ZASTOSOWANIE PROCESORA SYGNA OWEGO TMS320F2812 W CYFROWYM STEROWANIU SILNIKIEM OBCOWZBUDNYM PR DU STA EGO

Podobne dokumenty
PRZETWORNIK PROGRAMOWALNY NAPIÊCIA I PR DU STA EGO TYPU P20H

Systemy wbudowane Mikrokontrolery

PRZETWORNIK WARTOŒCI SKUTECZNEJ PR DU LUB NAPIÊCIA PRZEMIENNEGO TYPU P11Z

Badanie bezszczotkowego silnika prądu stałego z magnesami trwałymi (BLDCM)

PRZETWORNIK WARTOśCI SKUTECZNEJ PRąDU LUB NAPIęCIA PRZEMIENNEGO P20Z

O autorze... 9 Wprowadzenie... 11

ze stabilizatorem liniowym, powoduje e straty cieplne s¹ ma³e i dlatego nie jest wymagany aden radiator. DC1C

DOBÓR PARAMETRÓW REGULATORA PRÊDKOŒCI W BEZPOŒREDNIM STEROWANIU MOMENTEM SILNIKA INDUKCYJNEGO

Wykorzystanie oscyloskopu w doœwiadczeniach szkolnych

PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE Z OTWOREM OKRĄGŁYM TYPU ASR PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE NA SZYNÊ SERII ASK PRZEKŁADNIKI PRĄDOWE Z UZWOJENIEM PIERWOTNYM TYPU WSK

OD MODELU DO KODOWANIA WSPÓ CZYNNIKÓW REGULATORÓW W NAPÊDACH ELEKTRYCZNYCH. CZÊŒÆ II

Przekaźniki półprzewodnikowe

SYMULACJA STOCHASTYCZNA W ZASTOSOWANIU DO IDENTYFIKACJI FUNKCJI GÊSTOŒCI PRAWDOPODOBIEÑSTWA WYDOBYCIA

ANALOGOWE UKŁADY SCALONE

Separatory PRelectronics

ISBN

CZASOOPTYMALNY ODPORNY ALGORYTM STEROWANIA SERWONAPÊDU ELEKTRYCZNEGO

Lekcja 173, 174. Temat: Silniki indukcyjne i pierścieniowe.

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

Załącznik Szczegółowy opis przedmiotu zamówienia na CZĘŚĆ II

VRRK. Regulatory przep³ywu CAV

( 5 4 ) Sposób i urządzenie do sterowania dźwigiem, zwłaszcza towarowym,

PRZEMYSŁOWY ODTWARZACZ PLIKÓW MP3 i WAV

Zawory specjalne Seria 900

RM699B przekaÿniki miniaturowe

LIMATHERM SENSOR Sp. z o.o.

UKŁAD AUTOMATYCZNEJ REGULACJI SILNIKA SZEREGOWEGO PRĄDU STAŁEGO KONFIGUROWANY GRAFICZNIE

Sterownik nagrzewnicy elektrycznej HE

INSTRUKCJA OBSŁUGI WD2250A. WATOMIERZ 0.3W-2250W firmy MCP

2. Przyk ad zadania do cz ci praktycznej egzaminu dla wybranych umiej tno ci z kwalifikacji E.20 Eksploatacja urz dze elektronicznych

Automatyka. Etymologicznie automatyka pochodzi od grec.

ELEKTRYCZNE SI OWNIKI WAHLIWE ESW-16-

Opis programu do wizualizacji algorytmów z zakresu arytmetyki komputerowej

NAGRZEWNICE ELEKTRYCZNE DO KANA ÓW OKR G YCH, STEROWANE SYGNA EM 0-10 V - TYP ENO...X

LABORATORIUM STEROWANIE SILNIKA KROKOWEGO

Automatyzacja pakowania

Falowniki. QX3 AGy AVy. Wektorowe przetwornice częstotliwości:

ERC20. Sterowniki do rekuperatorów SERIA ERC20. Panel naœcienny RMC5 do sterownika ERC 21. Panel naœcienny RMC20 do sterownika ERC 22

SEPARATOR TYPU P20G INSTRUKCJA OBS UGI

Wykład 4. Przegląd mikrokontrolerów 16-bit: - PIC24 - dspic - MSP430

Programator pamięci EEPROM

Przedmowa Czêœæ pierwsza. Podstawy frontalnych automatów komórkowych... 11

gdy wielomian p(x) jest podzielny bez reszty przez trójmian kwadratowy x rx q. W takim przypadku (5.10)

Komuniukacja Komputer-Komputer

Elementy cyfrowe i układy logiczne

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

Bateryjny Konwerter CAK-02

7. REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

Wykład 2. Interfejsy I 2 C, OneWire, I 2 S

Przetwornica napiêcia sta³ego DC2A (2A max)

STEROWNIKI NANO-PLC NA PRZYKŁADZIE STEROWNIKA LOGO!

