Cyfowe teowane mazynam aynchoncznym Zbgnew Kzemńk Gdańk 000
"Cyfowe teowane mazynam aynchoncznym" Sp teśc. Wtęp. Poblemy cyfowej ealzacj układów teowana mazynam aynchoncznym 3. Symulacyjne metody badana układów teowana napędam elektycznym 3.. Symulacje komputeowe 3.. Badana ymulacyjne z poceoem ygnałowym w pętl pogamu 3.3. Tetowane pogamów w fzycznych waunkach dzałana poceoa ygnałowego 4. Achtektua ytemów z poceoam ygnałowym 4.. Poblemy budowy układów cyfowego teowana napędam 4.. Achtektua poceoów ygnałowych 4.3. Achtektua układu teowana falownkem napęca z poceoem ygnałowym 5. Realzacja źódeł pądu napęca 5.. Falownk napęca jako teowane źódło napęca 5.. Źódło pądu z falownkem pądu 5.3. Źódło pądu z falownkem napęca 5.3.. Stuktua źódła pądu z falownkem napęca 5.3.. Hteezowy egulato pądu wyjścowego falownka napęca 5.3.3. Regulato pądu wyjścowego falownka napęca z pedykcją napęca 5.3.4. Regulato pądu wyjścowego falownka napęca z pedykcją ły elektomotoycznej 6. Modele matematyczne mazyn aynchoncznych 6.. Podtawowe zależnośc 6.. Multkalane modele mazyny aynchoncznej 6... Mazyna aynchonczna klatkowa zalana z falownka napęca 6... Multkalany model matematyczny mazyny aynchoncznej dwutonne zalanej 6..3. Model multkalany mazyny aynchoncznej zalanej z falownka pądu 6..4. Model matematyczny mazyny aynchoncznej klatkowej zalanej z falownka napęca teowanego pądowo 6..5. Model matematyczny dwutonne zalanej mazyny aynchoncznej z falownkem napęca teowanym pądowo 6.3. Ampltudowo kątowy model mazyny aynchoncznej klatkowej 7. Uwzględnane naycena głównego obwodu magnetycznego mazyny aynchoncznej 7.. Uwzględnane naycena głównego obwodu magnetycznego metodą wektoa tumena wtualnego 7.. Równana óżnczkowe mazyny aynchoncznej z uwzględnenem naycena głównego obwodu magnetycznego 7.3. Upozczony model mazyny aynchoncznej z uwzględnenem naycena głównego obwodu magnetycznego 8. Spzężena zwotne lneayzujące układy z mazynam aynchoncznym 8.. Stuktualna metoda yntezy układów teowana 8.. neayzacja ównań óżnczkowych multkalanego modelu mazyny aynchoncznej pzez wpowadzene nelnowych pzężeń zwotnych 8... Nelnowe teowane mazyną aynchonczną z oentacją układu wpółzędnych względem wektoa tumena wnka 8... neayzacja układów napędowych z multkalanym modelem mazyny aynchoncznej za pomocą pzężeń zwotnych
8... Mazyna aynchonczna klatkowa zalana z falownka napęca 8... Mazyna aynchonczna klatkowa zalana z falownka pądu 8...3. Mazyna aynchonczna zalana dwutonne 8...4. Mazyna aynchonczna klatkowa zalana z falownka napęca teowanego pądowo 8...5. Dwutonne zalana mazyna aynchonczna z falownkem napęca teowanym pądowo 8.3. Tłumene ocylacj w mazyne aynchoncznej dwutonne zalanej na dodze odpzęgającego teowana kładowym wektoów 8.3.. Właścwośc mazyny aynchoncznej dwutonne zalanej 8.3.. Tłumene ocylacj w mazyne zalanej od tony wnka z falownka napęca teowanego pądowo 8.3.3. Tłumene ocylacj w mazyne zalanej od tony wnka z falownka napęca teowanego napęcowo 9. Układy egulacj mazyn aynchoncznych z pętlą ynchonzacj fazowej 9.. Synchonzacja fazowa w układach tójfazowych 9.. Układ egulacj lnka klatkowego z pętlą ynchonzacj fazowej 9.3. Układ egulacj mazyny dwutonne zalanej z pętlą ynchonzacj fazowej 0. Etymacja nemezalnych zmennych tanu mazyny aynchoncznej w ytemach z poceoam ygnałowym 0.. Odtwazane tumena wnka mazyny aynchoncznej klatkowej w obewatoze uenbegea 0.. Obewato pędkośc kątowej mazyny aynchoncznej klatkowej 0.3. Odtwazane kąta pomędzy tojanem a wnkem mazyny aynchoncznej dwutonne zalanej. Identyfkacja paametów mazyn aynchoncznych w cyfowych ytemach teowana.. Zmenność paametów mazyn aynchoncznych.. Identyfkacja ndukcyjnośc ozpozena tojana wnka.3. Identyfkacja ezytancj wnka mazyny aynchoncznej klatkowej.4. Wyznaczane ezytancj tojana mazyny aynchoncznej klatkowej.5. Identyfkacja ndukcyjnośc wzajemnej mazyny aynchoncznej klatkowej. Cyfowe ealzacje wybanych algoytmów teowana mazynam aynchoncznym.. Układ teowana mazyną aynchonczną klatkową bazujący na modelu multkalanym... Stuktua układu teowana... Cyfowa ealzacja nelnowych pzężeń zwotnych tanfomacj..3. Oganczane napęca wyjścowego falownka..4. Oganczane pądu wyjścowego falownka..5. Wynk badań ymulacyjnych układu nelnowego teowana mazyną aynchonczną klatkową.. Układ teowana mazyną aynchonczną dwutonne zalaną bazujący na modelu multkalanym... Stuktua układu teowana... Odtwazane zmennych mazyny dwutonne zalanej..3. Wynk badań ymulacyjnych układu teowana nelnowego mazyną dwutonne zalaną 3. Zakończene
Wykaz ważnejzych oznaczeń A, B, C,.. maceze A n, A o ampltudy ygnałów nadajnka odbonka E d ła elektomotoyczna w obwodze pośednczącym I b pąd odneena, I N pąd znamonowy, I zadana ampltuda wektoa pądu tojana J moment bezwładnośc K wektoową funkcją komutacyjną d ndukcyjność w obwodze pośednczącym m ndukcyjność wzajemna tojana wnka ndukcyjność wnka ndukcyjność tojana σ, σ ndukcyjnośc ozpozeń tojana wnka R zatępcza ezytancja obwodu obcążena falownka R d ezytancja w obwodze pośednczącym R ezytancja uzwojeń wnka R ezytancja uzwojeń tojana S n, S o ygnały nadajnka odbonka T, T mp oke mpulowana falownka T v, T tała czaowa U b napęce odneena U N napęce znamonowe U d napęce w obwodze pośednczącym pądu tałego V, v wekto napęca wyjścowego falownka Z b mpedancja odneena e wekto pzetzenny ły elektomotoycznej e x, e y kładowe wektoa ły elektomotoycznej (). (). f funkcja nelnowa g funkcja nelnowa wekto pzetzenny pądu wekto pzetzenny pądu wnka m moduł wektoa pzetzennego pądu magneującego m wekto pzetzenny pądu magneującego moduł wektoa pzetzennego pądu tojana wekto pzetzenny pądu tojana d pąd w obwodze pośednczącym d q, kładowe wektoa pądu w potokątnym układze wpółzędnych wującym z pędkoścą kątową tumena wnka
