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
"|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/,
: ,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
)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