PMI8 przekaÿnikowe modu³y interfejsowe

ELEKTRYCZNE SI OWNIKI WAHLIWE ESW-25-00

TRÓJFAZOWY LICZNIK STATYCZNY TYPU LS30

Wykład 10. Urządzenia energoelektroniczne poprzez regulację napięcia, prądu i częstotliwości umoŝliwiają

Badanie własności prądnic tachometrycznych. Prądnica indukcyjna dwufazowa, prądnica magnetoelektryczna.

PIR2 z gniazdem GZM2 przekaÿniki interfejsowe

Sterownik Silnika Krokowego GS 600

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Opis funkcjonalny i architektura. Modu³ sterownika mikroprocesorowego KM552

Jednostki zêbate o zazêbieniu zewnêtrznym

Problemy optymalizacji układów napędowych w automatyce i robotyce

Spe³nienie wymagañ czasu rzeczywistego w obrêbie rodziny sterowników PLC

NAGRZEWNICE ELEKTRYCZNE DO KANA ÓW OKR G YCH, STEROWANE SYGNA EM 0-10 V - TYP ENO...X

Sieć komputerowa grupa komputerów lub innych urządzeo połączonych ze sobą w celu wymiany danych lub współdzielenia różnych zasobów, na przykład:

ELEKTRYCZNE SI OWNIKI WAHLIWE ESW-16-

CD-W Przetwornik stężenia CO 2 do montażu naściennego. Cechy i Korzyści. Rysunek 1: Przetwornik stężenia CO 2 do montażu naściennego

Przykłady oszczędności energii w aplikacjach napędowych

MASZYNY ELEKTRYCZNE WOKÓŁ NAS Zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie

tel/fax lub NIP Regon

RSR30 przekaÿniki pó³przewodnikowe w¹skoprofilowe

RM96 przekaÿniki miniaturowe

Spis procedur i programów

ELEKTRYCZNE SI OWNIKI LINIOWE ESL-13-

ELEKTRYCZNE SI OWNIKI WAHLIWE ESW-26-00

Nowoczesne systemy regulacji wydajności spręŝarek chłodniczych: tłokowych, śrubowych i spiralnych. Część 1. Autor: Marek Kwiatkowski

Styczniki. - nowa linia /2008.

OPIS liczniki EIZ- G INSTRUKCJA MONTA U

Regulatory temperatury

Zasilacz 24V DC. Uk³ad pomiarowy do sprawdzania poprawnoœci dzia³ania SSR-33 4 Opis pinów z³¹cza obiektowego. Zasilanie

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

RM96 przekaÿniki miniaturowe

W Y B R A N E P R O B L E M Y I N Y N I E R S K I E

Obiekt. Obiekt sterowania obiekt, który realizuje proces (zaplanowany).

Base 6T - widok z przodu

CHARAKTERYSTYKA WYKONANIA NA YCZENIE

INFORMATOR TECHNICZNY GE FANUC. Rezerwacja w sterownikach programowalnych GE Fanuc. Standby Redundancy najprostszy system rezerwacji

PRZEMIENNIKI CZÊSTOTLIWOŒCI TYPU RN 82V

Pomiar mocy pobieranej przez napędy pamięci zewnętrznych komputera. Piotr Jacoń K-2 I PRACOWNIA FIZYCZNA

888 A 888 V 1. ZASTOSOWANIE 2. BUDOWA GENERATOR NAPIĘCIA 3-FAZOWEGO L2 L3 N PE

STANDARDOWE REGULATORY CIŒNIENIA I TEMPERATURY HA4

INSTRUKCJA OBSŁUGI URZĄDZENIA: HC8201

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: EEL s Punkty ECTS: 4. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

Przedsiębiorstwo WielobranŜowe GALKOR Sp. z o.o. ul. Ogrodowa Koronowo Tel:

PERFEKCJA TECHNOLOGII

Ethernet VPN tp. Twój œwiat. Ca³y œwiat.