x, y kładowe wektoa pądu w potokątnym układze wpółzędnych wującym z dowolną pędkoścą kątową * x watość zadana kładowej pądu wnka w o x α, β kładowe wektoa pądu w wującym układze wpółzędnych m 0 momentem obcążena na wale mazyny m b moment odneena p lczba pa begunów lnka p wekto paametów q, q, q, q zmenne modelu multkalanego mazyny aynchoncznej klatkowej poślzg wektoa pądu tojana t cza u AB, ubc, uca napęca pomędzy fazam wyjścowym falownka u wekto pzetzenny napęca, wekto teowań u, u zmenne teujące modelu multkalanego mazyny aynchoncznej klatkowej u d napęce wejścowe falownka u d, u q kładowe wektoa napęca w potokątnym układze wpółzędnych wującym z pędkoścą kątową tumena wnka u wekto pzetzenny napęca tojana u f, u, u zmenne pomocncze w modelu multkalanym mazyny dwutonne zalanej u x, u y kładowe wektoa napęca w potokątnym układze wpółzędnych wującym z dowolną pędkoścą kątową u α, u β kładowe wektoa napęca w neuchomym potokątnym układze wpółzędnych v, v zmenne teujące modelu multkalanego mazyny aynchoncznej klatkowej v d, v q kładowe wektoa napęca w potokątnym układze wpółzędnych wującym z pędkoścą kątową wektoa tumena wnka v α, v β kładowe wektoa napęca w neuchomym potokątnym układze wpółzędnych w, w zmenne teujące modelu multkalanego mazyny aynchoncznej klatkowej w σ wpółczynnk ozpozena x wekto zmennych tanu xˆ wekto zmennych tanu obewatoa x~ wekto błędu obewatoa x, x, x, x zmenne modelu multkalanego mazyny aynchoncznej klatkowej y wekto welkośc wyjścowych z wekto zakłóceń z, z, z, z zmenne modelu multkalanego mazyny dwutonne zalanej Λ, Λ x paamety okeślające nelnowość obwodu magnetycznego Ψ b tumeń kojazony odneena ϕ kąt pzeunęca fazowego ygnału odbonka ϕ S kąt położena wektoa pądu w układze wpółzędnych zwązanym ze tojanem ϕ kąt położena wektoa pądu w układze wpółzędnych zwązanym z wnkem R
ϕ RS kąt pomędzy wnkem a tojanem ρ chwlowy kąt położena wującego układu wpółzędnych Δ ρ kąt pomędzy wektoam ły elektomotoycznej w kolejnych okeach mpulowana falownka σ całkowty wpółczynnk ozpozena Blondella τ cza względny ω a pędkość kątowa wowana układu wpółzędnych ω b mechanczna pędkość kątowa odneena ω pędkość kątowa wowana wektoa pądu ω pędkość kątowa wektoa pądu wnka okeślona względem wnka ω pędkość kątowa wnka względem tojana ω, ω 0 znamonowa pulacja napęca zalającego ω ψ pędkość kątowa wektoa tumena wnka ω ψ pędkość kątowa wektoa tumena tojana ψ d, ψ q kładowe wektoa tumena w potokątnym układze wpółzędnych wującym z pędkoścą kątową tumena wnka ψ m moduł wektoa tumena głównego w zczelne powetznej ψ m wekto pzetzenny tumena głównego w zczelne powetznej ψ x, ψ y kładowe wektoa tumena w potokątnym układze wpółzędnych wującym z dowolną pędkoścą kątową ψ moduł wektoa tumena wnka ψ wekto pzetzenny tumena kojazonego wnka ψ wekto pzetzenny tumena kojazonego tojana * ψ wekto okeślony pzez lczbę pzężoną z ψ ψ α, ψ β kładowe wektoa tumena w neuchomym potokątnym układze wpółzędnych ζ α, ζ β kładowe wektoa zakłóceń w obewatoze pędkośc
. Wtęp Mazyny aynchonczne, klatkowe peścenowe, ą toowane w wękzośc układów napędowych o egulowanej neegulowanej pędkośc kątowej. Szeok obza zatoowań mazyn klatkowych wynka z ch potej kontukcj nkch koztów wytwazana. Peścenowe mazyny aynchonczne znalazły zatoowane w układach geneowana eneg elektycznej pzy zmennej pędkośc kątowej wału w napędach o oganczonych zmanach pędkośc. Zaada dzałana kontukcje mazyn aynchoncznych znane ą od ponad tu lat. Mazyny aynchonczne mogą być zalane z ec o tałym napęcu czętotlwośc za pomocą potych układów łączenowych, co jet podtawą napędów o neegulowanej, pawe tałej pędkośc. Kontuowane napędów z mazynam aynchoncznym o egulowanej pędkośc było jet ścśle zwązane z aktualnym tanem ozwoju elektonk ygnałowej enegoelektonk. Pewze pojekty napędów z mazynam aynchoncznym były opate na tyatonach ne znalazły zeokego zatoowana. Równeż wpowadzene tyytoów do układów napędowych z mazynam aynchoncznym ne powodowało ewolucj. Tyytoów ne można wyłączyć za pomocą układu teującego bamką, co powoduje koneczność toowana obwodów wyłączających o długm czae pzebegów pzejścowych. Enega w układach tyytoowych dzelona jet na tounkowo duże pocje pzekztałcana w dużych pzedzałach czau, z czym wążą ę długe okey mpulowana. Wobec małych tałych czaowych obwodów elektycznych wytępujących w mazynach aynchoncznych tudno jet pzy toowanu długch okeów mpulowana uzykać dobe właścwośc dynamczne układów napędowych pądu zmennego z tyytoam. Zmnejzene pocj, na któe dzelona jet enega, oaz czaów ch pzetwazana w układach zalana napędów pądu zmennego tało ę możlwe w ezultace pojawena ę tanzytoów pzełączających duże moce. Zwłazcza tanzytoy z zolowaną bamką (ang. IGBT), poadające właścwośc zabezpeczana obwodu pzed zwacam, powodowały gwałtowny wzot lczby toowanych napędów z mazynam aynchoncznym. Równolegle z pojawanem ę nowych pzełączających elementów mocy natępował ozwój elektoncznych śodków pzetwazana ygnałów. Nezbyt komplkowane algoytmy teowana układam tyytoowym mogły być ealzowane za pomocą wzmacnaczy opeacyjnych podzepołów cyfowych małej kal ntegacj. Z wykozytanem tych podzepołów można budować komplkowane układy teowana, ale w paktyce złożoność pacochłonność tojena ogancza zake ch zatoowań. Znaczne wzoły możlwośc ealzacj złożonych algoytmów w ezultace zatoowana mkopoceoów. Od momentu pojawena ę mkopoceoy tały ę podtawowym elementem kontukcyjnym układów teowana falownkam zalającym mazyny aynchonczne. Rozwój technk mkopoceoowej natępuje w układach napędowych dwoma dogam. Jedną z nch jet toowane poceoa ogólnego zatoowana budowane zewnętznej achtektuy układów peyfeyjnych. Take ozwązane jet toowane w pzypadku nowych geneacj poceoów układów peyfeyjnych. Najwękze możlwośc pojektowana tuktu podzepołów peyfeyjnych zapewnają pogamowalne układy logczne, zaweające do klkuet tyęcy bamek logcznych w jednym układze calonym. Dugą śceżką ozwoju mkopoceoów toowanych w napędach jet umezczane w jednym układze calonym poceoa wzytkch tuktu peyfeyjnych. Tego typu układy znaczne pozezają obza toowana napędów z lnkam aynchoncznym o zmennej pędkośc kątowej, gdyż znaczne obnżają kozty. Ronące wymagana pojektantów układów napędowych powodują jednak, że poducenc układów calonych wdażają ozwązana, któe ne mają unwealnego chaakteu. Technka mkopoceoowa wpłynęła na ozwój układów napędowych z mazynam aynchoncznym ówneż w pośedn poób popzez wzot możlwośc oblczenowych -
