Раздел 2
Методы управления и измерения Тока нагрузки мостового инвертора в локальных
подсистемах управления
Во втором разделе разработаны новые методы управления и измерения тока нагрузки
мостового инвертора в локальных подсистемах управления для решения траекторных
задач.
Известно, что [5] метод – это совокупность приемов использования принципов и
средств аппаратурной реализации.
Основными принципами предлагаемых ниже методов являются: фиксирование значения
входного параметра в мгновенный момент времени, формирование управляющего
сигнала на основе использования этого значения и свойств логических функций.
Средства аппаратурной реализации, использующие эти принципы при дальнейшей
обработке сигналов в локальной подсистеме управления соответствующей
траекторией движения исполнительного механизма, подробно рассматриваются ниже.
2.1. Метод управления мостовым инвертором с регулируемым током
нагрузки
Результаты исследования, приведенные в разделе 1 показали, что точность
регулирования тока в обмотке электродвигателя влияет на точность регулирования
момента вращения двигателя, управляемого током [21, 106].
Формируемый в обмотке двигателя ток iд(t), можно представить в следующем виде:
iд(t)= iз(t ) - ?(t),
где ?(t) = iз(t ) - iд(t) – величина рассогласования токов.
Формирование тока в нагрузке с помощью мостового инвертора, мгновенные значения
которого с максимальной точностью повторяли бы ток задания связано со
значительными техническими трудностями. Учитывая, что ?(t) и iз(t ) являются
взаимно коррелированными случайными функциями времени, то проще достичь
повышения точности, если использовать фильтрующие свойства управляемого
двигателя [1-3, 8, 21].
Пусть управляющий двигатель представляется в виде последовательно соединенных
безинерционного звена, преобразующего ток в момент вращения, динамического
звена, учитывающего инерционность, с прямоугольной амплитудно-частотной
характеристикой и граничной полосой пропускания равной wгр.
При этом амплитудно-частотная характеристика фильтрующего звена,
обеспечивающего минимум среднеквадратичной ошибки фильтрации [21, 45, 106],
определяется согласно теории Н.Винера и А.Н. Колмогорова энергетическими
спектрами полезного сигнала и помехи:
К(w) = Gs(wгр) / [Gs(wгр)+Gп(w)] =
= 1/1+[Gп (w)/Gs(wгр)],
где Gs(w)- энергетический спектр полезного тока iз(t );
Gп(w)- энергетический спектр тока, обусловленного погрешностью рассогласованя.
Минимум среднеквадратичной ошибки фильтрации можно записать в виде:
Из формулы (2.1) видно, что минимум соответствует нулю при
Gs(w)ЧGп(w) = 0.
При этом
К(w) = 1 для ws Ј wгр,
К(w) = 0 при wп > wгр,
т.е спектры не перекрываются.
Таким образом, задача сводится к созданию метода управления мостовым
инвертором, при котором спектры тока задания и рассогласования не
перекрываются.
Решается задача повышением частоты пульсации формируемого в нагрузке тока.
Однако в этом случае появляется вероятность возникновения сквозного тока при
формировании тока в окрестности нулевого уровня, что снижает надежность
функционирования локальной подсистемы управления.
В предлагаемом методе управления мостовым инвертором с регулируемым током
нагрузки [76] устраняется этот недостаток за счет формирования временного
интервала, в течение которого запрещается включение ключей другой диагонали
моста. Сущность метода поясняется работой модели одного из возможных устройств
(рис.2.1) и временными диаграммами (рис.2.2) [97, 110 ]. Подробнее работу можно
описать следующим образом.
С помощью элемента сравнения и гистерезисного релейного элемента формируются
переменные: верхний и нижний уровни, фиксированные относительно тока задания
iз, т.е. в окрестности тока задания iз формируют зону шириной 2Di, которая
задается шириной петли гистерезиса релейного элемента. Пороговые элементы
используются для определения знака тока нагрузки iн. С целью исключения
флуктуаций нулевого уровня пороговые элементы выполняются со смещением в
отрицательную или положительную области соответственно.
Пусть ток задания iз меньше нуля, а переменный верхний уровень находится в
полуплоскости положительных токов. Сигналы на прямом выходе релейного элемента
и порогового элемента 4 соответствуют логической единице. На выходе элемента И
10 – логическая единица, а на выходе элемента И 11 – логический нуль. Ключи 15,
16 замкнуты, и ток в нагрузке нарастает. Когда мгновенное значение тока
нагрузки достигает переменного верхнего уровня, на прямом выходе релейного
элемента появляется сигнал, соответствующий логическому нулю, а на инверсном
выходе – логической единице. На выходе элемента И 6 появляется логический нуль,
который запускает одновибратор 8 и через элемент И 10 размыкает ключи 15, 16.
Toк в нагрузке быстро спадает до нулевого уровня, и на выходе элемента И 7
появляется логическая единица.
Однако логическая единица на выходе элемента И 11, замыкающая ключи 17, 18,
появляется только после окончания импульса, сформированного одновибратором 8.
После замыкания ключей 17, 18 ток в нагрузке начинает быстро увеличиваться в
отрицательном направлении.
Когда мгновенное значение тока нагрузки достигает переменного нижнего уровня,
то на инверсном выходе релейного элемента появляется сигнал, соответствующий
логическому нулю, а на прямом выходе – логической единице. На выходе элемента И
7 появляется логический нуль, который запускает одновибратор 9 и через элемент
И 11 размыкает ключи 17, 18. Ток в нагрузке 14 начинает спадать, а на выходе
одновибратора 9 появляется логический нуль.
Затем одновибратор 9 устанавливается в исходное едини