SLZ. Szafa zasilajàco-sterujàca

napiêcie zasilania 220V +15% 15% ( 25%) czêstotliwoœæ wytrzyma³oœæ napiêciowa izolacji

Transkrypt:

ELETROTECHNIA I ELETRONIA TOM 27. ZESZYT 1, 2008 Grzegorz SIELUCI *, Rajmund SYULSI *, Antoni ZDROJEWSI* ZASTOSOWANIE PROCESORA SYGNA OWEGO TMS320F2812 W CYFROWYM STEROWANIU SILNIIEM OBCOWZBUDNYM PR DU STA EGO STRESZCZENIE Przedstawiono standardow¹ strukturê kaskadowego uk³adu regulatorów w cyfrowym uk³adzie sterowania napêdem pr¹du sta³ego. Zaprezentowano metodê doboru nastaw regulatorów pr¹du i prêdkoœci. Omówiono procesor DSP TMS320F2812 pod k¹tem zastosowania w uk³adzie sterowania napêdem elektrycznym. Omówione zagadnienia poparto wynikami badañ laboratoryjnych. S³owa kluczowe: przekszta³tnikowy napêd pr¹du sta³ego, regulacja prêdkoœci k¹towej, kryterium kszta³tu, cyfrowy uk³ad regulacji, procesor sygna³owy DSP DSP TMS320F2812 APPLICATION IN DIGITAL CONTROL SYSTEM OF SEPARATELY EXCITED DC MOTOR Standard structure of digital cascade controller system in DC drive is presented. Speed and current controller parameters selection methods are proposed. Processor DSP in converter DC drive is presented and result of this control system are discussed. eywords: converter DC drive, angular speed control, form criterion, digital control system, processor DSP 1. WPROWADZENIE Wiele systemów sterowania napêdami z silnikami pr¹du sta³ego jest realizowanych w oparciu o kaskadow¹ strukturê uk³adu regulacji. Coraz czêœciej te w takich uk³adach stosuje siê cyfrowe uk³ady sterowania silnikiem z dedykowanymi dla napêdu elektrycznego procesorami sygna³owymi, których zadaniem jest przej¹æ role uk³adów ci¹g³ych i znacznie przyspieszyæ proces sterownia. W niniejszym artykule przedstawiono propozycje zastosowania procesora sygna³owego TMS320F2812 w uk³adzie sterowania silnikiem obcowzbudnym pr¹du sta³ego oraz wyniki badañ laboratoryjnych zarejestrowanych podczas rozruchu i pracy silnika ze zmiennym momentem obci¹ enia. Zastosowana w systemie napêdowym zosta³a kaskadowa struktura regulatorów, sk³adaj¹ca siê z nadrzêdnego regulatora prêdkoœci oraz z podrzêdnego regulatora pr¹du silnika, ze swoj¹ w³asn¹ pêtl¹ sprzê enia zwrotnego. Na rysunku 1 przedstawiono blokowy schemat uk³adu napêdowego z silnikiem pr¹du sta³ego. R t RI Y M Rys. 1. Schemat uk³adu kaskadowej regulacji dla napêdu pr¹du sta³ego TG Regulator RI pr¹du twornika ma za zadanie ograniczyæ pr¹d i jego pochodn¹ przy jednoczesnym zapewnieniu optymalnego przebiegu w stanach przejœciowych jak rozruch, obci¹ enie udarowe, tak by wartoœæ oraz szybkoœæ narastania pr¹du nie przekroczy³y dopuszczalnej granicy. Odpowiedni¹ sztywnoœæ charakterystyki = f(m m ), narzucon¹ przez proces technologiczny, zapewnia proporcjonalny regulator prêdkoœci k¹towej. Jest to najbardziej rozpowszechniony typ regulatora i gwarantuje dopuszczalny uchyb statyczny m, przy wyst¹pieniu sta³owartoœciowego momentu obci¹ enia. Regulator prêdkoœci ma charakterystykê nieliniow¹ ze wzglêdu na uk³ad ograniczaj¹cy, który powoduje, e jego napiêcie wyjœciowe, bêd¹ce wartoœci¹ zadan¹ dla regulatora pr¹du jest ograniczane do sygna³u proporcjonalnego do dopuszczalnej wartoœci pr¹du twornika I d. 2. NAPÊD PR DU STA EGO Napêd elektryczny, bêd¹cy obiektem regulacji, sk³ada siê ze sterownika i wzmacniacza mocy, który jest przekszta³tnikiem tyrystorowym, zasilaj¹cym obcowzbudny silnik pr¹du sta³ego. Uk³ad przekszta³tników statycznych jest traktowany jako cz³on o sta³ym wspó³czynniku wzmocnienia p. Poni- ej przedstawiono model matematyczny silnika obcowzbudnego [1, 2, 3]: Ut ItR L di () t () () t t e( Iw ) w( t) dt d( t) Mm() t I() t e( Iw ) J dt d Uw() t Iw() t Rw [ LwIw()] t dt (1) * atedra Automatyki Napêdu i Urz¹dzeñ Przemys³owych, Wydzia³ Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki, Akademia Górniczo-Hutnicza w rakowie 48

