Устройство для моделирования вентильного электродвигателя
Патент 1596357
Авторы
Классы МПК
Устройство для моделирования вентильного электродвигателя
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электромагнитных и электромеханических процессов в вентильном электродвигателе с обмоткой якоря, секции которой соединены в звезду (лучевая обмотка). Цель изобретения - повышение точности моделирования. Для достижения поставленной цели в устройство введены два цифроаналоговых преобразователя, регистр, блок микропрограммного управления, синхронизатор работы модели, третий и четвертый сумматоры. Для повышения точности моделирования в устройство также введены первый и второй датчики тока и регулируемый источник напряжения. Устройство обеспечивает автоматическое изменение алгоритма при моделировании коммутационных процессов как на границе межкоммутационных интервалов, так и внутри их. 2 з.п. ф-лы, 20 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) 51)5 G 06 G 7/63
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
llQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГННТ СССР
1 (21) 4363896/24-24 (22) 18.01.88 (46) 30.09.90, Бюл. №- 36 (71) Московский энергетический институт (72) A.À.ÈBàíîB, В.К,Лозенко и О.Н.Хоцянова (53) 681.333(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
Ф 1035618, кл. G 06 G 7/48, 1980.
Авторское свидетельство СССР
¹ 1425736, кл. G 06 G 7/62, 1985. (54) УСТРОЙСТКО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ
ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электромагнитных и электрсмеханических процессов в вентильном электродвигателе
Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для моделирования электромагнитных и электромеханических процессов в вентильном электродвигателе с обмоткой якоря, секции которой соединены н звезду (лучевая обмотка).
Дель изобретения — повышение точности моделирования.
В основу устройства положена математическая модель (ММ), отражающая . изменение структуры электромагнитных контуров не только при детерминированном воздействии на ключи преобразователя частоты ВД, но и при изменении проводящего состояния диодов моста обратного тока преобразователя частоты (в том числе и при их
2 с обмоткои якоря, секции которой соединены в звезду (лучевая обмотка).
Цель изобретения — повышение точности моделирования. Для достижения поставленной цели в устройство введены два цифроаналоговых преобразователя, регистр, блок микропрограммного управления, синхронизатор работы. модели, третий и четвертый сумматоры. Для повышения точности мо" делирования в устройство также введены первый и второй датчики тока и регулируемый источник напряжения.
Устройство обеспечивает автоматиче, ское изменение алгоритма при моделировании коммутационных процессов как на границе межкоммутационных интервалов, так и внутри них. 2 s.n. ф-лы, 20 ил., 2 табл. включении). Проводимость элементов моста обратного тока определяется параметрами электромагнитного процесса (ЭДС, ток) и однозначно не зависит от алгоритма управления ключами преобразователя частоты, режима работы или параметров ВД. Особенность
ММ ВД, описывающей тормозные и аварийные режимы, заключается также в необходимости учета большого диапазона изменяющихся значений ЭДС вращения, .наводимых в электромагнитных контурах. Диапазон изменения ЭДС зависит от исследуемого алгоритма управления ВД.
Для произвольного интервала времени t g j t, с" ) (такта коммута1596357
+ f CP (е,Ц); яj
И„
+ g0 ë;(")3 >
Й О!
Ы= д бЧ (3) 55 ции of<) ИИ ВД записывается в относительных единицах в следующем виде:
die ° d>2
y — — + i +05i! — — +05 i + 5 д dn 2
+ f R (i,)) i, = (sign 0!3 х х tU 3 -ясов (of 8 — — - of + 1ц
3 ! м!
11 + i +054 — -+05 i +
Й g . d1! л У й, У 1 (R ()) 4= "Р".01" 20 х )U -ысов (of - О ми + Ид (ет))) (2)
h о!! — — — — + fg =i cos(a — О—
f u — - — a(„ + Юд (e!)) )
5
+ i cos (of — 8 — — -of +
2 м!с где индексы 1 и 2 относятся к вели чинам, характеризующим процессы в первом и втором независимых контурах ;
pq, (4, U, х — относительные значения момента на- 45 грузки, частоты вращения, напряжения, тока в контурах соответственно; и ! td с — безразмерное врео 50 мя у м) — относительная идео ального холостого хода частота вращения; - М L/R;
Ь Itd /М вЂ” относительные элек0 и тромагнитная и электромеханическая постоянные времени соответственно, L — суммарная индуктивность секций;
Т вЂ” суммарный момент инерции, приведенный к валу ВД;
R — активное сопротивление двух последовательно включенных секций обмотки якоря; — максимальный пусковой момент; (R„(i) ), )sign U), j Uj, $q, (8)3 — дискретные функА! ции соответствующие падению напряжения на диоде преобразователя частоты (в случае прямого включения при
>0(R„(i)j = 0 и
i < 0 (R (1)) в случае обратноrо включения при
> О (R„(i)) = ъи
С О (R„(i)) = О), знаку и величине напряжения питания, величине смещения моделируемого участка кривой распределения магнитной индукции в воздушном зазоре (qr. (е) } = J
=j „,„, j Е (0,1, г, 3};
of„,!! — угловая длительность МК-интерва-. ла.
