CC BY
261
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. С е р и к о в, С. А. Способ успокоения колебаний груза, транспортируемого мостовым краном / С. А. Сериков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. -2006. - № 9.
2. К л ю ч е в, В. И. Электропривод и автоматизация общепромышленных механизмов: учеб. для вузов / В. И. Ключев, В. М. Терехов. - М.: Энергия, 1980.
3. D i e Antipendel-Regelung Шг mehr Tempo, mehr Pruzision, mehr Sicherheit: HIPAC. -http://\vww,automation.siemens.cotn
4. О п е й к о, О. Ф. Микропроцессорные средства в автоматизированном электроприводе: учеб. пособие / О. Ф. Опейко, Ю. Н. Петренко. - Минск: Амалфея, 2008. - 340 с.
5. L i-X i n, W a n g. Adaptive Fuzzy Systems and Control / Li-Xin Wang.- Prentice Hall, Englewood Clifs, New Jersey, 1994.
6. A t t i a, A. A. Adaptation of genetic algorithms for optimization problem solving / A. A. Attia, P. Horacek // 7th International Conference on Computing MENDEL, 2001. - Brno, 2001. - P. 36-41.
7. А л а в и, С. Э н а я т о л л а х. Контроллер позиционного электропривода на основе нечеткой логики / Алави С. Энаятоллах, Ю. Н. Петренко // Тр. БГТУ. Серия IX, вып. XVI. -2008. - С. 49-52.
Представлена кафедрой электропривода и автоматизации промышленных установок
и технологических комплексов Поступила 12.12.2008
УДК 004.942.519.876.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СРЕДЕ ПРОГРАММИРОВАНИЯ СоБе8у8
Инж. НОВИКОВ С. О.
Белорусский национальный технический университет
Возможности среды программирования СоБе8у8 для управления электроприводом постоянного тока. Большинство значимых программных проектов для персональных компьютеров (ПК) сегодня реализуется с помощью объектно-ориентированного программирования (ООП). Хотя поначалу некоторые программисты скептически относились к ООП, уменьшение сроков разработки программного обеспечения (ПО) и простота повторного использования теперь уже никем не оспариваются.
В системе программирования CoDeSys [1] полноценно реализованы фундаментальные особенности объектно-ориентированного программирования: классы, интерфейсы, наследование, полиморфизм и динамическое связывание. Компания 38 расширила стандарт МЭК 61131-3 без его изменения, введя дополнительный набор ключевых слов.
ООП - это не стандартное расширение МЭК 61131-3. Но дело упрощается тем, что в стандарте уже заложен фундамент объекта. Это функциональный блок. Даже в ранних версиях CoDeSys функциональные блоки включали в себя действия, аналогичные методам класса. Дооснащение блоков всеми свойствами объекта выглядит как абсолютно естественное их развитие. Новые ключевые слова построены на базе языка Java. Таким образом, знакомые с ООП программисты не встретят никаких затруднений при работе в CoDeSys.
Помимо собственно программ, концепция объекта в CoDeSys применена и для других элементов проекта, как-то: графические элементы визуализации, элементы сетевой конфигурации и др.
Проектирование структуры системы управления. Учитывая, что необходимо произвести моделирование работы системы управления (СУ) электроприводом постоянного тока (ЭПТ), т. е. фактически полунатурные испытания контроллера, без использования реального объекта управления, в этом случае модель структурной схемы СУЭПТ с пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД)-регулятором в системе программирования CoDeSys будет выглядеть, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема системы регулирования скорости ДПТ
Пример реализации данной схемы в CoDeSys приведен на рис. 2.
Рис. 2. Пример реализации схемы системы управления ЭПТ в CoDeSys
Основная программа проектируемой системы написана на языке СБС стандарта МЭК 61131-3, а тексты функциональных блоков - на языке 8Т.