ELETROTECHNIA I ELETRONIA TOM 27. ZESZYT 1, 2008 gdzie: U(t) napiêcie zasilania twornika silnika, I(t), I w (t) pr¹d twornika i wzbudzenia silnika, R t, R w rezystancja obwodu twornika i obwodu wzbudzenia, U w (t) napiêcie zasilania obwodu wzbudzenia, M m (t) moment obci¹ enia silnika, (t) prêdkoœæ k¹towa silnika, e (I w ) strumieñ skojarzony rotacyjnie z uzwojeniem twornika, J ca³kowity moment bezw³adnoœci Dla powy szego uk³adu sterowania i modelu napêdu przyjêto dodatkowe za³o enia: napêd pracuje w zakresie pr¹dów ci¹g³ych; proces komutacji nie wp³ywa na zewnêtrzne mierzalne parametry napêdu. Dla zapewnienia poprawnej pracy uk³adu w stanach dynamicznych musz¹ byæ dodatkowo spe³nione nastêpuj¹ce ograniczenia: gdzie: It () Id N I N di() t p p di () gdzie t dt dt () t N d min (2) dopuszczalna krotnoœæ pr¹du znamionowego, p dopuszczalna krotnoœæ narastania pr¹du znamionowego w czasie 1 sekundy. gdzie: T 1 = 0,5 T B 1 1 4, B B 1 = B T 1, = N p, B sta³a elektromechaniczna silnika, T sta³a elektromagnetyczna silnika. Na podstawie (3) mo na wyznaczyæ parametry zastêpczego uk³adu dla regulatora i obiektu, co u³atwi wyznaczenie nastaw regulatora prêdkoœci. Wówczas uzyskuje siê transmitancjê zastêpcz¹ w postaci k z Gz () s s 1 gdzie: k z pb VRu, VR Y B VR Y B B u p u Zastosowanie regulatora prêdkoœci typu P, skutkuje uzyskaniem statycznego uk³adu regulacji prêdkoœci k¹towej. Dobór nastaw przeprowadza siê, wykonuj¹c analizê obwodu regulacji przedstawionego na rysunku 3. u s (s) p k z s+1 en 1. M m 1 Js (s) (4) Przyjêto, e typem regulatora pr¹du jest cz³on proporcjonalno-ca³kuj¹cy (PI), a do obliczenia nastaw regulatora wykorzystano kryterium kszta³tu, dziêki czemu zapewniony zosta³ zadany, eksponencjalny przebieg pr¹du w najlepszy sposób wykorzystuj¹cy mo liwoœci silnika. Uwzglêdnia siê tak e wp³yw sta³ej elektromechanicznej napêdu B J R. 2 en Schemat blokowy uk³adu regulacji pr¹du przedstawiono na rysunku 2. Wówczas parametry regulatora przyjmuj¹ postaæ Rys. 3. Schemat blokowy napêdu z proporcjonalnym regulatorem prêdkoœci I N M N k k k k z t m t en z t m (5) U z (s) ms+1 Vs p Y 1 Bs R u BTs 2 +Bs+1 Rys. 2. Schemat blokowy uk³adu regulacji pr¹du twornika silnika obcowzbudnego pr¹du sta³ego wed³ug kryterium kszta³tu I(s) gdzie m okreœla wzglêdny statyzm regulacji dla zadanej prêdkoœci obrotowej, przy nominalnym momencie obci¹ enia M N. W tabeli 1 zamieszczono wyliczone wartoœci nastaw regulatorów, w oparciu o parametry napêdu zamieszczone w dodatku. Tabela 1 Parametry regulatorów Przy spe³nionym warunku B > 4T parametry regulatora wynosz¹: Regulator prêdkoœci w =90 1i m 0,0797 V 0,1869 Regulator pr¹du 2i 1 V 1 0,1869 mt1 YpB V ( B R 1 ) (3) Powy sze wyniki optymalizacji parametrycznej dla uk³adu ci¹g³ego zosta³y przekonwertowane do uk³adu dyskretnego. 49

