ИНЖИНИРИНГ ЗЛЕКТРОПРИВОДОВ

Создание средств электроприводов И автоматизации

Разработка средств электроприводов и автоматизации выполняется при создании их новых поколений, а таюке при необходимости реализации спе­циальных функций (например, по показателям быстродействия, надежности, перегрузки), ограничения конструктивных размеров, учета особых условий эксплуатации и в других случаях, не обеспечиваемых типовыми унифициро­ванными средствами.

Развитие комплектных АЭП идет по пути совершенствования силовых бло­ков и блоков управления с целью повышения их экономических, функцио­нальных и эксплуатационных показателей. В преобразователях частоты находят широкое применение активные выпрямители, совершенствуются схемы с инверторами тока, применяются новые полупроводниковые приборы. Исполь­зованием дополнительных компонентов силовых блоков (см. подразд. 3.1) до­биваются оптимальных условий электромагнитной совместимости преобразо­вателей частоты с сетью электропитания и электродвигателями. Направления развития электродвигателей раскрыты в [8]. Одно из направлений связано с созданием асинхронных и синхронных электродвигателей, ориентированных на работу от автономных инверторов с высокочастотной широтно-импульс - ной модуляцией (ШИМ), и оснащением этих двигателей конструктивными элементами, ограничивающими емкостные токи.

Совершенствование блоков управления идет по пути применения новых микроконтроллеров, созданных для применения в частотно-регулируемых приводах переменного тока и серийно выпускаемых фирмами — производи­телями микропроцессорной техники. Такие микроконтроллеры, имея высо­кую производительность центрального процессора (десятки миллионов опе­раций в секунду), широкую номенклатуру встроенных периферийных устройств (таймеров, последовательных интерфейсов, параллельных портов ввода-вы­вода, аналогово-цифровых преобразователей — АЦП, модулей обработки прерываний и др.), генераторы и модули широтно-импульсной модуляции, обеспечивают реализацию новых алгоритмов векторного управления авто­номными инверторами с ШИМ, в частности алгоритмов, основанных на использовании нечеткой логики и нейронных сетей. Предусматривается вклю­чение в состав микроконтроллеров специализированных модулей, ориентиро­ванных на реализацию таких алгоритмов управления. Также в микроконтролле­рах реализуются алгоритмы самонастройки параметров и режимов регулирова­ния потокосцепления, момента, скорости и положения электропривода. Это выполняется для конкретных электроприводов, а также при изменении их па­раметров (сопротивлений статора, характеристик намагничивания, моментов инерции и др.) и режимов нагрузки (моментов сопротивления в зависимости от скорости, при разных сочетаниях режимов SL..S8 а др.).

Развитие технологических контроллеров происходит в тех же направлени­ях, что и развитие контроллеров приводов. Помимо реализации общих функ­ций, характеризующих их как изделия широкой области применения, созда­ются высокодинамичные технологические контроллеры, ориентированные на применение именно в приводных системах. Такие контроллеры обеспечивают управление большим числом электроприводов, входящих в состав машин, станков, автоматизированных производственных линий, технологических ком­плексов непрерывно-поточных производств и других объектов.

Разработку новых микропроцессорных средств и систем выполняют на ос­новании анализа целей и задач управления объектом:

Выбирают тип микроконтроллера и разрабатывают его структуру;

Разрабатывают аппаратные средства микропроцессорной системы, ее про­граммное и информационное обеспечение;

Выполняют совместную отладку программного обеспечения и аппаратных средств;

Дают оценку разработанной системе управления [20]. Анализ объекта управления и возможных вариантов построения системы включает в себя:

Описание алгоритма и схемы работы объекта управления; разработку технического задания;

Анализ альтернатив построения системы и выбор лучшего варианта; математическое описание системы управления и моделирование основных режимов ее работы;

Разработку общего алгоритма работы системы;

Разделение функций системы на программно - и аппаратно-реализуемые; определение требований к микроконтроллерам, промышленным компью­терам и другим устройствам системы; разработку структурной схемы системы.

Общий алгоритм работы системы состоит из отдельных алгоритмов работы каждого ее устройства. При разработке алгоритмов устанавливают требования к микроконтроллерам и другим устройствам по следующим показателям:

Точность и скорость работы аналогово-цифровых и цифроаналоговых пре­образователей (определение минимально допустимой разрядности);

Скорость расчета регулирующих воздействий и времени реакций на изме­нение входных сигналов (по частоте дискретизации); требуемый объем памяти;

Скорость передачи информации к другим контроллерам и персональным компьютерам.

Правильность выбора микроконтроллера по быстродействию оценивается посредством написания пробного фрагмента программы. Для этого выбирает­ся наиболее критичная к времени выполнения программно реализуемая фун­кция системы, выполняется ее запись на языке ассемблера для выбранного микроконтроллера и подсчитывается время выполнения функции, как сум­марное время выполнения всех команд фрагмента. По этому времени оцени­вается правильность выбора микроконтроллера. Рекомендации по разработке микроконтроллеров, аппаратного, программного и информационного обес­печения микропроцессорных систем управления даны в [20, 29].

Предметом разработки могут быть также разнообразные электротехниче­ские устройства, используемые в приводной технике: бесконтактные коммута­ционные аппараты, источники питания, устройства пуска и торможения элек­тродвигателей, низковольтные комплектные устройства и др. (см. подразд. 2.2).

При разработке электротехнических устройств выполняют расчет их основ­ных параметров и выбор элементов, а также расчет тепловых характеристик и режимов, выбор охладителей, анализ и расчет способов защиты от механи­ческих воздействий, расчет электромагнитной совместимости и надежности элементов. Методики расчетов см. в [50].