komputeów. Nowe pojekty zwązane ą bowem zwązane z pzepowadzanem ymulacyjnych badań dzałana algoytmów. W epoce wzmacnaczy opeacyjnych toowano w tym celu mazyny analogowe, ale dopeo komputey oobte powodowały pzełom. Zwękzające ę moce oblczenowe komputeów umożlwają wzot topna złożonośc badanych tuktu ch zybke zmany. Początkowo można było ymulować w oządnym czae jedyne cągłe dzałane algoytmów teowana. Obecne moce oblczenowe komputeów oobtych pozwalają na wykonywane ymulacj układów napędowych z mazynam aynchoncznym zalanym z pzekztałtnków o małym okee mpulowana w czae zblżonym do czau zeczywtego. Symulacje komputeowe wykonywane ą z użycem nazędz pogamowych. Podobne jak w pzypadku toowana mkopoceoów w technce napędowej ówneż w badanach ymulacyjnych możlwe ą dwa podejśca. Z jednej tony ofeowane ą pogamy, któe ułatwają twozene model badanych układów pzez toowane pecjalzowanych języków ymulacyjnych lub ntefeju gafcznego. Z dugej tony dla welu badaczy oganczena wnozone pzez fmowe nazędza ymulacyjne ą ne do pzyjęca twozą on włane pogamy, pane najczęścej w języku C. Można w ten poób modelować dowolne tuktuy włączając ówneż w pętle pogamowe algoytm ealzowany pzez zeczywty poceo teujący. Pzyządy półpzewodnkowe, układy enegoelektonczne, technka mkopoceoowa komputeowa oaz pogamy ymulacyjne twozą wego odzaju nfatuktuę umożlwającą funkcjonowane algoytmów teowana. Celem kontuowana tak złożonych tuktu jet uzykane pożądanych właścwośc dynamcznych tatycznych układu z mazyną aynchonczną zalaną z pzekztałtnka. Mazyna aynchonczna pommo potej budowy jet z punktu wdzena teo teowana złożonym obektem, któego dynamka opana jet wektoowym kalanym, nelnowym ównanam óżnczkowym. Bezpośedne zatoowane technk egulacyjnych znanych z teo układów lnowych ne daje w takm pzypadku zadowalających efektów. Zmanę właścwośc układu z mazyną aynchonczną umożlwa nne podejśce, zwązane z zatoowanem nelnowych tanfomacj zmennych algoytmów teowana. Pewzą póbą było zatoowane pzez Blachke [9] wującego układu wpółzędnych zoentowanego zgodne z wektoem tumena wnka. Regulacja kładowych wektoa pądu tojana w takm układze wpółzędnych umożlwa tablzację tumena wnka geneowane zadanego momentu elektomagnetycznego. Dynamczne właścwośc mazyny aynchoncznej tają ę zblżone do właścwośc egulowanego napędu pądu tałego, jednak pełnego odpzężena ozdzelena układu napędowego na podukład mechanczny podukład elektomagnetyczny ne można uzykać, gdyż z założena moduł tumena wnka w metodze polowo zoentowanego układu wpółzędnych pownen być tały. Zmana modułu tumena powoduje chwlowe zakłócene w obwodze egulacj pędkośc. Tudnośc zwązane z ealzacją metody bezpośednego teowana polowo zoentowanego w latach 70 80 dopowadzły do powtana welu nnych metod, mędzy nnym bezpośednego teowana momentem, teowana ślzgowego, układów opatych na ztucznych ecach neuonowych oaz toowana welu waantów model mazyny. W nnejzej pacy ozważana będą oganczone do teowana nelnowego, któe pzekztałca układ napędowy z mazyną aynchonczną w układ lnowy. Stoowane pzy tym złożone pecyzyjne algoytmy teowana nelnowego mogą być zealzowane wyłączne za pomocą technk cyfowej. Metody dokładnego teowana mazynam aynchoncznym zotały opacowane zanm pojawły ę technczne możlwośc ealzacj odpowednch układów. Opeają ę na analze nelnowych ównań óżnczkowych, zdefnowanu nowych zmennych tanu zatoowanu nelnowych pzężeń zwotnych. Rezultaty takego potępowana zotały pzedtawone w nnejzej pacy. Ne ą one wynkem zatoowana ścłych algoytmów, lecz -
aczej heuytycznych pzekztałceń ównań óżnczkowych. Po zatoowanu nelnowego teowana możlwe jet ozdzelene każdego układu z mazyną aynchonczną zalaną z pzekztałtnka na dwa nezależne, lnowe podukłady. Poblem teowana nelnowym układem w tak poób, żeby układ zamknęty poadał właścwośc układu lnowego nazwany zotał lneayzacją za pomocą pzężena zwotnego [34]. Dla ogólnej potac układu opanego nelnowych ównanam óżnczkowym możlwość lneayzacj za pomocą pzężena zwotnego może być badana metodam geomet óżnczkowej. W publkacj [34] podane zotały twedzena umożlwające okeślene, czy analzowany układ ównań óżnczkowych może być zlneayzowany pzez zmanę zmennych nelnowe pzężene zwotne. Matematyczne analzy ne powadzą jednak do jednoznacznego okeślena wymaganej tuktuy pzężeń tanfomacj zmennych, gdyż dla każdego układu, któy można w ten poób zlneayzować, tneje wele ozwązań. Bak jednoznaczne okeślonych pocedu matematycznych powoduje w paktyce koneczność toowana metod heuytycznych do pojektowana układów teowana obektam nelnowym. Jedną z takch metod, nazwaną metodą tuktualnej yntezy układów teowana, zapoponował Bojčuk w pacy [3]. Jet to zbó zaad umożlwających okeślene tuktuy układu nelnowego teowana zapewnającej pożądane właścwośc obektu. Zmodyfkowana metoda tuktualnej yntezy zotała zatoowana do zapoponowanych w publkacjach [53, 55, 57, 59, 6, 65] nowych układów egulacj mazyn aynchoncznych. Pewzą zapojektowaną zbadaną tuktuą był układ teowana lnkem aynchoncznym zalanym z falownka pądu [53]. Podtawą yntezy układu teowana tał ę model matematyczny, w któym zatoowano układ wpółzędnych zoentowany względem pądu wyjścowego falownka. Model ten jet układem czteech ównań óżnczkowych, któe łużą do okeślena, na dodze oblczana pochodnych, czteech nowych ównań óżnczkowych dla pzekztałconych zmennych tanu mazyny. Pewzy układ teowana mazyną klatkową zalaną z falownka napęca zotał pzedtawony w [54]. W ogólnym pzypadku zalana mazyny aynchoncznej z falownka napęca pęć zmennych tanu modelu wektoowego pzekztałcanych jet na cztey zmenne modelu nazwanego modelem multkalanym. Mano n. [83] wykazal, że w takm pzypadku możlwa jet lneayzacja układu z mazyną aynchonczną za pomocą pzężeń zwotnych. Udowodnl, że mazyna aynchonczna opana pęcoma ównanam óżnczkowym ne może być zlneayzowana na dodze tanfomacj zmennych tanu na pęć nnych zatoowana nelnowych pzężeń zwotnych. Natualnym ozzezenem modelu multkalanego opacowanego dla klatkowej mazyny aynchoncznej tało ę zatoowane go do mazyny dwutonne zalanej pzedtawone w [58]. Mazyna aynchonczna zalana z falownka pądu ne znalazła zeokego zatoowana. Pądowe zalane mazyny, zaówno klatkowej jak peścenowej, ealzowane jet ówneż za pomocą odpowedno teowanego falownka napęca. W takm pzypadku multkalane modele mazyny aynchoncznej twozone ą z zatoowanem dodatkowych członów necyjnych na wejścu falownka zapoponowanych w [66]. Realzacja układów nelnowego teowana mazyną aynchonczną wymaga dotępnośc zmennych tanu, z któych ne wzytke można bezpośedno zmezyć. W [60] zapoponowano odtwazane tumena wnka za pomocą obewatoa uenbege`a pzy mezonej pędkośc kątowej wału mazyny. Zatoowane obewatoa wymaga dokładnego zdentyfkowana paametów mazyny. Każdy z paametów może być okeślany odmenną metodą. Metodę dentyfkacj ezytancj wnka na podtawe całkowanych zmennych mazyny obewatoa podano w [60]. Jądeko zapoponował w [35] wykozytane w poceduze dentyfkacj ndukcyjnośc wzajemnej tojana wnka zależnośc tanu utalonego dla multkalanego modelu mazyny, zatoowanych do zmennych etymowanych w obewatoze. Całkowtą ndukcyjność ozpozena mazyny można wyznaczyć z upozczonego -3