В модуле «Модель ДПТ» описывается математическая модель ЭПТ с использованием следующей системы уравнений [2]:
"я -я*я + ¿я £;
М = ;
^=Мд - ы,
л д с
Решая данную систему уравнений и заменяя дифференциал разностными уравнениями в приращениях, получим следующую зависимость для вычисления скорости двигателя на и-м шаге дискретизации:
((д - М,^ ® и = ®и-1 +-у-•
В модуле «ПИД-регулятор» описывается в разностной форме ПИД закон управления [3]
Уи = Уи-1 + кр £ и -к1£ и—1 + кс1 Еи - 2,
где У - сигнал управления на и-м шаге; Ги-1 - то же на (и- 1)-м шаге; ви, ви-1, Еи-1 - величины рассогласований между действительной и желаемой величинами скорости соответственно на и-, (и - 1)- и (и - 2)-м шагах. На вход этого блока также поданы: предельное задание по скорости узад; коэффициенты пропорциональный кр, интегральный к и дифференциальный ка соответственно.
Для каждого модуля все полученные значения строятся в виде графиков.
Технические характеристики двигателя. Используем для проведения полунатурных испытаний двигатель постоянного тока независимого возбуждения [4]. В номинальном режиме он имеет следующие технические данные:
• мощность Рном - 0,75 кВт;
• скорость вращения якоря Ыном - 1000 об/мин;
• номинальный момент - 7,35 Нм;
• ток якоря - 17,1 А;
• напряжение - 60 В;
• КПД - 72,9 %;
• электромагнитная постоянная времени - 3,28 мс;
• механическая постоянная времени -25 мс;
• момент инерции - 0,0133 кг-м2;
• сопротивление якоря Яя - 0,47 Ом.
Задачей ПИД-регулятора является цель как можно быстрее вывести систему к заданному значению. Это достигается путем расчета коэффициентов ПИД-регулятора. На рис. 3 показывается влияние коэффициентов на характер поведения переходного процесса.
Из графиков следует, что при определенных значениях коэффициентов переходный процесс будет протекать плавно, максимально быстро выводя систему к заданному уровню.
Рис. 3. Влияние коэффициентов ПИД-регулятора на характер поведения переходного процесса
Компьютерное моделирование системы. ПО системы программирования CoDeSys позволяет провести эмуляционное моделирование практически для любой разрабатываемой СУ. Для этого в ней предусмотрены такие возможности, как анимационное построение разрабатываемой системы в графическом редакторе, осциллографирование наблюдаемых параметров и многое другое. Используя возможности программного осциллографа и системы эмуляции CoDeSys, промоделируем работу СУ ЭПТ и проанализируем ее по полученным графикам поведения. Прежде чем выполнить эмуляцию рассматриваемой СУ ЭПТ, производится расчет коэффициентов ПИД-регулятора для рассматриваемой системы, а затем с помощью полученных коэффициентов проводится моделирование работы ПИД-регулято-ра СУ с ЭПТ. По результатам моделирования получены следующие осциллограммы трассировки наблюдаемых параметров (рис. 4).
Sampling Trace
3
1
4
/ V / ■X —-
2
3 А г \ i
2
6
р \l л ----
j
V
3
I
О ms
20 ms
40 ms
60 ms
80 ms
100 ms
Trace
I ЭПТ с ПИД-регулятором
Trigger
PLC PEGz.x
TiFO
PLC_PRG.grPid. signal_zad j] Var 1
PLC_PEG.grPid.xn Var 5
PLC_PRG.grPid.signal_deystv j-J Var 2
PLC_PKG.perex_xar Var 4
PLC_PRG.z.y Var D
3 3
Var b
3
3
Рис. 4. Пример трассировки наблюдаемых параметров работы ПИД-регулятора с ЭПТ
Представленные на рис. 4 графики отражают поведение:
1) сигнала задания скорости узадан;
2) сигнала действительной скорости уд;
3) сигнала рассогласования е;
4) переходной характеристики на выходе ПИД-регулятора;
5) сигнала изменения нагрузки на валу двигателя.
