Научная статья на тему 'Устройство управления двигателем на ПЛИС'

Устройство управления двигателем на ПЛИС Текст научной статьи по специальности «Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук»

247
42
Поделиться

Аннотация научной статьи по общим и комплексным проблемам естественных и точных наук, 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 общим и комплексным проблемам естественных и точных наук , 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

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

! 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

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

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

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

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.

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

Компоненты и технологии, № 2'2004