импульса СЧВ триггер D3 опрокидывается, и на i-том такте таймер РТ2 приостанавливает вычитание, а таймер РТ0 его начинает.

Таким образом, независимо от количества отметок датчика процесс измерения в двухтактной схеме происходит в течение всего периода вращения, практически без потери информации.

Рассмотрим программную часть работы системы при измерении регулированию частоты вращения, т.е. работу микроконтроллера.

С приходом очередного импульса СЧВ на вход IR2 прерывается выполнение программ с более низкими приоритетами (IR3-IR7) и начинается выполнение подпрограмм измерения и регулирования частоты (периода) вращения. Эта подпрограмма выполняется в такой последовательности:

• считывается информация с порта С, младший разряд которого соединен с выходом Q триггера D3;

• в зависимости от состояния триггера D3 считывается и обрабатывается информация о периоде вращения с таймера, на управляющий вход которого подан логический ноль;

• таймер загружается начальным числом, например 7FFF;

• информация о текущем периоде вращения сравнивается с кодом заданного периода, поступившем в ОЗУ с терминала;

• разность действительного и заданного периода умножается на коэффициент усиления регулятора, значение которого также задается оператором с терминала;

• вычисляется относительное отклонение действительного и заданного периодов вращения. Если отклонение не превышает заданного оператором (например 10 %), то вводится интегральная составляющая регулирования: код произведения разности действительного и заданного периодов вращения на коэффициент усиления пропорциональной составляющей декрементируется или инкрементируется в зависимости от знака отклонения;

• код, полученный в результате выполнения вычислений по пп.5,6 загружается в счетчик программируемого таймера РТ1, на выходе которого формируется импульсная последовательность с коэффициентом заполнения, прямо пропорциональным весу загружаемого кода. Таким способом осуществляется импульсное моделирование сигналов управления двигателем;

• РУМ усиливает по мощности импульсы, поступающие в зависимости от заданного направления вращения или с выхода D1, или с D2 и подает их в якорную цепь двигателя. Двигатель отрабатывает это управляющее воздействие до тех пор, пока направление и период вращения якоря не станет равным заданным. При этом абсолютная статическая ошибка интегрального регулятора не должна превышать +/-1 единицы МЗР кода периода вращения.

Таким образом, программная часть работы регулятора завершается с момента окончания загрузки счетчика таймера ШИМ. После выполнения определенных команд, связанных с выходом контроллера из режима прерываний по входу IR2 он возвращается либо к выполнению подпрограмм прерываний с более низкими приоритетами, либо к выполнению основной программы. При выполнении основной программы микроконтроллер последовательно опрашивает и анализирует информацию с других датчиков системы. Так, например, при не допустимом превышении температуры двигателя на одном из портов контроллера формируется сигнал аварии; при увеличении крутящего момента выше уровня предельно-допустимого вводится ограничение по току якоря; при отработке заданного перемещения рабочего органа возможна коррекция скорости и т.п.

3.2. Расчет мощности двигателя.

[ Bт ] , (3.2.1)

где Мс - максимальный заданный момент сопротивления, Н*м;

- максимальная частота вращения, [рад/с];

- к.п.д. редуктора (если есть в нем необходимость).

При расчете следует учесть, что  = 2n/60, где n – частота вращения [мин]; а = 0,85…0,9.

Выбор типа двигателя проводят по расчетной мощности и заданному диапазону частоты вращения.

3.3. Расчет общего коэффициента усиления

3.3.1 Расчетная структурная схема

Особенность схемы на рис.3.3.1 состоит в том, что в контуре регулятора используется микроконтроллер. Микроконтроллер при регулировании частоты вращения решает следующие задачи:

1.Вычисляет разность между заданной ₁ и действительной ₂ частотой вращения электродвигателя.

2.Усиливает эту разность, умножая ее на К_усо, с целью обеспечения требований по статической точности регулирования.

3.Формирует широтно-модулированный сигнал для управления работой реверсивного усилителя мощности (РУМ).

В схеме используется либо восьмиразрядный, либо шестнадцатиразрядный микроконтроллер. Аналого-цифровые преобразователи (АЦП), как правило, входят в состав платы микроконтроллера, но могут быть выполнены конструктивно и в виде автономных узлов.

АЦП используются для преобразования выходного аналогового сигнала с датчиков в цифровую информацию. Необходимая разрядность АЦП определяется по величине ошибки:

. (3.2.2)

По формуле 3.2.2 можно рассчитать необходимую разрядность АЦП для преобразования сигналов с датчика типа тахогенератор. Однако при использовании импульсных датчиков частоты вращения, например, индукционного, фотодатчика, датчика Холла и т.п. необходимую разрядность АЦП рассчитывать не нужно, поскольку микропроцессорная система измеряет и обрабатывает сигнал периода вращения вала. Цифровой измеритель периода контролирует время между двумя соседними импульсами датчика. АЦП в этом случае работает как преобразователь «временной интервал – код».

В качестве такого преобразователя удобно использовать таймер в режиме терминального счета. В составе микроконтроллеров таймеры обычно шестнадцатиразрядные, поэтому точность измерения периода вращения будет определяться тактовой частотой таймера и минимальной длительностью измеряемого периода следования импульсов с датчика. Поскольку двигатель должен работать в широком диапазоне частот вращения, то на минимальной частоте таймер не должен переполняться.

Рассмотрим пример выбора тактовой частоты таймера измерителя периода сигналов с индукционного датчика, имеющего диск с 12 зубьями(полюсами):Кп=12. Максимальная частота вращения вала двигателя n_мах=2500 мин^-1, D=25, δ=0,02.Тактовая частота микроконтроллера f_т=16 МГц.

1.Рассчитываем минимальный и максимальный период следования импульсов с датчика:

;

=25·0,0002=0,005с.

2.Определяем число импульсов счетчика таймера на максимальной и минимальной частоте вращения двигателя:

N(T_min)=f_тт·T_min=16·10⁶·2·10^-4=3200;

N(T_max)=f_тт·T_max=16·10⁶·5·10^-3=80000,

где f_тт=f_т.

Эти расчеты показали, что погрешность при измерении максимальной частоты вращения составляет 1/3200, что с большим запасом удовлетворяет требованиям технического задания. А вот измерение минимальной частоты вращения с тактирующей частотой таймера f_тт=16 МГц невозможно, поскольку максимальное число импульсов до переполнения шестнадцатиразрядного счетчика равно 65536. Поэтому следует выбрать тактирующую частоту счетчика таймера по формуле:

f_т ≤ (N(T_max)-1)/T_max,

где N(T_max)=65536.

В данном примере f_тт ≤ 65535/0,005=13,107МГц. Принимаем

f_тт=12МГц и проверяем погрешность измерения максимальной частоты вращения:

δ(n_max)=1/ f_тт·T_min=1/12·10⁶·2·10^-4=4,17·10^-4 <<δ.

Таким образом окончательно принимаем тактовую частоту таймера измерителя периода f_тт=12МГц.

3.4. Алгоритм программы измерения периода вращения вала электродвигателя

Коды адресов периферийных устройств принять следующим:

• программируемый таймер 0 - D4

• программируемый таймер 1 - D5

• программируемый таймер 2 – D6

• регистр управляющего слова – D7

• порт С – D2

4.5. Программа измерения периода вращения

PIRG1. ASS