Отладка поведения СУ с ЭПТ производится с помощью изменения коэффициентов ПИД-регулятора с целью уменьшения времени переходного процесса, а также снижения амплитуды колебаний. СоБе8у8 позволяет выполнить эти действия достаточно оперативно и наглядно для разработчика. В качестве примера проиллюстрируем изменение интегрального коэффициента ПИД-регулятора (рис. 5 и 6).
К Sampling Trace
-з 111
л
/ \ / V / V / Л --- —- 1
А Г \ \ Г' /\ 1
J V i V. V/ \
1
20 t
fij Sampling Trace
40 i
60 i
80 i
100 i
Trace
|Э1ГГ с ПИД-регулятором
Trigger
PLC PRGzx
VarO
PLC. Var 1
PLC_ Var 2
PLC_ Var 3
PLC_ Уаг 4
PLC_ Var 3
PRG.grPid. signal_zad PRG.grPid. signal_deystv PRG.grPid. xn J-]
_PRG. p erex_xar PRG.z.y J-]
3
Рис. 5. Пример реализации ПИД-регулятора с ЭПТ при уменьшении в 2 раза интегрального коэффициента
-
Л тТ 1
- \
\
20 I
40 I
60 I
80 I
100 I
"Л
Trace
|Э11'Г с ПИД-регулятором
Trigger
|PLC PRG.z.x
PLC_PRG. grPid. signal_zad Var 1
PLC_PRG. grPid. signal_deystv Var i!
PLC_PRG.grPid.Kn Var 5
PLCPRG.p erexxar Var 4
PLCPRG.z.y Var 3
3 3
Рис. 6. Пример реализации ПИД-регулятора с ЭПТ при увеличении в 2 раза интегрального коэффициента
В Ы В О Д
Представленные для анализа результаты наглядно демонстрируют возможности системы программирования СоБе8у8 для динамической разработки ПО сложных технических систем, которые впоследствии необходимо использовать в программируемых логических контроллерах с различными микропроцессорными платформами. СоБе8у8 предоставляет разработчику ПО все доступные языки программирования стандарта МЭК 61131 - СБС, БББ, ЬБ, 8Т и 1Ь. Кроме того, в данной системе имеется встроенный графический редактор, с помощью которого можно изобразить и наблюдать в действии будущую систему. Настройка программного обеспечения на конкретную микропроцессорную платформу выполняется в конфигураторе СоБе8у8, при этом также настраивается система ввода-вывода информации через порты конкретного программируемого контроллера, использующего в качестве операционной системы систему программирования СоБе8у8.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. http://www.3s-software.com
2. П е т р о в, Р. П. Оптимальное управление электроприводом с учетом ограничения по нагреву / Р. П. Петров. - Л.: Энергия, 1971. - С. 6-8.
3. С п р а в о ч н и к по автоматизированному электроприводу / под ред. В. А. Елисеева и А. В. Шинявского. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 616 с.
4. А л е к с е н к о, А. Г. Проектирование радиоэлектронной аппаратуры на микропроцессорах / А. Г. Алексенко, А. А. Галицин, А. Д. Иванников. - М.: Радио и связь, 1984. -259 с.
Представлена кафедрой ПОВТ и АС Поступила 12.12.2008
УДК 62-83
СИНТЕЗ УПРАВЛЕНИЯ ДВУХМАССОВЫМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ
Канд. техн. наук, доц. ОПЕЙКО О. Ф.
Белорусский национальный технический университет
Электромеханические объекты с упругими свойствами механической части обычно изучаются на основании двухмассовой модели [1-8]. Синтезу систем управления двухмассовым электромеханическим объектом посвящены многочисленные работы, в том числе [4-8]. Проблема синтеза таких систем остается актуальной, поскольку предложенные структуры и методы синтеза обычно имеют ограниченные области применения. В [6-8] используется метод синтеза, основанный на оценке качества по коэффициентам характеристического полинома [6, 7].
