Создание серии высокопроизводительных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода

• Автор: Козаченко, Владимир Филиппович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 326 с. : ил.

1. СОВЕРШЕНСТОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СРЕДСТВАМИ МИКРОКОНТО ЛЛЕРНОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.1. ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.2. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

1.3. КОНЦЕПЦИЯ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ СИЛОВОГО КАНАЛА И СОПРЯЖЕНИЯ С ДАТЧИКАМИ

1.4. ТИПОВЫЕ ФУНКЦИИ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ

1.5. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДА

1.6. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ

1.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

2. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ СИЛОВОГО КАНАЛА ПРИВОДА И СОПРЯЖЕНИЯ С ДАТЧИКАМИ

2.1. ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ФУНКЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ

2.2. ПРЯМОЕ ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНВЕРТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

2.2.1. Постановка задачи
2.2.2. Управление инвертором напряжения в режиме центрированной ШИМ
2.2.3. Управление инвертором напряжения в режиме векторной широтно-импульсной модуляции на базе центрированной ШИМ
2.2.4. Разработка эффективных алгоритмов широтно-импульсной модуляции базовых векторов
2.3. ПРЯМОЕ ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ
2.4. МЕТОДЫ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫМИ ИНВЕРТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ
2.4.1. Постановка задачи
2.4.2. Прямое цифровое управление трехуровневым инвертором напряжения в режиме модуляции базовых векторов
2.5. МЕТОДЫ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРАМИ ТОКА
2.5.1. Постановка задачи
2.5.2. Прямое управление инверторами тока для двигателей с изолированными фазами87
2.5.3. Прямое управление инверторами тока для трехфазных двигателей
2.5.3.1. Инвертор тока с раздельным управлением
2.5.3.2. Инвертор тока с согласованным управлением
2.6. ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ
2.6.1. Постановка задачи
2.6.2. Программная реализация дискретных управляющих автоматов по графам переходов
2.6.3. Пример управления рабочей станцией
2.7. ПРЯМОЙ ЦИФРОВОЙ ИНТЕРФЕЙС С ДАТЧИКАМИ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ
2.7.1. Постановка задачи
2.7.2. Интерфейс с аналоговыми датчиками
2.7.3. Методы идентификации механических координат привода по сигналам импульсных датчиков положения
2.7.3.1. Одноканальные импульсные датчики
2.7.3.2. Двухканальные импульсные датчики
2.7.3.3. Многоканальные импульсные датчики
2.7.4. Интерфейс с синусно-косинусньми датчиками положения
2.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
3. РАЗРАБОТКА СЕРИИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
3.1. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
3.1.1. Модульное построение системы управления
3.1.2. Унифицированная архитектура контроллера привода
3.1.3. Совместимость контроллеров серии
3.1.4. Использование модулей расширения для удешевления системы
3.1.5. Поддержка встроенного управления технологической автоматикой
3.1.6. Возможность наращивания числа каналов дискретного и аналогового ввода/вывода
3.1.7. Поддержка сетевых технологий распределенного управления
3.1.8. Унифицированный доступ к параметрам и переменным привода
3.1.9. Адаптация модулей системы управления к условиям эксплуатации в России
3.1.10. Электромагнитная совместимость модулей системы управления с силовым оборудованием
3.1.11. Средства адаптации систем управления к области применения
3.2. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ ПРИВОДА
3.3. СОСТАВ СЕРИИ КОНТРОЛЛЕРОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА. ОБЛАСТИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
3.3.1. Контроллеры МК7.1/2/3
3.3.2. Контроллеры МК8.1 иМК9
3.3.3. Контроллеры МК10.1/2
3.3.4. Контроллеры МК10.3/4/5
3.3.5. Контроллеры МК11
3.3.6. Контроллеры МК12.1/2
3.3.7. Контроллеры МК14.2/3
3.3.8. Контроллеры МК 15
3.3.9. Контроллеры МК16.1/2
3.3.10. Контроллеры МК13.1 и 17.1/2/3
1.4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ВЫХОДНОГО КОНТРОЛЯ МОДУЛЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
1.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
4. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКТНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ РЕГУЛИРУЕМЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
4.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
4.2. СВОБОДНО КОНФИГУРИРУЕМАЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПЧ
4.3. СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО ДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АД

