Разработка систем управления шаговыми и вентильно-индукторными двигателями на базе специализированных микроконтроллеров и нового поколения силовых модулей

• Автор: Трофимов, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ ТОКА ДЛЯ ШАГОВЫХ И ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

1.1. Методы регулирования фазных токов

1.2. Способы коммутации фаз

1.3. Результазы математического моделирования различных режимов работы

ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

1.4. Некоторые отличия и особенности управления вентильно-индукторными

двигателями

1.5. Выводы ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ВЫБОР ПЕРСПЕКТИВНОЙ ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПЛЕКТНЫХ ШАГОВЫХ И ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫХ ПРИВОДОВ
2.1. Силовая часть
2.1.1. Интеллектуальные гибридные модули с высокой степенью интеграции.
2.1.2. Силовые модули средней степени интеграции (до 12-ти ключей)
2.1.3. Силовые модули низкой степени интеграции (менее 12 ключей)
2.2. Управляющая микропроцессорная часть
2.2.1. Основные требования к микроконтроллерам
2.2.2. Специализированные микроконтроллеры для управления двигателями первого
поколения
2.2.3. Специализированные высокопроизводительные ВЗР-микро-контроллеры.
2.3. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МНОГООСЕВЫМ ПОЗИЦИОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ НА БАЗЕ
ВЫСОКОИНТЕГРИРОВАННЫХ ИНВЕРТОРОВ ТОКА
3.1. Разработка инверторов тока
3.1.1. Инвертор тока для реализации одиночной, парной и смешанной коммутации
3.1.2. Инвертор тока с электрическим дроблением шага
3.1.3. Тепловой расчет инвертора
3.2. Проектирование цифрового интерфейса сопряжения с управляющей
ЧАСТЬЮ
3.2.1. Временные диаграммы управления инверторами тока
3.2.2. Выбор микропроцессорной системы управления
3.2.3. Анализ и выбор периферийных устройств микроконтроллера для управления
инверторами тока
3.3. Разработка программного обеспечения
3.3.1. Структура модульного программного обеспечения для управления
инверторами тока
3.3.2. Реализация одиночной, парной и смешанной коммутации
3.3.3. Реализация электрического дробления шага
3.4. Выводы ио главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПОЗИЦИОННЫМ ШЭП С ИНТЕГРАЦИЕЙ СИЛОВОЙ И УПРАВЛЯЮЩЕЙ ЧАСТИ
4.1. Выбор силовой и управляющей части
4.1.1. Структура инвертора
4.1.2. Использование контроллера МК9.1 для отладки макетного образца

4.2. Разработка метода программной идентификации знака тока
4.3. Программная ре ализация контуров фазных токов, блоков коммутации и
ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДРОБЛЕНИЯ ШАГА
4.4. Выводы ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ АВТОКОММУТАЦИИ ВИП СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ (ДО 30 КВТ) В РЕЖИМАХ, ПРИБЛИЖЕННЫХ К ВЕКТОРНОМУ УПРАВЛЕНИЮ
5.1. Особенности построения силовой и управляющей частей системы
УПРАВЛЕНИЯ МНОГОФАЗНЫМИ ВИП
5.2. Идея частотно-токового управления вентильно-индукторным
ДВИГАТЕЛЕМ
5.3. Выбор способов коммутации 5-ти и 6-ти фазных ВИД, приближенных к
ВЕКТОРНОМУ УП РАВЛЕНИЮ
5.4. Программная реализация блока автокоммутации фаз
5.4.1. Общая структура программного обеспечения
5.4.2. Алгоритм управления фазными токами
5.4.3. Алгоритм расчета углов коммутации и отключения фаз
5.4.4. Оптимизация программного обеспечения по быстродействию
5.5. Экспериментальное исследование опытно-промышленных образцов

5.6. Выводы по главе
ГЛАВА 6. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОДУЛЬНОЙ СУ ДВУХОСЕВЫМ ШЭП ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ВОЛОЧИЛЬНОГО СТАНКА
6.1. Введение в проблему волочения длинномерных изделий
6.2. Обоснование состава аппаратной части
6.2.1. Информационный анализ объекта управления
6.2.2. Построение измерительной части
6.2.3. Структура модульной системы управления двухосевым ШЭП
6.3. Обоснование алгоритма управления СВКВ
6.3.1. Теоретические предпосылки
6.3.2. Экспериментальная проверка адекватности математического описания

6.3.3. Структура алгоритма управления и состав ПО
6.4. Экспериментальная проверка алгоритма управления СВКВ
6.5. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ ДН1И-

ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированные системы разомкнутого и замкнутого электропривода на базе шаговых двигателей в настоящее время широко используются в станках с ЧПУ, гибких автоматизированных производствах и других промышленных системах комплексной автоматизации технологических процессов. Их широкое применение, прежде всего в системах позиционного электропривода, обусловлено отличительными особенностями самого шагового двигателя как электромеханического преобразователя энергии, такими, как возможность отработки элементарных фиксированных перемещений, бесконтактность, уменьшение или полное исключение узлов кинематического преобразования движения (линейные, планарные ШД и т.д.), высокая совместимость с современными микропроцессорными системами программного управления и т.д.
Вентильно-индукторные двигатели имеют большие перспективы применения, прежде всего в мощных частотно-регулируемых приводах и обладают такими ценными качествами, как бесконтактность, высокая надежность, экономичность, большой срок службы, большие предельные значения мощности и напряжения, быстродействие, простота и дешевизна эксплуатации. До недавнего времени эти машины имели ограниченную область применения в силу сложности получения импульсов большой мощности, а также отсутствия (или невозможности реализации) высокоэффективных алгоритмов управления, обеспечивающих небольшие пульсации момента и высокий КПД. Однако с появлением в последние годы мощной преобразовательной и вычислительной техники ситуация меняется в сторону их более широкого применения в промышленности и других областях. И хотя вентильно-индукторные двигатели, строго говоря, не являются синхронными машинами, они тем не менее во многом похожи с шаговыми двигателями с точки зрения принципов формирования фазных токов и способов коммутации [2]. Но, естественно, эти машины имеют все-таки разное предназначение.

Рис. 2.6. Структурная схема модуля Р811
Следует отметить, что в сегодняшних условиях постоянного роста производительности микропроцессорных средств функции по реализации контуров тока, блоков коммутации и электрического дробления шага можно полностью реализовать программно, существенно снизив размеры и стоимость конечного изделия. В этом смысле только что рассмотренный второй вариант построения силовой части для маломощных приводов во многих случаях конкурирует с первым вариантом (раздел 2.1.2) и является, по нашему мнению, более предпочтительным и перспективным.
2.1.3. Силовые модули низкой степени интеграции (менее 12 ключей).
Для диапазона мощностей от 3 кВт и выше различия между силовыми модулями носят уже в основном количественный характер - по числу ключей в корпусе. Как правило, в них реализована лишь стандартная схема питания фаз, например, 3-х фазный мостовой инвертор с набором защит. Для мощностей свыше 30 кВт существуют лишь силовые модули с одним или двумя силовыми