modelu obcążena falownka boąc pod uwagę zależnośc dla kolejnych pzedzałów mpulowana. Rezytancję tojana mazyny klatkowej można wyznaczyć we wtępnej poceduze dentyfkacyjnej. Oddzelnym poblemem jet etymacja pędkośc kątowej wału mazyny aynchoncznej klatkowej. Wele pzedtawonych dotychcza popozycj układów egulacj mazyny aynchoncznej bez pomau pędkośc kątowej ne zapewna wytaczającej dokładnośc w tanach utalonych dla zeokego zakeu pacy. Jakość odtwazana pędkośc w tanach pzejścowych jet nezadowalająca pommo toowana wyafnowanych technk, w tym ec neuonowych. Do nedawna neozwązanym poblemem było odtwazane blkch zeu watośc pędkośc kątowej wału. Auto pzedtawł popozycję układu etymującego pędkość kątową wału mazyny aynchoncznej klatkowej, nazwanego obewatoem pędkośc, w [74]. Właścwośc obewatoa pędkośc pzedtawono w nnejzej pacy. Układ nelnowego teowana mazyną peścenową pojektowany jet, podobne jak w pzypadku mazyny klatkowej, pzy założenu znajomośc paametów. Waunk pacy mazyny peścenowej zalanej od tony tojana z ec pądu pzemennego z falownka od tony wnka zapewnają newelką zmanę tumena w zczelne, a zatem pawe tałą watość ndukcyjnośc wzajemnej. Uzwojena mazyny peścenowej wykonane ą z medz, węc wpływ tempeatuy na watość ch ezytancj jet mały. W wękzośc zatoowań mazyn peścenowych wytacza zatem wtępna dentyfkacja paametów. Zmenne tanu wykozytywane w układze egulacj mazyny dwutonne zalanej mogą być bezpośedno mezone. Poma dokonywany jet po tone tojana wnka, w dwóch układach wpółzędnych obóconych względem ebe o aktualny kąt położena wnka. Poma położena wnka, pommo że technczne poty, pownen być wyelmnowany z układu ze względu na zawodność pzetwonków. Ne jet ówneż wkazane toowane czujnka pędkośc kątowej. Układy teowana mazyną dwutonne zalaną pownny zatem opeać ę na odtwazanu kąta położena pędkośc kątowej wnka. Metodę odtwazana kąta położena wnka podał Aud [4]. Jej zatoowane pokazano w pacy [96], pzy czym właścwośc bezczujnkowych układów ą zblżone do właścwośc układów z bezpośednm pomaam. Technczna ealzacja układów nelnowego teowana tała ę możlwa w układach z zybkm poceoam ygnałowym. Poceo teuje pzy tym ne tylko mazyną, lecz ówneż ealzuje odpowedne algoytmy egulacj źódeł pądu lub napęca. Kontuowane napędu z mazyną aynchonczną wymaga opanowana złożonej technolog elektoncznych układów z poceoam ygnałowym jet ntedycyplnanym poceem, wymagającym wpółpacy pecjaltów z welu dzedzn. Opacowane teoetycznych podtaw do pojektowana nelnowo teowanych układów z mazynam aynchoncznym tanow zaadnczy cel nnejzej monogaf. Kążka jet keowana do tudentów wyżzych lat tudów, doktoantów pojektantów układów napędowych, dla któych może być npacja do pozukwana nowych ozwązań. -4
. Poblemy cyfowej ealzacj układów teowana mazynam aynchoncznym Mazyny aynchonczne od welu lat ą badane analtyczne, modelowane teowane. Do modelowana używano dawnej mazyn analogowych, któych olę pzejęły obecne komputey z pogamam ozwązywana ównań óżnczkowych. Z dugej tony w otatnch latach ozwjano metody teowana mazynam elektycznym pzyjmując wele upazczających założeń, któe powadzą do teoetyczne popawnych ezultatów, ale ne wzytke ą uzaadnone pzy obecnym tane technk. Podtawowe ezultaty teo teowana mazynam aynchoncznym otzymywane ą pzy założenu cągłośc napęć pądów zalających. Fomalne napęca pądy pzyjmowane ą jako welkośc teujące w obekce egulacj, któym jet mazyna aynchonczna. Złożoność mazyny aynchoncznej jako obektu egulacj jet duża, poneważ wytępują w nej dwa odzaje nelnowośc. Jednym z nch jet nelnowość tuktuy, polegająca na wytępowanu loczynów zmennych w modelu matematycznym mazyny aynchoncznej. Dug odzaj nelnowośc zwązany jet z nelnową zależnoścą tumena głównego w zczelne powetznej od pądu magneującego wynka z tego, że ekonomczne uzaadnone jet pzyjmowane punktu pacy mazyny na zagęcu kzywej magneowana. Całkowtą lub częścową kompenację nelnowośc mazyny aynchoncznej umożlwają cągłe metody teowana. Technczna ealzacja cągłych teowań mazyny aynchoncznej ne jet możlwa, wobec czego koneczne jet opacowane metod tanfomacj teowana cągłego na teowane dyketne. Rozwjane ą ówneż take metody, w któych uwzględnany jet mpulowy chaakte teowana mazyną aynchonczną. Metody teowana mazyną aynchonczną opacowywane ą pzy założenu, że wzytke zmenne tanu lnka można wykozytać w pzężenach zwotnych. Itneją czujnk, któe zamontowane w lnku pzetwazałyby tumeń magnetyczny w zczelne. Slnk z takm czujnkam ne byłyby zaakceptowane pzez poducentów oaz użytkownków ze względu na małą nezawodność. Zachodz w zwązku z tym koneczność toowana modelu lub obewatoa do odtwazana tych zmennych tanu, któe ne ą mezone. Pacujący w czae zeczywtym model lub obewato lnka aynchoncznego, wytaczająco dokładny do pecyzyjnego teowana, ealzowany jet na dodze numeycznego ozwązywana układu ównań óżnczkowych za pomocą odpowedno zybkch poceoów. Jedną z metod ozwązywana ównań óżnczkowych jet zatąpene ch ównanam óżncowym łużącym do oblczana watośc zmennych w kolejnej chwl dyketyzacj. Metoda ta jet pota w pzypadku układów lnowych, jednak ozwązywane nelnowych układów ównań óżncowych wymaga złożonego oblczana wpółczynnków w każdym koku oblczeń. Potze oblczena nezbędne ą do bezpośednego numeycznego całkowana ównań óżnczkowych. Całkowane może być ealzowane metodą, któej ząd jet kompomem pomędzy czaem oblczeń a wymaganą dokładnoścą. Wękza dokładność metody całkowana umożlwa toowane wękzego koku całkowana. Wybó koku całkowana ównań óżnczkowych modelu lub obewatoa zmennych tanu zwązany jet z metodą ealzacj, za pomocą pzekztałtnka, źódła napęca lub pądu zalającego lnk aynchonczny. Długość koku całkowana zwązana jet z czętotlwoścą łączeń zawoów półpzewodnkowych w pzekztałtnku zalającym. Oke mpulowana pownen zaweać całkowtą lczbę koków całkowana. Kozytne jet w nektóych pzypadkach toować óżne długośc koków całkowana dla modelu lnka dla egulatoów zmennych lnka. Układ teowana lnkem może być zbudowany z wykozytanem tało- lub zmennopzecnkowego poceoa. Wpowadzone do podukcj od oku 999 nowe poceoy ygnałowe zmennopzecnkowe ą na tyle tane, że taną ę w pzyzłośc podtawą układów teowana mazynam aynchoncznym. Poceoy tałopzecnkowe ą obecne calane z -
