нал имеет некое среднее значение (рис. 4.31). Входное напряжение переключаец, между нулевым и максимальным значениями, в результате вырабатывается опре. ленное среднее значение выходной мощности. Если частота переключештй достатгд но высока но сравнению с постоянной времени управляемой системы, то кoлe6aн?J выходных величин пренебрежимо малы.

межфазное напряжение

600 400 200 О

-200 -400 --600 -

0.03

0.04

0.01 0.02

005 тмя.с

Рис. 4.31. Огибающая результирующего напряжения в цикле широтно-нмпульсной .модуляции (ШИМ)

Напряжение переключается между тремя значениями (ноль, ноложительпый .чакси-мум и отрицательный минимум). Синусоидальная кривая ~ эффективное напряжение, приложенное к нагрузке

Частотный преобразователь (Jrequency convert.er) - это регулятор частоты вр щения и момента двигателя, основанный на применении ШИМ-тсх1и:)логии;онпр* меняется для двигателей переменного тока. Частотные преобразователи можно» пользовать как в новых системах, так и для модис{)икации старых. Посколь*) большинство насосов и компрессоров уже имеют асинхронные двигатели, то в v0 тором смысле они подготовлены к применению частотных преобразователей. Щ реализации сложных режимов с широким рабочим диапазоном, нри низких скор* тях и больших моментах может потребоваться дополнительное охлаждение nocpJf iieiHiro с обычно применяемым в двигателях.

4.7.2. Управление позиционированием и скоростью приводов

Стандарт1и:)й задачей в промышлешюсти и автоматизации процессов яв.т; высокоточное управление позиционированием сервомеханизма, например .ма1 лятора робота, инструмента станка или магнипюй головки дисковода компыс Для сс решения двигатель сервомеханизма должен бьггь снабжен системой o6pt связи, вырабатывающей необходи.мое управляющее воздействие. Структура с .мы управления позиционирование.м показана на рис. 4.32; она не зависит ini от

182�8676�1

.шигателя (пере.мипюго или постоянного тока), ни от типа управления (цифровое илиан.иоговое).

опорное пюожение

опорная скорость

опорный момент

управление положением

jf/y\ управление jr/y\ -*\LJ-* скоростью \L)-*

двигатель нагрузка

управление моментом

момент

скорость

положение

Рнс. 4.32. Схема структуры сервосистемы управления позиционированием

Сервосистема управления позиционированием содержит в каскадной конфигура-:и три вложенных К01ггурадля MOMCirra, скорости и положения. Угол поворота из-ряется датчиком (разделы 4.3 и 4.4.1) и сравнивается с опорным значением. Исхо-

из величины отклонения регулятор вычисляет новое значение скорости, иСпечивающее требуемое изменение положения.

Чтобы из.мепить угловую скорость, двигатель должен изменить вращающий мо-мт(нример 3.3, раздел 3.2.1). Требуемый MOMeirr вычисляется регулятором скоро-на основе встроенной динамической модели используемого двигателя. Вычисленное значе1П1е затем сравнивается с текущим, которое, напри.мер, можно оценить, измеряя ток ротора (пример 3.5, раздел 3.2.2). Разность моментов используется как входная величина для регулятора момента, оборудованного силовой электроникой, вырабатывающей напряжение и частоту для управления двигателем.

11оказа1шую систему управления позиционированием можно использовать, например, для продольного позиционирования лазерного датчика устройства чтения компакт-дисков. Во .многих исполнительных механизмах требуется управлять yrjro-вой скоростью, а не положением, например в приводе вращения диска того же 1)-плейера. В этом случае внешний контур управления нозинионироваттем мож1и:) ,.лить из каскада управления. Опорное значение для регулятора угловой скорос-I) этом случае устанавливается непосредственно.

Вели система утгравлсния позиционированием базируется на аналоговой технике, равляющий компьютер должен вырабатывать аналоговые сигналы; это мож1ИЭ одеть, например, с номон1ЬЮ цифро-аналогового преобразователя (раздел 5.2). Часто-вращепия можщэ измерять тахометром (пример 4.3, раздел 4.4.1), а положение -тенциометро.м.

Другой подход заключается в сочета1П1И аналоговой и щтфровой технологии, •том случае управление частотой вращения осуществляегся аналоговой электро-!кой, а управление положением - компьютером (рис. 4.33). Такие структуры ун-пления исно.чьзуются с начала 1960-х годов.

выходной порт компьютера

сигнал направления (выбор полярности в цифро-аналоговом преобразователе)

импульсы увеличения угла поворота

+ счетчик

увеличе7шя/ уме71ьшения

регулятор положегшя

опорное значение угловой скорости

двигатель

постоянного

тока

цифро-аналоговый преобразователь

импульсы уменьшения угла поворота

обратная связь по углу поворота

тахометр

цифровой

датчик положения

аналоговый

Рис. 4.33. Соединение аналогового и цифрового контуров сервоунравления

Датчик положения - это относительный кодер угла новорота (пример 4.1, раздел 4.3.4), который выдает фиксированное число импульсов на каждый оборот вада двигателя. Когда двигатель вращается, генерируется последовательность и.мпуль-сов, скорость поступления которых пропорциональна частоте вращения. Компьютер посылает импульсы позиционирования, которые добавляются к счетчику импульсов. Импульсы от датчика положения, напротив, вычитаются из него. Разность в числе положительных и отрицательных импульсов (значение счетчика) определяет ошибку позиционирования; эта величина подается в ЦАП, который вырабатывает аналоговый сигнал - напряжение, используемый в качестве опорного для скорости. Компьютер получает и выдает только импульсные сигналы, как нри управлении шаговым двигателем, а не реальным двигателем постоянного тока.

Контур сервоунравления можно полностью реализовать на цифровой технике Датчик положения вала обеспечивает измерительную информациго и о положении, и о скорости. Специальные платы, содержащие необходимые цифровые контуры управления, существуют для многих типов микрокомпьютеров. Такие контроллеры выпускаются и в исполнении с сервоусилителями.

4.7.3. Шаговые двигатели

Шаговые двигатели {stepping motors) являготся приводными иснолнительиыми механизмами, обеспечивагощими фиксированные угловые перемещения (шаги). Каждое изменение угла поворота ротора - это реакция шагового двигателя на входной импульс. Поскольку каждый шаг двигателя соответствует определенном} углу поворота ротора, а движение строго задано управляющими импульсами, тО управлять позиционирование.м и скоростьго вращения очень просто. Это, однакО справедливо нри допущении, что iht один шаг пе был пропущен, т. с. ноложенИ ротора полностью определено входны.ми и.миульсами. В это.м случае ист необхол*