Вопрос №9. Цифровые системы управления электроприводами. Структурная схема цифровой системы управления. Частотные преобразователи.

Особенность цифровых систем управления является наличие: микроконтроллера; квантователя сигналов по уровню в цепях обратных связей, в цепях параллельной коррекции и в ряде случаев в устройстве задающего сиг­нала; квантователя по времени (такт Т_о=0,001-0,01 с ).

Погрешность цифровых устройств не превышает величины еди­ничного значения младшего разряда кода, с которым эти устройства оперируют. Кроме квантования по уровню цифровым системам прису­ще квантование по времени. Период (такт) временного квантования То для большинства систем лежит в пределах 0,001-0,01 с. Очевидно, что если поставлена задача обеспечения высокого качества управления, такт квантования следует выбирать как можно меньшим. При выборе такта квантования следует учитывать следующие факторы: требуемое качество управления; динамику объекта управления; спектры возмущений; тип электропривода; измерительные устройства. Как правило, требования оказываются противоречивыми и такт квантования выбирают из компромиссного решения.

Преимущество цифровых регуляторов заключается в реализации любой требуемой передаточной функции, возможности введения адап­тации, нелинейной коррекции.

Обобщенная функциональная схема цифровой системы регули­рования представлена на рис. 28.1. На рис. 28.1 обозначено: 1 - задающий квантователь; 2 - квантователь обрат­ной связи; 3 - дискретная передаточная функция цифрового регулято­ра; 4 - звено с чистым запаздыванием, отражающее конечное время вычислений в регуляторе; 5 - непрерывная передаточная функция объекта управления; 6 - квантователь цепи параллельной коррекции.

Передаточная функция корректирующего дискретного регулято­ра в общем виде записывается следующим образом

Значения коэффициентов находят из выражения

где W_o (z) - дискретная передаточная функция объекта управления, полученная с помощью таблиц z - преобразования, Ф(z) - желаемая дискретная передаточная функция системы в замкнутом состоянии.

Функция Ф(z) должна быть реализуема. Для этого она должна представлять собой отношение двух полиномов относительно z^-1 с дей­ствительными коэффициентами, причем свободный член в знаменате­ле должен быть отличным от нуля, а модуль степени полинома числи­теля должен быть больше, чем у знаменателя. При применении микропроцессоров стоимости цифровых и аналоговых систем управления практически не отличаются.

Частотный преобразователь

Частотный преобразователь служит для плавного регулирования скорости асинхронного электродвигателя за счет создания на выходе преобразователя электрического напряжения заданной частоты. В простейших случаях регулирование частоты и напряжения происходит в соответствии с заданной характеристикой V/f, в наиболее совершенных преобразователях реализовано так называемое векторное управление. Частотный преобразователь – это устройство, состоящее из выпрямителя (моста постоянного тока), преобразующего переменный ток промышленной частоты в постоянный, и инвертора (преобразователя) (иногда с ШИМ), преобразующего постоянный ток в переменный требуемых частоты и амплитуды. Выходные тиристоры (GTO) или транзисторы (IGBT) обеспечивают необходимый ток для питания электродвигателя. Для улучшения формы выходного напряжения между преобразователем и двигателем иногда ставят дроссель, а для уменьшения электромагнитных помех – EMC-фильтр.