Seć Poceo ygnałowy Pogamowalna eć logczna W A/C Izolacja galwanczna W Intefej do komputea Intefej do uządzeń zewnętznych A/C Ry... Schemat układu egulacj mazyny aynchoncznej zalanej z pzekztałtnka zealzowany za pomocą poceoa ygnałowego, W wzmacnacze ygnałów, A/C pzetwonk analogowo-cyfowe pzetwonkam analogowo-cyfowym toowane w tanch układach napędowych małej mocy. Całkowane numeyczne za pomocą poceoa zmennopzecnkowego ne twaza poblemów, gdyż poceo ten wykonuje opeacje aytmetyczne na lczbach zmennopzecnkowych o dużym zakee. Zatoowane natomat tałopzecnkowego poceoa do numeycznego całkowana ównań óżnczkowych, jeżel cza oblczeń jet oganczony, wymaga użyca ułamkowego fomatu lczb kalowana zmennych. Rodz to poblemy zwązane z zakeem lczb w pzypadku dzelena, jednak podtawową tudnoścą jet welokotne dodawane małych lczb do dużej, co wytępuje podcza całkowana numeycznego. Numeyczne całkowane polega na oblczanu pawych ton ównań óżnczkowych, mnożenu ch pzez kok całkowana dodawanu do zmennych. Opeacja powtazana jet welokotne. Mnożene wykonywane jet pzez tałopzecnkowy, zenatobtowy poceo ygnałowy na lczbach 6 btowych, a wynk mnożena jet 3 btowy. W pzypadku mnożena pawej tony ównana óżnczkowego pzez kok całkowana totne jet 6 mnej znaczących btów wynku, któy dodawany jet do całkowanej zmennej. Żeby ne utacć dokładnośc należy ozzezyć długość łowa całkowanej zmennej do 3. Do oblczana pawych ton ównań óżnczkowych wytaczy pzy tym toowane lczb w fomace ułamkowym obcętych do badzej znaczących zenatu btów. Układ egulacj mazyny aynchoncznej zealzowany za pomocą poceoa ygnałowego pokazano na y... Welkośc zadane pzekazywane ą z zewnętznego otoczena pzez ntefej mogą wymagać fomatowana pzekalowana. Zmenne mezone w układze egulacj ą pzetwazane za pomocą pzetwonków analogowo-cyfowych mogą być odczytane jako lczby całkowte ze znakem. W zależnośc od konfguacj układu odczyt -
zmennych może utawć je bezpośedno na odpowednch btach zyny danych. W poceoze zmennopzecnkowym bez tudu zmenne te mogą być pzekalowane. W zaadze ne ma znaczena, w jakch jednotkach wyażone ą zmenne w układze egulacj, jednak duże kozyśc pzy opacowywanu podukcj układów napędowych oąga ę pzez toowane welkośc względnych. W takm pzypadku ówneż paamety ą względne tylko one ulegają zmane pzy dotoowywanu układu do mazyn o óżnych mocach kontukcjach. Welkoścam teującym w układze egulacj napędu z pzekztałtnkem ą czay załączena odpowednch łącznków elektoncznych. Są to lczby całkowte, okeślające cza jako welokotność okeu geneatoa mpulów zegaowych zatoowanego w układze. Oke geneatoa wyznacza ozdzelczość, z jaką odmezane ą czay załączana pozczególnych kombnacj kluczy w falownku. Skalowane czaów załączana kombnacj łącznków wymaga uwzględnena ozdzelczośc okeślonej pzez geneato, gdyż w kajnych pzypadkach uma czaów może pzekoczyć oke mpulowana, co zazwyczaj powadz do błędnego dzałana częśc lnopądowej układu. Układy, w któych zatoowano egulatoy hteezowe, mogą być częścowo ealzowane za pomocą podzepołów elektoncznych. Kótk cza pzetwazana welkośc mezonych na potać cyfową umożlwa częte poównywane ch z welkoścam zadanym. Zealzowane poównana w pogamowalnym układze logcznym twa ne dłużej nż dwa okey zegaowe może być welokotne wykonywane bez angażowana czau pacy poceoa. Dopeo pzekoczene okeślonych ganc błędu geneuje pzewane powodujące wykonane algoytmu egulacj. Take ozwązane znaczne ogancza cza oblczeń w poównanu z wykywanem pzekoczena ganc błędu pzez welkość egulowaną za pomocą poceoa. Poponowane pzez nektóe fmy calone układy analogowe do wykonywana częścej używanych tanfomacj, mędzy nnym obotu wektoa, ne znalazły zezego zatoowana w układach z poceoam ygnałowym ze względu na wękzą efektywność układów cyfowych. Itotnym z punktu wdzena użytkownka częścam falownka ą pzęg z uządzenam zewnętznym. Układ napędowy badzo częto jet fagmentem ytemu teowana może być koneczne dyponowane klkoma kanałam tanmj danych. Welu użytkownków wpowadza algoytmy egulacj bezpośedno do układu teowana falownkem, któy pownen być w tym celu wypoażony w odpowedna lczbę wejść wyjść analogowych cyfowych. Opogamowane falownka pownno zaweać możlwość konfguowana teownka pogamowalnego, do któego wpowadzane ą odpowedne ygnały wejścowe, teującego falownkem uządzenam zewnętznym. Jedną z możlwośc połączena falownka z uządzenam zewnętznym jet zatoowane ec pzemyłowej. -3
3. Symulacyjne metody badana układów teowana napędam elektycznym 3.. Symulacje komputeowe Badana ymulacyjne układów napędowych powadzone ą dwoma poobam. Jeden z nch polega na toowanu pzyjaznych dla użytkownka pogamów, w któych dotępne ą modele mazyn elektycznych, pzekztałtnków oaz pulpty opeatoa. Pogamowane polega na pzygotowywanu plków gafcznych lub tektowych. Za pomocą tych pogamów można zbadać układy zbudowane z elementów, któe zotały pzewdzane pzez twóców opogamowana, a użytkownk ma zwykle oganczone możlwośc wpowadzana włanych modułów pogamowych. Dugm poobem jet toowane pogamów napanych w całośc pzez jednego użytkownka lub zepół badawczy. Take pogamy ne wpowadzają żadnych oganczeń do układu teowana do modelu mazyny, metoda całkowana jet dowolna, tuktua pogamu może zaweać pętle ozgałęzena zoganzowane według potzeb. Indywdualne opacowywane pogamy najwygodnej jet pać w języku C lub C++. Język ten jet ofeowany dla poceoów ygnałowych tazych typów oaz wpowadzanych do podukcj wykozytane go ujednolca opogamowane ymulacyjne teujące zeczywtym układem napędowym. Stuktua pogamu do ymulacj komputeowych, pokazana jet na y. 3.. Pogam kłada ę z modułów ulokowanych dla wygody w nnych plkach nż część główna. Wtępny moduł łuży do ncjalzacj wkaźnków wymaganej w języku C nadawanu początkowych watośc wpółczynnkom zmennym. Po jego wykonanu pogam wchodz w główną pętlę, zaczynającą ę od zwękzena czau o kok całkowana. Pętla Nadane watośc początkowych zmennym paametom Geneato zmennych teujących zależnoścam czaowym Moduły z algoytmam teowana mpulowego Moduły całkowana numeycznego Moduł teowana gafcznej pezentacj wykeów na ekane oaz zapów do plków Ry. 3.. Stuktua pogamu ymulacj pzebegów pzejścowych w układach dynamcznych 3-
