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 S3n 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 - Mc)/J, где / - момент инерции ЭП, могут быть рассчитаны время /т и путь Sr 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 Sп , пропорциональный текущему положению вала двигателя и исполнительного органа. Микропроцессорная система производит вычисление по (11.14) величин tT и Sзп и разности S1 = Sзп - Sт, Затем сопоставляется значение разности S1 с сигналом датчика положения Sn. Как только S] станет равной Sn, от микропроцессорной системы выдается команда на торможение ЭП, начинается отсчет выдержки времени tT 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 Етг 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 Мс на валу двигателя и постоянном сигнале задания скорости /7зс2. Допустим, что в исходном положении АД работал в точке / с моментом нагрузки Мс1 (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 Етг, 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 Мс 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.