Grzegorz SIELUCI, Rajmund SYULSI, Antoni ZDROJEWSI ZASTOSOWANIE PROCESORA SYGNA OWEGO TMS320F2812 W CYFROWYM STEROWANIU SILNIIEM... W wyniku zastosowania transmitancja opisuj¹cej uk³ad w dziedzinie zmiennej Z otrzymano transmitancjê [5] z z z z z GR ( z ) 1 ( ) z 2 ( z 1) z 1 z 1 1 2 gdzie m V, T s, T s jest czasem próbkowania. V Przeliczone parametry regulatorów zosta³y ujête w tabeli 2. (6) rozkazów i danych. Procesor mo e odczytywaæ rozkazy oraz dane przy równoczesnym zapisywaniu innych danych w celu wykonywania operacji w jednym cyklu na magistrali. Procesor dzia³a w ten sposób na szeœciu oddzielnych szynach adresowych/danych. Na rysunku 4 zaprezentowana zosta³a wewnêtrzna struktura procesora. Tabela 2 Parametry regulatorów zastosowane w cyfrowym uk³adzie regulacji Regulator prêdkoœci Regulator pr¹du Moment obci¹ enia w =90 1i = 0,0426 2i = 0,0415 M m = 103 Nm Ze wzglêdu na fakt, i procesor realizuj¹cy zadanie regulacji wykonuje obliczenia sta³oprzecinkowe, zachodzi koniecznoœæ zakodowania wspó³czynników regulatorów w kodzie Q15 i wykonywania symulacji z u yciem liczb sta³oprzecinkowych. Wykorzystanie liczb sta³oprzecinkowych oraz kodu Q15 wi¹ e siê ograniczon¹ pojemnoœci¹ tej reprezentacji liczbowej oraz mo liwoœci¹ wystêpowania przepe³nieñ. Poniewa w kodzie Q15 liczby mog¹ przyjmowaæ wartoœci tylko z przedzia³u od 1 do 0,99997, zachodzi koniecznoœæ odpowiedniego przeskalowania wartoœci parametrów regulatora kaskadowego. Aby nie utraciæ dok³adnoœci, wskazane jest równie dodatkowe przeskalowanie nastaw regulatorów tak, aby zbli one by³y do górnego b¹dÿ dolnego zakresu kodu Q15. Tabela 3 przedstawia przeskalowane wartoœci nastaw regulatorów. Tabela 3 Skalowanie wspó³czynników w regulatorach prêdkoœci oraz pr¹du Wartoœci wyznaczone Wartoœci przeskalowane w 90 0,9 1i 0,42616027256748 0,85232054513495 2i 0,041546131465569 0,83092262931138 3. PROCESOR SYGNA OWY TMS320F2812 Zastosowany procesor w uk³adzie sterowania napêdem to 32-bitowy sta³oprzecinkowy procesor sygna³owy (DSP) ³¹cz¹cy w sobie cechy cyfrowego przetwarzania sygna³ów ze zredukowan¹ list¹ instrukcji (RISC), architektur¹ mikrokontrolera, odpowiednim oprogramowaniem (firmware) oraz narzêdziami programistycznymi. Do zalet DSP mo na zaliczyæ: zmodyfikowan¹ architekturê Harvard oraz adresowanie cykliczne. RISC okreœla wykonywanie instrukcji w jednym cyklu oraz operacje dzia³aj¹ce bezpoœrednio miêdzy rejestrami. Zmodyfikowana architektura typu Harvard w przypadku tego procesora, pozwala na równoleg³e przesy³anie Rys. 4. Schemat blokowy procesora TMS320F2812 Poni ej przedstawiono najwa niejsze cechy procesora sygna³owego TMS320F2812 ze wzglêdu na wykorzystanie do pracy w cyfrowym uk³adzie sterowania napêdem [6]: technologia CMOS, wsparcie JTAG (standard testowania uk³adów scalonych œcie k¹ krawêdziow¹), wydajny procesor 32-bitowy (TMS320F2812), operacje dodawania oraz mno enia (MAC) 16 16 bitów oraz 32 32 bitów, wbudowana pamiêæ, Boot ROM (4 16), interfejs zewnêtrzny XINTF (szyna adresowa XA 19 bitów, szyna danych XD 16 bitów), zegar i systemy kontroli, trzy zewnêtrzne przerwania, blok (PIE) rozszerzaj¹cy liczbê przerwañ zewnêtrznych (do 45), cztery timery ogólnego przeznaczenia, trzy timery CPU 32-bitowe, peryferia portu szeregowego, 16-kana³owy przetwornik A/C 12-bitowy, we/wy ogólnego przeznaczenia (GPIO): maksymalnie 56, zaawansowane metody emulacji, narzêdzia programowe. 50