Oblczena wykonywane pzed całkowanem FOP FOP Funkcja oblczana pawych ton ównań óżnczkowych Oblczene pewzych watośc pośednch FOP FOP Oblczene dugch watośc pośednch Oblczene czwatych watośc pośednch FOP Oblczene tzecch watośc pośednch Oblczene watośc zmennych po koku całkowana Ry. 3.. Stuktua modułu całkowana numeycznego metodą Runge-Kutta czwatego zędu może być zoganzowana z wykozytanem ozkazów pętl języka C, lecz na podtawe welu dośwadczeń polecć można zatoowane ozkazu bezwaunkowego koku do etykety, gdyż umożlwa on potą ozbudowę pogamu. Moduły pogamowe mogą być ogólne podzelone na moduły zaweające algoytmy teowana mpulowego, moduły całkowana numeycznego moduł gafcznej pezentacj. Wewnątz głównej pętl oganzowane ą zależnośc czaowe za pomocą zmennych lcznkowych. Symulowane zeczywtych układów zwązane jet ze toowanem opóźneń, ealzowanych w fome pzeuwana elementów w tablcach. Kolejno, zgodne ze tanem zmennych lcznkowych, wykonywane ą moduły układu egulacj, modelu pzekztałtnka, mazyny, obewatoa pomocnczych model. Moduł ymulujący pacę pzekztałtnka może zaweać oddzelne zmenne lcznkowe lub nne uzależnena czaowe. Moduły zaweające numeyczne całkowane oblczają watośc zmennych pojawające ę w kolejnych kokach całkowana. Moduł całkowana numeycznego, któego chemat pokazany na jet na y. 3., zawea część podtawową oaz podpogam oblczana pawych ton układu ównań óżnczkowych. Część podtawowa kłada ę z oblczeń wykonywanych jednoazowo pzed kolejnym kokem całkowana algoytmu całkowana numeycznego w gancach jednego koku z klkakotnym wywoływanem podpogamu pawych ton. Jednoazowo pzed każdym kokem całkowana oblczane ą mędzy nnym watośc błędów w układze egulacj. Wynk oblczeń udotępna dla użytkownka moduł teowana gafk. Użytkownk teuje pzebegem ymulacj uzależnając zmany wybanych paametów od czau wpowadzając ch nowe watośc po pzewanu wykonywana ymulacj. Dla wygody na ekane komputea mogą pojawać ę yunk pzycków teownczych pola zapu watośc lczbowych. Podcza wykonywana ymulacj wykey wybanych zmennych yowane ą na 3-
a) b) x Pawe tony ównań óżnczkowych. y Całka y x Blok dynamczny y Ry. 3.3. Blok dynamczny w chemace układu napędowego w potac ozwnętej a) upozczonej b) beżąco na ekane. Jednocześne okeślone zmenne ejetowane ą w zboach zapywanych na dyku. Zboy te mogą być pzetwazane analzowane po wykonanu ymulacj dla wybanego pzedzału czau. Odpowedn fomat umożlwa pzeglądane zaejetowanych danych za pomocą wybanego pofejonalnego pogamu gafcznego. Schemat tuktuy pogamu łużącego do ymulacj powtaje ze chematu układu napędowego pzez dodane elementów wynkających ze pecyfk języka pogamowana. Moduł ealzujący całkowane numeyczne zawea jeden lub klka bloków pokazanych na y. 3.3 w potac ozwnętej upozczonej. Badane układu odbywa ę z kokem całkowana na tyle małym, żeby zapewnć numeyczną tablność pawdłową ymulację układu pzekztałtnkowego. Okeślona lczba koków całkowana twozy oke mpulowana, z któym zwązane jet teowane pzekztałtnkem egulacja napędu. Schemat układu napędowego o tuktuze pzewdzanej do badana ymulacyjnego zawea moduły, pomędzy któym pzekazywane ą zmenne na początku okeu mpulowana. Pzekazywane zmenne mogą być opóźnane o całkowtą lczbę okeów mpulowana, co pzedtawane jet na chemace jako zależność zmennych od numeu okeu. Opóźnena wpowadzane ą w wynku analzy zeczywtych waunków pacy układu napędowego. 3.. Badana ymulacyjne z poceoem ygnałowym w pętl pogamu Celem powadzena badań ymulacyjnych jet okeślene tuktuy układu egulacj pawdzene waunków ealzacj algoytmów teowana za pomocą poceoa ygnałowego. Podtawowym waunkem ealzowalnośc oblczeń za pomocą poceoa jet wykonywane ch w czae kótzym od upływu zeczywtego czau w układze z zachowanem wymaganej dokładnośc. Wygeneowane wynkowego kodu pogamu oblczeń polczene ozkazów umożlwa wpawdze okeślene czau oblczeń, ale może być tudne ze względu na dodatkowe opóźnena wytępujące w zeczywtym układze z poceoem ygnałowym. epzym ozwązanem jet bezpośedn poma czau wykonana pogamu na poceoze ygnałowym. Część pocedu wytępujących w pogame teowana napędem pana jet w aembleze ze względu na dotoowane fomatu zmennych do tuktuy wejść wyjść układu lub w celu kócena czau ch wykonywana. Uuchamane pogamów napanych w aembleze wymaga zwykle wpowadzana welu popawek celowe jet badane ch wykonywana na zeczywtym poceoze. 3-3
Sytem w komputeze Sytem w poceoze Nadane watośc początkowych zmennym paametom Nadane watośc początkowych zmennym paametom Wyyłane danych do poceoa Spawdzane gotowośc danych Spawdzane gotowośc danych Pobeane danych z komputea Pobeane danych z poceoa Układ egulacj ealzowany w poceoze Model obektu ymulowany w komputeze Wyyłane danych do komputea Moduł teowana gafcznej pezentacj wykeów na ekane oaz zapów do plków Ry. 3.4. Schemat układu ymulacyjnego z poceoem ygnałowym w pętl pogamowej Poceduy wykonywane fomalne popawne pzez poceo należy pzed pawdzanem dzałana zeczywtego układu włączyć do pętl pogamowej układu ymulowanego na komputeze. Schemat układu umożlwającego ealzacje wybanych pocedu za pomocą poceoa ygnałowego pokazano na y. 3.4. Układ ten kłada ę z dwóch ytemów, pomędzy któym tneje wzajemne pzekazywane danych. Kontukcja ytemu z poceoem ygnałowym mu umożlwać komunkację z komputeem. Stoowane ą óżne ozwązana układowe do komunkacj komputea z poceoem, mędzy nnym tandadowy ntefej zeegowy, połączene pzez pot dukak z układem bezpośednego dotępu do pamęc lub z dalzą tanmją pzez pot zeegowy, pamęć z dwoma potam komunkacyjnym, połączene pzez ównoległe poty komunkacyjne. Z punktu wdzena tuktuy pogamu układy do komunkacj można podzelć na take, któe wymagają uuchomena na poceoze ygnałowym pecjalnej poceduy do tanmj danych układy, któe dzałają nezależne od pogamu wykonywanego pzez poceo. Te otatne dzałają zybcej ą źódłem mnejzej lczby pomyłek powodowanych nepawdłowym zatoowanem w pogame. Układy dzałające nezależne od poceoa opate ą na bezpośednm dotępe do pamęc. Dzałane układów z poceoem w pętl pogamowej polega na kolejnym wykonywanu pocedu pzez kompute poceo. Badany pogam jet ładowany za pomocą wtępnej poceduy do pamęc poceoa ygnałowego, po czym poceo jet eetowany. Po nadanu 3-4
