Научная статья на тему 'Устройство управления двигателем на ПЛИС'

Устройство управления двигателем на ПЛИС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

333
52
Поделиться

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Вычужанин Владимир

В цифровых системах автоматического управления широко используют асинхронные двигатели, обладающие известными достоинствами по сравнению с двигателями постоянного тока [1]. Применение дискретного электропривода с двухфазным асинхронным двигателем обусловлено такими его преимуществами, как простота и гибкость системы управления, отсутствие настройки параметров привода, бесконтактность двигателя. Обычно схемы систем управления такими двигателями состоят из слаботочной (управляющей) и силовой частей [2]. Основным назначением управляющей части является преобразование суммарного сигнала регулирования, заданного в цифровом коде, в последовательность импульсов управления силовой частью.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Вычужанин Владимир

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Устройство управления двигателем на ПЛИС»

Компоненты и технологии, № 2'2004

Устройство управления

двигателем на ПЛИС

В цифровых системах автоматического управления широко используют асинхронные двигатели, обладающие известными достоинствами по сравнению с двигателями постоянного тока [1]. Применение дискретного электропривода с двухфазным асинхронным двигателем обусловлено такими его преимуществами, как простота и гибкость системы управления, отсутствие настройки параметров привода, бесконтактность двигателя. Обычно схемы систем управления такими двигателями состоят из слаботочной (управляющей) и силовой частей [2].

Основным назначением управляющей части является преобразование суммарного сигнала регулирования, заданного в цифровом коде, в последовательность импульсов управления силовой частью.

Владимир Вычужанин

vint53@list.ru

Одним из методов цифрового управления двухфазным асинхронным двигателем является частотный. Сущность метода заключается в формировании разнополярных импульсов постоянной длительности, угловая частота следова-

ния которых зависит от кода управления и подключения обмоток фаз статора двигателя к системе управления.

На рис. 1 приведена одна из возможных структурных схем устройства, реализующего частотный метод управления двухфазным асинхронным двигателем. Схема обеспечивает реверсивное управление и состоит из генератора тактовых импульсов (ГТИ), управляемого делителя частоты (УДЧ), триггеров (Т1 — Т3), коммутатора (К), усилителей мощности (УМ1, УМ2), обмоток управления (ОУ) и возбуждения (ОВ).

При разработке управляющей части устройства использовалась САПР MAX+PLUS II [3], позволяющая реализовать цифровое устройство на базе ПЛИС фирмы Altera. На рис. 2 представлена принципиальная электрическая схема устройства управления на ПЛИС класса CPLD семейства MAX 7000 — EPM7032LC44-6. Микросхемы этого класса обладают простотой реализации требуемого устройства, малыми издержками на проектирование и независимо от питания сохраняют свою конфигурацию. ГТИ реализован на элементах DD1.1 — DD1.4.

Функциональная схема узлов слаботочной части устройства управления, находящихся внутри ПЛИС, показана на рис. 3. Примерно так она выглядит на экране компьютера во время работы САПР MAX+PLUS II. Все, что изображено на схеме, реализуется соответствующим программированием конфигурации универсальных логических ячеек ПЛИС и связей между ними.

Большинство использованных узлов — библиотечные, их названия и функции перечислены в таблице 1.

УДЧ реализуется на элементах CT1 и CT2. Т-триг-геры выполнены на элементах DFF1, DFF2 и DFF3. Функции коммутатора выполняют элементы DFF4 и DD1. Внутренняя реализация элементов CT1 и CT2 приведена на рис. 4 и рис. 5 соответственно.

-Q-

Компоненты и технологии, № 2'2004

! 26 129 :30

| 31 | 32 : 33

....'Г.!....

1п2

1п4

1п8

Ы6

1п32

5|дп

С1гп

"|К|Кл"

...9М9.,

"|мр1л"

ГГ-!-

...9М0

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

"|ыр1л"*

1ШЫ СТ1

А

В ОА —

С ав —

0 ос —

С1Ы сю —

рыир соит

БЕТЫ

С1ДЫ

ак

от

■зн

: 142 СОиИТЕР

т СТ2

С1

V

01

02

04 г

08

016

032

1?

О О С1к /<а С1ш

о о

С1к /о С1гп

пъ

-й?=-----1---> ОиЮУ1

'{игггииигггггпгшчииншиимишшит/,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

: ,1^_...е^..р.июу2.......;

о

С1к /с

С1гп

df |

С1к /О

С1ш

Рис. 3

Компоненты и технологии, № 2'2004

е-

Таблица 1

Обозначение Описание элемента

N01 Инвертор

А№п Элемент «И» с п входами

NANDn Элемент «И-НЕ» с п входами

BANDn Элемент «НЕ-И» с п входами

01?п Элемент «ИЛИ» с п входами

N01)6 Элемент «ИЛИ-НЕ» с 6 входами

BN0R2 Элемент «2НЕ-ИЛИ-НЕ»

Х0)2 Элемент «Исключающее ИЛИ»

DFF D-триггер

СТ2 Делитель частоты с переменным коэффициентом

СТ1 Делитель частоты с постоянным коэффициентом

Установленный код управления подается на вход делителя частоты на элементах СТ1 и СТ2, обеспечивающих соответственно постоянный и переменный коэффициенты деления. Элементы из триггеров БРР1, БРР2 и БРР3 обеспечивают формирование импульсов постоянной длительности, подаваемых через усилитель мощности на ОВ двигателя. Импульсы противоположной полярности, формируемые триггером БРР4 и элементом ОБ1, подаются на усилитель мощности и далее на ОУ. Реверсивное управление задается логическим уровнем сигналов РВ и РР, подаваемых на коммутатор.

На рис. 6 приведены временные диаграммы исследования функционирования управляющего устройства. На рис. 6, а приведены временные диаграммы при вращении двигателя в прямом направлении, на рис. 6, Ь — временные диаграммы при вращении двигателя в обратном направлении, на рис. 6, с — временные диаграммы при изменении кода управления.

Параметры элементов, приведенных на рис. 2, указаны в таблице 2.

Результаты исследования разработанной и реализованной на ПЛИС схемы управляющего устройства свидетельствуют о ее работоспособности в полном соответствии с по-

ставленной задачей. Таблица 2 —

Обозначение на схеме Номинал

)1 2 кОм

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

)2 3 кОм

2 кОм

3 кОм

- )11 330 Ом

)12 - )15 2,7 кОм

6 1 9 47 Ом

С1 0,1 мкФ

4 £ £ КТ315Г

УТ5 - УТ8 КТ807А

УТ9 - УТ12 КТ802А

М М1АДП-263А

Литература

1. И. Л. Лихачев. Электродвигатели асинхронные. М.: Солон-Р. 2002.

2. А. А. Батоврин, П. Г. Дашевский, В. Д. Лебедев и др. Цифровые системы управления электроприводами. Л.: Энергия (ленингр. отд-ние). 1977.

3. А. П. Антонов. Язык описания цифровых устройств АкегаНБЬ. Практический курс. 2-е изд., стереотип. М.: ИП «РадиоСофт». 2002.

Компоненты и технологии, № 2'2004