ELETROTECHNIA I ELETRONIA TOM 27. ZESZYT 1, 2008 W sk³ad zintegrowanych urz¹dzeñ peryferyjnych procesora TMS320F2812 wchodz¹ (rys. 4): trzy timery typu: 32 bit CPU-timers, dwa mened ery zdarzeñ (EVA, EVB), modu³ przetwarzania A/C, modu³ ecan, modu³ McBSP, interfejs komunikacji szeregowej (SCI-A, SCI-B), modu³ interfejsu szeregowego (SPI), wyprowadzenia cyfrowych we/wy oraz funkcji wspó³dzielonych. Procesor TMS320F2812 jest wyposa ony w 12-bitowy przetwornik A/C obs³uguj¹cy 16 kana³ów poprzez dwa analogowe multipleksery. Zawiera dwie jednostki Sample & Hold umo liwiaj¹ce równoczesne próbkowanie dwóch kana³ów, wbudowane s¹ tak e regulatory napiêæ. Natomiast do obwodów cyfrowych zaliczaj¹ siê: programowalny sekwencer (ustawia dane w predefiniowanej kolejnoœci), rejestry wynikowe, interfejs dla po³¹czenia z obwodami analogowymi, peryferiami oraz innymi wbudowanymi modu³ami. Procesor TSM320F2812 jest równie wyposa ony w generator sygna³u PWM, który dzia³a w oparciu o wbudowane timery. Aby wygenerowaæ sygna³ PWM, potrzebny jest odpowiedni timer dla powtarzania okresu zliczania równego okresowi sygna³u PWM. W tym celu u ywany jest rejestr porównawczy, który przetrzymuje wartoœci moduluj¹ce. Wartoœci rejestru porównawczego s¹ w ka dym takcie porównywane z wartoœciami licznika-timera. W chwili, gdy s¹ one równe, nastêpuje prze³¹czenie stanu (z niskiego na wysoki, lub odwrotnie) na odpowiednim wyjœciu. Gdy wartoœci ponownie siê zrównaj¹, nastêpuje powtórne prze³¹czenie w kierunku przeciwnym ni poprzednio. a dy menad er zdarzeñ (EVA oraz EVB) mo e równoczeœnie generowaæ maksymalnie 8 przebiegów PWM: trzy niezale ne pary (szeœæ wyjœæ) poprzez trzy jednostki pe³nego porównywania (Full Compare Unit) z programowaln¹ stref¹ nieczu³oœci (deadband) oraz dwa niezale ne wyjœcia PWM generowane poprzez timery ogólnego przeznaczenia (General Purpose). 4. STRUTURA I ALGORYTM REGULACJI Na rysunku 5 pokazano schemat elektryczny przekszta³tnikowego uk³adu sterowania napêdem pr¹du sta³ego. Uk³ad regulacji pobiera informacjê o aktualnej wartoœci pr¹du z przetwornika LEM, natomiast aktualna wartoœæ prêdkoœci silnika jest wyznaczana na podstawie sygna³u elektrycznego z tachogeneratora zainstalowanego na wale silnika. Sygna³ wychodz¹cy z cyfrowego uk³adu regulacji steruje prac¹ przekszta³tnika. Dok³adna analiza kolejnych kroków w przetwarzaniu sygna³ów: steruj¹cego przekszta³tnikiem i przychodz¹cych ze sprzê eñ zwrotnych zosta³a przedstawiona na rysunkach 6 8. Zakresy liczb lub sygna³ów napiêciowych zosta³y przedstawione w nawiasach kwadratowych. W wyniku przeliczenia parametrów regulatorów z uk³adu ci¹g³ego do dyskretnego oraz po dokonaniu niezbêdnych przeskalowañ otrzymano parametry regulatorów dla czêstotliwoœci próbkowania f s = 2 khz, które zosta³y zamieszczone w tabeli 4. Tabela 4 Parametry cyfrowych regulatorów silnika obcowzbudnego, f s = 2 khz Wzmocnienie proporcjonalnego regulatora p =12 Wspó³czynnik 1i cyfrowego regulatora pr¹du 1i = 0,4296 Wspó³czynnik 2i cyfrowego regulatora pr¹du 2i = 0,4268 Okres próbkowania T s = 0,0005 Wspó³czynnik p w reprezentacji sta³oprzecinkowej p =4 (po przeskalowaniu) Wspó³czynnik 1i w reprezentacji sta³oprzecinkowej 1i = 0,98808 (po przeskalowaniu) Wspó³czynnik 2i w reprezentacji sta³oprzecinkowej 2i = 0,98179 (po przeskalowaniu) Rys. 5. Schemat cyfrowego przekszta³tnikowego uk³adu sterowania napêdem pr¹du sta³ego 51