zmennym watośc początkowych poceo pzechodz do wykonywana pętl pogamowej zaweającej komunkacje z komputeem. Nezależne od tuktuy układowej komunkacja pomędzy pogamem dzałającym na komputeze a pogamem wykonywanym pzez poceo odbywa ę za pomocą znacznków lub flag. Znacznk łużą do teowana poceem komunkacj mogą meć potać btu lub łowa w pamęc poceoa lub fzycznych pnów wyjścowych wejścowych. W początkowej faze wykonywana pogamów na poceoze komputeze wzytke znacznk ą zeowane. Rozpoczynając poce komunkacj kompute zapuje do bufoa okeśloną lczbę danych utawa znacznk tanmj do poceoa (ZTDP). Poceo pawdza ZTDP jeżel jet utawony, odczytuje dane. Jeżel ZTDP ne jet utawony, jego tan pawdzany jet ponowne. Po odczytanu danych poceo zeuje ZTDP pzetwaza dane za pomocą odpowednego podpogamu. W badanach układów napędowych podpogamem pzetwazającym dane w poceoze ygnałowym jet moduł egulatoów. Natępne pogam w poceoze wpuje dane do bufoa utawa znacznk tanmj do komputea (ZTDK). Pogam w komputeze pawdza ZTDK jeżel jet utawony, odczytuje dane. Jeżel ZTDK ne jet utawony, jego tan pawdzany jet ponowne. Po odczytanu danych podpogam w komputeze zeuje ZTDK pzetwaza dane. W badanach układów napędowych podpogamem pzetwazającym dane w komputeze jet model obektu, ewentualne z fagmentem układu egulacj. Po zakończenu pzetwazana danych pogam w komputeze pzechodz do poceduy gafcznej pezentacj wynków, a natępne do początku poceduy komunkacyjnej. Komunkacja pomędzy komputeem a poceoem zoganzowana w opany wyżej poób umożlwa włączane poceoa ygnałowego w dowolnych momentach ymulowanych pzebegów zgodne z zależnoścam wytępującym w układze zeczywtym. Pogam do ymulacj komputeowych zaweający podpogam gafczny może być wykozytany do cągłego śledzena zmennych wytępujących w algoytmach ealzowanych pzez poceo ygnałowy. 3.3. Tetowane pogamów w fzycznych waunkach dzałana poceoa ygnałowego Podpogamy teujące bezpośedno układam zewnętznym zbadane metodą ymulacj z poceoem w pętl pogamowej wymagają pzetetowana w zeczywtych waunkach wpółpacy z poceduam wejśca-wyjśca. Pogam teujący zeczywtym układem zawea kompletne poceduy teujące, poceduy zmany paametów poceduy komunkacyjne. Poceduy komunkacyjne toowane w ymulacjach z poceoem w pętl pogamowej do teowana układem obewacj pzebegów ymulowanych mogą być wykozytane w zeczywtych układach pod waunkem, że ne zatzymują pacy poceoa w czae obług pzewań ne blokują pzewań. Wpółcześne podukowane poceoy ygnałowe wypoażane ą zwykle w mechanzmy bezpośednego dotępu do pamęc dzałające nezależne od poceoa pełnają powyżzy waunek. Pzeyłane zmennych do komputea w czae zeczywtym odbywa ę za pośednctwem pzewodów lub śwatłowodów z oganczoną zybkoścą, któa może być newytaczająca do beżącej tanmj zbou danych w każdym okee pacy układu. Obewowane zmenne gomadzone ą w takm pzypadku w bufoach pzeyłane do komputea co okeślony cza. Pogam gafczny dzała okeowo umożlwa obewację zap zmennych zaejetowanych w wybanym pzedzale czau. Ujednolcene opogamowana teującego gafcznego łużącego do ymulacj badań układów zeczywtych jet zczególne kozytne pzy poównywanu wynków. Iteacyjne toowane badań ymulacyjnych, badań z poceoem ygnałowym w pętl pogamowej badań ekpeymentalnych z możlwoścą bezpośednego poównywana pzebegów zmennych powadz do zybkego pojektowana układów teowana napędam. 3-5
`4. Achtektua ytemów z poceoam ygnałowym 4.. Poblemy budowy układów cyfowego teowana napędam Poceoy ygnałowe toowane w układach napędowych ne zotały zapojektowane pecjalne w tym celu. Duże zóżncowane wymagań oaz potęp w ozwoju metod teowana mazynam elektycznym powodują, że ne powtaje wytaczająco duży ynek zbytu zapewnający entowność podukcj pecjalzowanego poceoa. Czołow poducenc mkopoceoów poponują na pewnym etape ozwoju poduktu tuktuy zamknęte w jednej obudowe, zaweające unwealny poceo, pzetwonk analogowo-cyfowe welowyjścowy geneato zależnych od czau funkcj bnanych. Wykozytane takch tuktu jet pzewdzane do oganczonej klay układów teowana. Rozbudowa tuktuy o dodatkowe wejśca wyjśca zwękza znaczne kozty układu teowana, a w nektóych pzypadkach jet nemożlwa. Poducenc układów napędowych zeoko toują ozwązane polegające na połączenu unwealnego poceoa ygnałowego umezczonego w tandadowej obudowe z układam peyfeyjnym zapojektowanym według pecyfcznych wymagań. Moc oblczenowa poceoa tuktua układów peyfeyjnych wpływają na możlwość toowana algoytmów decydujących o właścwoścach układu napędowego. Welkośc analogowe pzetwazane ą w układach napędowych na welkośc cyfowe za pomocą pzetwonków analogowo-cyfowych. Pecyzyjne teowane napędem wymaga jednoczenego pomau chwlowych watośc co najmnej dwóch welkośc. Cza pzetwazana w pzetwonkach cyfowo-analogowych ne pownen być dłużzy nż ok. 0% okeu powtazana pomaów, jeżel welkośc cyfowe wykozytywane ą w algoytmach ealzowanych pzez poceo. Wękzy cza pzetwazana wpowadza dodatkowe opóźnene o jeden oke pomaów, co komplkuje algoytmy cyfowego teowana. Wybó okeślonego typu pzetwonka do cyfowego teowana układem napędowym jet zawze kompomem pomędzy pożądanym paametam techncznym a ceną. Pzekztałtnk małych mocy poadają małe wymay można w nch pzekazywać ygnały z pzetwonków pomaowych do układu teowana dopowadzając pzewodam napęca do pzetwonków analogowo-cyfowych. Pzetwonk analogowo-cyfowe umezczane ą w bezpośednm ąedztwe poceoa, co umożlwa bezpośedne połączene zyny danych pzetwonka z zyną danych poceoa. Zakłócena wytępujące w układach dużej mocy wykluczają pzeyłane ygnałów analogowych cyfowych na duże odległośc za pomocą pzewodów. Poblemy zwązane z zakłócenam elmnowane ą pzez zatoowane śwatłowodów, któych lczbę w układze edukuje zatoowane zeegowej tanmj danych. To z kole twaza koneczność pzetwazana danych z potac zeegowej na ównoległą w pecjalzowanych tuktuach, gdyż lczba potów tanmj zeegowej, któe mogłyby być wykozytane do połączena z pzetwonkam analogowo-cyfowym, jet zwykle w poceoach newytaczająca. Wygeneowane ygnałów teujących pzetwonkam analogowo-cyfowym zynchonzowanych z dzałanem pozotałej tuktuy układu oaz ewentualne pzetwazane bufoowane danych pzed ch odczytanem pzez poceo wymaga toowana pecjalzowanych kontukcj układów cyfowych. Zatoowane w tym celu pogamowalnych układów logcznych umożlwa umezczene całej tuktuy w jednej obudowe. Pojektanc układów z poceoam ygnałowym, pzetwonkam analogowocyfowym geneatoam funkcj bnanych umezczonym w jednej tuktuze pzyjmują, że tójfazowy falownk napęca jet teowany metodą centalnej modulacj zeokośc 4-
