13. Программная реализация цифровых фсу

В цифровых ФСУ, реализованных программным путем, используют либо микропроцессоры, либо микроЭВМ, которая управляет электроприводом в целом. Как правило, программным путем реализуются функции большинства устройств СИФУ. Усилители мощности (УМ) управляющих тиристорами импульсов с гальванической развязкой выполняются отдельно по схемам, рассмотренным в четвертой главе. Система синхронизации наряду с генерацией в моменты естественной коммутации синхронизирующих импульсов вырабатывает номер текущего интервала преобразования и его длительность [18, п.6.5].

Формирование угла управления и длительности управляющего импульса возможно как на программом уровне с использованием оперативного запоминающего устройства, так и с помощью внешних таймеров. Программное формирование углов связано с большими затратами времени, и поэтому требуется очень высокое быстродействие микропроцессора для выполнения других функций СИФУ. На микроЭВМ, кроме того, возлагаются функции управления электроприводом, его защиты и диагностики. Поэтому ниже рассмотрен второй способ отсчета временных интервалов. С целью снижения аппаратных затрат чаще используются одноканальные синхронные ФСУ, требующие только один программируемый таймер. В зависимости от наличия или отсутствия у микроЭВМ системы прерываний возможны два способа построения ее связи с УМ [19].

При первом способе по сигналу, выработанному микроЭВМ, в таймер записывается число, соответствующее рассчитанной величине угла a. После отсчета интервала времени, соответствующего заданному углу, таймер вырабатывает сигнал управления прерыванием. МикроЭВМ прерывает процесс вычислений и выдает в буферный усилитель мощности, сигнал, соответствующий заданному номеру тиристора (который подлежит включению). В буферном усилителе сигнал расшифровывается и выдается импульс на ФД, УМ и далее на управляющий электрод тиристора.

При втором способе микроЭВМ одновременно выдает сигналы в таймер и в буферный усилитель, соответствующий номеру включаемого тиристора. При переполнении таймера поданный сигнал через схему управления, ФД и УМ поступает на тиристор.

В зависимости от схемы программируемого таймера возможны два способа фазового управления: с предварительным и без предварительного накопления сигнала. При предварительном накоплении сигнала в счетчике [18, с.176] в момент начала отсчета записывается код числа, определяющий угол управления. При переполнении счетчика вырабатывается сигнал выдачи импульса на тиристор (через ФД и УМ). Во втором случае код записывается в буферный регистр, выход регистра соединен с дискретным компаратором, на вход которого поступает код с выхода счетчика. В момент равенства кодов на тиристор подается отпирающий импульс.

ФСУ может быть синхронным и асинхронным в зависимости от принятого способа организации начала отсчета времени таймером. В обоих случаях функция распределителя импульсов возлагается на микроЭВМ. Более подробно алгоритмы цифровых СИФУ изложены в [12,18].

14. Динамические свойства преобразователей

Динамические свойства ФСУ оказывают существенное влияние на свойства замкнутых систем ТП-Д. Изложение анализа некоторых свойств требует очень большого объема [17,21], поэтому здесь будут приведены только конечные выводы и наиболее простые доказательства.

Основные особенности и свойства ВИП с ФСУ, использующем развертывающее уравновешивание, следующие.

1. Тиристорный преобразователь управляется дискретно в моменты подачи управляющих импульсов, а не непрерывно.

2. Интервал времени между воздействиями зависит от пульсности преобразователя, величины и знака производной напряжения управления. Это хорошо видно на рис.24,а, где на одной диаграмме показаны шесть развертывающих напряжений трехфазного мостового преобразователя и сигнал управления, а на второй диаграмме - дискретные значения углов управления. Вначале напряжение управления растет (положительные значения отложены вниз) и интервал между управляющими импульсами меньше интервала повторяемости. Затем, когда напряжение управления уменьшается, интервал между управляющими импульсами возрастает. Обратим внимание на то, что графики напряжения управления и значений a совпадают при соответствующем выборе масштабов.

3. Производная напряжения управления должна быть ограничена снизу.

, (42)

т.е. на временных диаграммах отрицательная скорость нарастания напряжения управления (вверх на рис.24) должна быть меньше скорости нарастания развертывающего напряжения. На участке между точками 1 и 3 рис.24,б условие (42) не выполняется. В связи с этим, если в первой точке откроется первый тиристор, то управляющий импульс в точке 2 только подтвердит его открытое состояние. Импульсы в точках 3 и 4 подаются на предыдущий, ранее открытый, тиристор и выходное напряжение не меняется.

При увеличении напряжения управления в точке 5 снова подтвердится открытое состояние первого тиристора и только в точках 6 и 7 произойдет открывание последующих тиристоров. На участке между точками 7 и 8 производные иравны абсолютной величине и противоположны по знаку. Это предельный случай, соответствующий равенству в (42). При этом не происходит открываний тиристоров и подтверждения их открытых состояний. Открывание происходит в точках 8 и 9 после увеличения производной напряжения управления (когда ее кривая идет вниз на временной диаграмме).

4. Динамические свойства звена можно оценить по его реакции на гармонический сигнал. В данном случае входным сигналом является напряжение управления, а выходным можно считать угол управления. Доказано, что при круговой частоте управляющего сигнала, меньшей определенного граничного значения

, (43)

преобразователь ведет себя как безинерционное звено. На рис.24,в показан входной сигнал, имеющий постоянную и гармоническую составляющие. Сопоставляя управляющий сигнал с получающимися углами управления, легко заметить, что огибающая дискретных значений углов управления не имеет фазового сдвига по отношению к входному сигналу. Таким образом при выполнении условий (42) и (43) ФСУ и преобразователь в целом являются безинерционными звеньями. Полезно учесть, что долгое время преобразователь рассматривали как звено чистого запаздывания или как апериодическое звено, что не верно. Такой подход иногда встречается и в современных публкациях.

5. При частотах управляющего сигнала, превышающих граничное значение, этот сигнал не проходит на выход, т.е. не соответствует. В связи с этим возникают биения и различным управляющим сигналам могут соответствовать одинаковые. На рис. 24,в в верхней части показаны управляющие сигналы с частотами 3и 6. В обоих случаях получается неизменное значениеa. В нижней части этого рисунка показано возникновение биений при частоте управляющего сигнала 5,2. Угол управления меняется по сложному периодическому закону, его огибающая показана штриховой линией на рис.24,г. Более подробно эти вопросы рассмотрены в [21, п.1-6].

6. В замкнутых системах, охватывющих преобразователь, могут возникать субгармонические колебания, обусловленные дискретностью работы преобразователя [21, рис.1-21].