Grzegorz SIELUCI, Rajmund SYULSI, Antoni ZDROJEWSI ZASTOSOWANIE PROCESORA SYGNA OWEGO TMS320F2812 W CYFROWYM STEROWANIU SILNIIEM... Rys. 6. Schemat przetwarzania sygna³u steruj¹cego prac¹ przekszta³tnika Rys. 7. Schemat przetwarzania sygna³u z pr¹dowego sprzê enia zwrotnego Rys. 8. Schemat przetwarzania sygna³u z prêdkoœciowego sprzê enia zwrotnego W procesie uruchamiania i weryfikacji zaprezentowanego sposobu przetwarzania wykorzystano œrodowisko wizualnego programowania i uruchamiana programów VisSim ECD [4]. Pozwala ono na transmisjê do nadrzêdnego komputera PC sygna³ów pomiarowych i steruj¹cych wykorzystywanych w algorytmie sterowania cyfrowego. 5. WYNII BADAÑ Na rysunkach 9 i 10 przedstawiono przebiegi zarejestrowane przez przetworniki A/C dla zadanej prêdkoœci obrotowej równej 500 obr./min. Na przebiegach pokazane s¹ odczyty z procesora DSP wyra one w reprezentacji liczb sta³oprzecinkowych. Rozruch przeprowadzany by³ przy obci¹ eniu generatorowym równym ok. 26 Nm. Prêdkoœæ równa 500 obr./min (52,36 rad/s) odpowiada wartoœci 0,175 na rysunku, natomiast pr¹dowi 11,8 A odpowiada wartoœæ 0,097. W symulacji moment obci¹ enia by³ zadany skokowo, natomiast w rzeczywistym napêdzie moment ten narasta stopniowo od chwili rozruchu. Jest to jedna z przyczyn wystêpowania ró nic miêdzy symulacj¹ a prac¹ napêdu laboratoryjnego. W kolejnym doœwiadczeniu zwiêkszono prêdkoœæ zadan¹ do 1250 obr./min (rys. 11 i 12). Rozruch zosta³ wykonany bez momentu obci¹ enia i dla czasu 17,5 s zosta³o za³¹czone wzbudzenie generatora obci¹ aj¹cego silnik. Potem nastêpuje sekwencja wy³¹czenia i za³¹czenia generatora. Na przedstawionych przebiegach prêdkoœci widoczny jest brak stabilizacji prêdkoœci na wartoœci zadanej podczas obci¹ enia silnika. Fakt ten wynika z zasad pracy proporcjonalnego regulatora prêdkoœci k¹towej (statyzm). 52

ELETROTECHNIA I ELETRONIA TOM 27. ZESZYT 1, 2008 Rys. 9. Przebiegi pomiarów przetwornika A/C reprezentuj¹ce prêdkoœæ k¹tow¹ oraz przebieg uzyskany w symulacji w VisSimie Rys. 10. Przebiegi pomiarów przetwornika A/C reprezentuj¹ce pr¹d twornika oraz przebieg uzyskany w symulacji w VisSimie Rys. 11. Przebiegi pomiarów przetwornika A/C, reprezentuj¹ce prêdkoœæ oraz po ¹dany przebieg uzyskany w symulacji w VisSimie 53