mpulów. Oke mpulowana zawea w tej metodze dwa pzedzały, w któych załączane ą po dwa aktywne wektoy napęca wyjścowego falownka. Kolejność załączana wektoów napęca jet w każdym z pzedzałów odmenna. Czay załączana tych amych wektoów ą ówne. Pzełączane ygnałów załączena tanzytoa dolnego gónego opóźnone jet o cza matwy. Wpowadzane dodatkowych pzeunęć mpulów konecznych do pecyzyjnego teowana napęcem wyjścowym falownka kompenacj czau matwego jet nemożlwe. Stuktua układu teującego tanzytoam falownka pownna geneować zależnośc czaowe wynkające z metody yntezy napęca wyjścowego, umożlwać załączane wyłączane falownka, kontolować napęce na kondenatoze w obwodze pośednczącym, eagować na tany awayjne tanzytoów. Tak ozbudowaną tuktuę można zapojektować z wykozytanem układów logk pogamowalnej. 4.. Achtektua poceoów ygnałowych Poceoy ygnałowe opacowywane ą dla celów pzetwazana ygnałów analogowych, zwłazcza z zatoowanem zybkej tanfomaty Fouea. W układach napędowych wykozytuje ę zybke wykonywane opeacj aytmetycznych pzez poceo ygnałowy, ytem pzewań poty komunkacj z uządzenam zewnętznym. Mnożaka Blok ejetów danych Pzeuwnk Jednotka aytmetycznologczna Ry. 4.. Typowa achtektua poceoa ygnałowego Ofeta poducentów poceoów ygnałowych obejmuje odzny poceoów, w kład któych wchodzą układy óżnące ę lczbą ozkazów, objętoścą pamęc wypowadzonym na zewnątz ygnałam. Najważnejzy jet podzał poceoów na tałopzecnkowe zmennopzecnkowe. Poceoy tałopzecnkowe wykonują opeacje aytmetyczne na lczbach o okeślonej długośc łowa podzelonego umowne na część całkowtą ułamkową. Pozycja pzecnka jet totna pzy wykonywanu opeacj mnożena, gdyż łowo będące wynkem tej opeacj jet pzeuwane pzed dalzym wykozytanem. Stałopzecnkowe poceoy ygnałowe mają wytaczającą zybkość do welu zatoowań napędowych, jednak ch wykozytane wymaga welu opeacj kalowana zmennych opacowana algoytmów zwękzających dokładność oblczeń. Poblemy te ne wytępują w pzypadku poceoów zmennopzecnkowych. Koneczna jet tylko zmana fomatu lczb ze tałopzecnkowego na zmennopzecnkowy odwotne pzy teowanu układam peyfeyjnych, któe poadają wejśca wyjśca tałopzecnkowe lub całkowtolczbowe. Poceoy zmennopzecnkowe wypoażane ą w ozkazy umożlwające wykonywane ówneż opeacj tałopzecnkowych. 4-
Pamęć EEPROM paametów Bufo wejść wyjść bnanych Wyjśca Wejśca Pamęć EPROM pogamu S A D Bufo pzetwonków A/C S C D A Pzewane Sygnały analogowe Poceo Geneato zależnośc czaowych Steowane tanzytoam Intefejy zeegowe Intefejy teowana lokalnego Ry. 4.. Schemat blokowy ytemu z poceoem ygnałowym układam peyfeyjnym S zyna teowana, D zyna danych, A zyna adeowa Typową achtektuę poceoa ygnałowego pokazano na y. 4.. Opeacje dodawana odejmowana oaz logczne wykonywane ą za pomocą jednotk aytmetycznologcznej, mnożaka łuży do wykonywana mnożena pocedu dzelena, a pzeuwnk umożlwa pzeuwane łów w ozkazach teowana. Opeacje aytmetyczne logczne wykonywane ą na ejetach zawatośc komóek pamęc. Do adeowana pamęc łuży zbó ejetów, na zawatośc któych wykonywane ą opeacje dodawana odejmowana za pomocą pomocnczej jednotk aytmetycznej. Poceo obługuje klka do klkudzeęcu pzewań, co ułatwa to pzętowy, na któy kładane ą adey powotu z pogamu obług pzewań. Stoowane jet dublowane ejetów poceoa, co znaczne upazcza pogamy obług pzewań pzypeza ch wykonywane. Połączene z zewnętznym układam ealzowane jet pzez magtale danych adeu oaz ygnały teujące. 4.3. Achtektua układu teowana falownkem napęca z poceoem ygnałowym Poceo ygnałowy teuje falownkem napęca dzałając w otoczenu układów peyfeyjnych, któych tuktua zależy w znacznym topnu od nazędz zatoowanych do pojektowana. Użyce układów pogamowalnych do kontuowana podzepołów ytemu mkopoceoowego pozotawa wele wobody pojektantow. Pogamowane odbywa ę pzy użycu pecjalzowanego języka lub gafczne. Podzepoły łączone ą kolejno w blok, któe twozą heachczną tuktuę. Wękzość złożonych tuktu może być zealzowana w klku ównoważnych waantach. Schemat blokowy ytemu z poceoem ygnałowym układam peyfeyjnym pokazano w potac upozczonego chematu gafcznego na y. 4.. Poceo teuje układam zewnętznym za pomocą ygnałów zgupowanych w zyne teującej. Szyna 4-3
START PRZETWARZANIA ADRESY Dekode adeów Geneato tanów falownka Geneato okeu modulacj ZDEKODOWANE ADRESY STEROWANIE DANE Bufoy czaów wektoów Multpleke cznk czau włączena wektoa SYGNAŁY AWARII Steownk pacy falownka Rozdzelacz teowana tanzytoam IMPUSY STERUJĄCE TRANZYSTORAMI Geneato czau matwego Ry. 4.3. Schemat blokowy geneatoa zależnośc czaowych adeowa zyna danych łużą do pzeyłana adeów danych pomędzy poceoem a uządzenam peyfeyjnym. Na y. 4. ne pokazano dodatkowych ygnałów, któe mogą być pzeyłane pomędzy blokam. Pogam wykonywany pzez poceo zapywany jet w zewnętznej pamęc EPROM, kąd jet ładowany po ygnale RESET. Paamety układu zmenane pzy tojenu zapywane ą pzez poceo w pamęc EEPROM. Układy znajdujące ę na y. 4. po pawej tone zyn mogą być umezczone w jednym układze pogamowalnym. Steowane falownkem odbywa ę za pośednctwem geneatoa zależnośc czaowych, któego wewnętzną tuktuę pokazano na y. 4.3. Na wyjścu geneatoa pojawają ę odpowedne ekwencje mpulów teujących tanzytoam falownka. Wejśca wyjśca bnane zapywane odczytywane ą pzez poceo za pomocą bufoa, któy może być podzelony na oddzelne adeowane pola btowe. Sygnały analogowe pzetwazane ą za pomocą pzetwonków analogowo cyfowych, któe wymagają geneowana óżnych ygnałów teujących w zależnośc od okeślonego typu układu. Wkazane jet zapojektowane autonomcznego układu zatzakującego w odpowednm momence ygnały analogowe ncjalzującego pzetwazane. Moment pomau ygnałów analogowych jet ścśle okeślony pzez geneato zależnośc czaowych. Po zakończenu poceu pzetwazana dane cyfowe pownny być pzepane do adeowanych bufoów, któe mogą być łatwo odczytane pzez poceo. Kontakt z opeatoem teownkem poceu technologcznego zapewna blok ntefejów pojektowany zwykle zgodne z wymaganam konketnej aplkacj. Możlwe jet ówneż toowane pecjalzowanych układów pzęgów zeegowych oaz poceoów ecowych, któych ealzacja w tuktuze układu pogamowalnego jet złożona. Geneato zależnośc czaowych wytwaza ekwencje mpulów teujących tanzytoam falownka na podtawe czaów załączena wektoów ch numeów wyłanych 4-4
pzez poceo do odpowednch bufoów. Czay włączena kolejnych wektoów pzepywane ą z bufoów do lcznka pzez multpleke. Po odmezenu czau włączena wektoa pzez lcznk zmenany jet nume tanu falownka w geneatoze tanów teującym multplekeem. Jednocześne z pzepanem czau włączena wektoa do lcznka jego nume wektoa pzeyłany jet do ozdzelacza teowana tanzytoam uuchamany jet geneato czau matwego. Rozdzelacz teowana tanzytoam łuży do geneowana mpulów teujących tanzytoam z uwzględnenem ygnałów kontolujących pochodzących ze teownka pacy falownka. Za pomocą teownka można załączyć wyłączyć mpuly teujące tanzytoam, a także zablokować tanzytoy po wytąpenu awa. Geneato tanów pacy falownka jet utawany w tane zeowym na początku każdego okeu modulacj za pomocą geneatoa okeu. W tym momence geneowany jet ygnał tatu pzetwazana welkośc analogowych na cyfowe. Po zakończenu pzetwazana geneowany jet ygnał pzewana do poceoa, któy ealzuje powtazany okeowo algoytm teowana mazyną zalaną z falownka. Tak zapojektowana tuktua umożlwa załączane dowolnej lczby wektoów napęca w czae jednego okeu modulacj, co jet nezbędne pzy pecyzyjnym geneowanu napęca wyjścowego falownka. 4-5