4.3.1. Выбор оптимальной системы координат
СВУ АД в координатах 1а. В)
СВУ АД в координатах (сІ.сГ)
СВУ АД в координатах (х,)
4.3.2. Оптимизация алгоритмов управления инвертором
4.3.3. Стратегия векторного управления АД при недостатке напряжения и в зоне ослабления поля
4.4. СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО БЕЗДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
4.5. УПРАВЛЕНИЕ ГРУППОВЫМИ НАСОСНЫМИ СТАНЦИЯМИ
4.6. АДАПТАЦИЯ ПЧ К ЗАДАЧАМ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА
4.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ИНДУКТОРНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
5.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
5.2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ИНДУКТОРНЫМИ ДИГАТЕЛЯМИ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ
5.3. Разработка основ теории двухзонного векторного управления вентильными индукторными двигателями с независимым возбуждением
5.3.1. Базовая конструкция двухпакетного вентильного индукторного двигателя
5.3.2. Перспективные конструкции многосекционных ВИД с НВ
5.3.3. Математические модели многосекционных вентильных индукторных двигателей с независимым возбуждением
5.3.3.1. Модель в физических координатах
5.3.3.2. Модель в координатах аД
5.3.3.3. Модель в координатах <1,ц. Принцип векторного управления
5.3.4. Механические характеристики ВИД с НВ в режиме вентильного двигателя
5.3.5. Предельные механические характеристики ВИД с НВ
5.3.6. Граничные механические характеристики ВИД с НВ. Стратегия векторного управления в зоне ослабления поля
5.3.7. Разработка структуры системы векторного двухзонного управления ВИД с НВ
5.4. Экспериментальные исследования опытных образцов электроприводов на базе ВИД с НВ
5.4.1. Опытные образцы ВИД с НВ
5.4.2. Специализированный преобразователь частоты «Универсал» для управления ВИД с НВ
5.4.3. Экспериментальный стенд
5.4.4. Результаты экспериментальных исследований
5.5. Разработка систем управления мощными многосекционными ВИД с НВ для районный тепловых станций
5.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

вателъ скважности ШИМ-сигнала в аналоговый сигнал на базе стандартного ШИМ-генератора специализированного процессора в режиме фронтовой или центрированной модуляции и дополнительного аппаратного выходного RC-филыпра. Для исключения нелинейности система должна дополняться обратной связью по выходному сигналу и цифровым ПИ-регулятором. При более высоких требованиях по точности (коэффициент дробления шага выше 32) на плату универсального контроллера привода предлагается устанавливать многоканальный ЦАП. Для одновременного управления двумя маломощными двухфазными ШД ЦАП должен иметь не менее 4-х каналов. Результаты разработки подобных систем привода описаны в [67, 73, 74,117].
Функция управления инверторами тока с цифровым интерфейсом. Еще более перспективным направлением является использование малогабаритных инверторов тока с прямым процессорным интерфейсом. Так, инверторы тока фирмы Allegro для управления шаговыми двигателями и двигателями постоянного тока могут непосредственно получать задания токов фаз в цифровом виде по синхронному периферийному интерфейсу SPI.
Будем обязательно предусматривать синхронный периферийный интерфейс в разрабатываемых универсальных контроллерах привода, что позволит создавать многокоординатные системы шагового привода с электрическим дроблением шага с большим числом одновременно работающих осей (робототехника и ГАП), зависящем исключительно от производительности центрального процессора. Для выбранной нами элементной базы - это не менее 5-10 осей.
В общем случае для целей подключения комплектного привода к системе автоматизации будем предусматривать сетевой интерфейс (например, CAN), что позволит реализовывать дополнительные функции управления интеллектуальными исполнительными устройствами и сопряжения с интеллектуальными датчиками технологических переменных.
В последующих параграфах приводятся результаты разработки эффективных методов управления трехфазными мостовыми инверторами напряжения