Grzegorz SIELUCI, Rajmund SYULSI, Antoni ZDROJEWSI ZASTOSOWANIE PROCESORA SYGNA OWEGO TMS320F2812 W CYFROWYM STEROWANIU SILNIIEM... Rys. 12. Przebiegi pomiarów przetwornika A/C, reprezentuj¹ce pr¹d twornika oraz po ¹dany przebieg uzyskany w symulacji w VisSimie Rys. 13. Przebiegi odczytane z DSP, reprezentuj¹ce wype³nienie PWM oraz po ¹dany przebieg uzyskany w symulacji w VisSimie faza rozruchu Na rysunku 13 przedstawiony zosta³ przyk³adowy przebieg sygna³u podawanego do uk³adu PWM, który jest proporcjonalny do napiêcia steruj¹cego przekszta³tnikiem tyrystorowym. Na rysunku 6 sygna³ ten jest oznaczony jako wyjœcie z algorytmu regulacji. 6. PODSUMOWANIE Przedstawione zagadnienie szybkiego prototypowania regulatorów pr¹du i prêdkoœci dla silnika pr¹du sta³ego, zosta³o przeanalizowane zarówno pod k¹tem teoretycznym, jak i praktycznym. Pokazany zosta³ proces projektowania cyfrowej kaskadowej struktury regulacji wykorzystywanej w kilku ró nych fazach, pocz¹wszy od optymalizacji uk³adu ci¹g³ego, poprzez dyskretyzacjê i kodowanie liczb sta³oprzecinkowych, a koñcz¹c strukturze uk³adu cyfrowego i przetwarzaniu analogowym i cyfrowym sygna³ów.w koñcowej czêœci artyku³u zaprezentowano wyniki weryfikacji doœwiadczalnej zaprojektowanego uk³adu na stanowisku modelowym przekszta³tnikowego napêdu pr¹du sta³ego. Uzyskane przebiegi porównano z wynikam i symulacji dla identycznego zadania regulacji. Wystêpowanie ró nic w obydwu badaniach jest zwi¹zane z niedok³adnoœciami identyfikacji parametrów silnika, nie uwzglêdnieniem nieliniowego i dyskretnego dzia³ania przekszta³tnika tyrystorowego oraz z zak³óceniami w torach pomiarowych. 7. DODATE W tabeli 5 przedstawiono parametry wykorzystywanego napêdu. 54

ELETROTECHNIA I ELETRONIA TOM 27. ZESZYT 1, 2008 Tabela 5 Parametry wykorzystywanego napêdu Rezystancja uogólniona R u = R ts + R d³ + R dod Indukcyjnoœæ uogólniona L u Sta³a elektromagnetyczna silnika T Sta³a elektromechaniczna silnika B 1,8 99 mh 0,055 s 0,263 s Moment bezw³adnoœci J 0,699 kgm 2 Strumieñ magnetyczny en 2,19 Vs Wzmocnienie przekszta³tnika k p 75,13 Wzmocnienie toru sprzê enia pr¹dowego Y 0,06 Wzmocnienie toru sprzê enia prêdkoœciowego k T 0,026 Napiêcie znamionowe U N Pr¹d znamionowy I N Prêdkoœæ znamionowa n N Literatura 440 V 47 A 1500 obr./min [1] Ciepiela A.: Automatyka przekszta³tnikowego napêdu pr¹du sta³ego. raków, Wydawnictwa AGH 1992 [2] Leonhard W.: Control of Electrical Drives. Berlin, Springer-Verlag 1997 [3] aÿmierkowski M., Tunia H.: Automatic control of converter-fed drives. Warszawa, Elsevier 1994 [4] VisSim/Embedded Controls Developer User s Guide. Visual Solutions 2005, document elektroniczny [5] Vaccaro J.: Digital Control. A State-Space Approach. McGraw-Hill, Inc., 1995 [6] TMS320F2812 Digital Signal Processor. Data Manual. Texas Instruments. 2007, document elektroniczny Wp³ynê³o: 4.03.2008 r. Grzegorz SIELUCI Urodzi³ siê 2 lutego 1972 roku. Studia wy sze ukoñczy³ w roku 1997 w Akademii Górniczo-Hutniczej w rakowie na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. Stopieñ naukowy doktora nauk technicznych uzyska³ w 2000 roku. Od pocz¹tku pracuje w atedrze Automatyki Napêdu i Urz¹dzeñ Przemys³owych AGH. Zajmuje siê sterowaniem dyskretnym w uk³adach napêdowych. E-mail: sieklo Rajmund SYULSI Urodzi³ siê 1 stycznia 1977 roku. Studia wy sze ukoñczy³ w roku 2001 w Akademii Górniczo-Hutniczej w rakowie na Wydziale Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki. Od 2001 roku jest asystentem w atedrze Automatyki Napêdu i Urz¹dzeñ Przemys³owych. Zajmuje siê sterowaniem w napêdach elektrycznych. Antoni ZDROJEWSI Urodzi³ siê 1 wrzeœnia 1948 roku. Studia wy sze ukoñczy³ w roku 1973 w Akademii Górniczo-Hutniczej w rakowie na Wydziale Elektrotechniki Górniczej i Hutniczej (kierunek Automatyka i Telekomunikacja). Od pocz¹tku pracuje w atedrze Automatyki Napêdu i Urz¹dzeñ Przemys³owych. Uczestniczy³ w wielu pracach przemys³owych dotycz¹cych sterowania silnikami synchronicznymi. G³ównym przedmiotem jego zainteresowañ jest sterowanie silnikami elektrycznymi i serwomechanizmami. e-mail:zdrojton@agh.edu.pl