Введение в математическую модель дискретных функций позволяет анализировать всевозможные структуры элек- . тромагнитных контуров, периодически меняющиеся при реализации тормозных и аварийных режимов, описывать дискретный характер перехода к различным участкам кривой распределения индукции в воздушном зазоре. Конкретные значения этих функций для наиболее часто встречающихся режимов и их комбинаций приведены в табл.1.
На фиг.l и 2 представлена блок-схема устройства для моделирования вентильйого электродвигателя;на фиг.3— функциональная схема блока задания
15963 р ежима ра боты: а) первый вариант выполнения, б) — второй вариант выполнения; на фиг.4 — функциональная схема блока моделирования датчика положения ротора; на фиг.5 — функцио5 нальная схема регистра; на фиг.6функциональная схема первого варианта выполнения блока микропрограммного управления и синхронизатора работы 1О модели; на фиг.7 и 8 — функциональная схема второго варианта выполнения блока микропрограммного управления и синхро .изатора работы модели; на фиг.9 и 10 — функциональная схема вы- 15 полнения датчиков тока и третьего варианта выполнения блока микропрограммного управления и синхронизатора работы модели; на фиг.11 — функциональная схема блоков моделирова- 20 ния электромагнитных процессов контуров и блока моделирования начальных значений тока на границе тактов коммутации; на фиг.12 — функциональная схема второго варианта выполнения 25 блока моделирования начальных эначе" ний тока на границе тактов коммутации; на фиг.13 — схема подключения дополнительных элементов вводимых в блок моделирования начальных значЕ- 3р ний тока (фиг.11) для реализации управления от блока микропрограммного управления фиг.9, 10; на фиг.14 функциональные схемы цифроаналоговых преобразователей; на фиг.15 — блоксхема вентильного электродвигателя, выполненного с трехсекционной, соединенной в звезду обмоткой якоря и двухполупериодным преобразователем частоты; на фиг. 16 — электриче- gp ские цепи в ВД на N-м межкоммутационном интервале при ДТ вида Т в режиме прерывистых токов; на фиг.17— диаграммы токов i, i и ЭДС вращения е, е при моделировании режима
ДТ вида Т для случая прерывистых то- . ков; на фиг.18 — электрические цепи в ВД на j-м межкоммутационном интервале при ДТ вида Т в режиме непрерывных токов; на фиг.19 — осцит- 5р лограммы контурных. токов и токов в секциях обмотки якоря при -режиме
ДТ вида Т для случая непрерывных токов; на фиг.20 — осциллограммы моделируемых токов i<, i, ЭДС вращения е,, е и диаграммы работы элементов микропрограммного устройства управления (фнг.9, 10) и синхронизатора работы модели (фиг.9) при ре57 6 жиме ДТ вида Т для случая непрерывных токов °
Устройство дпя моделирования вентильного электродвигателя (фиг.1 и
2) содержит блок 1 задания режима работы, двухполярный источник 2 напряжения, четыре управляемых ключа 3-6, блоки 7 и 8 моделирования электромагнитных процессов первого и второго контуров, выполненные из сумматора 9 (10) и интегратора 11 (12) с входом 13 (14) для ввода начальных условий, четыре блока 15-18 умножения интегросуммирующий усилитель 19, блок 20 моделирования датчика положения ротора с двумя выходами 21 и 22, два блока 23 и 24 моделирования распределения магнитной индукции, блок
25 задания момента нагрузки, блок 26 моделирования начальных значений тока на границе тактов коммутации, две пары управляемых ключей с односторонней прямой 27 (28) и обратной 29 (30) проводимостями, включенных между первым входом 31 (31 ) и выходом 32 (33) блока 7 (8) моделирования электромагнитных процессов контуров, с вторым входом 34 (35), входы 36-38 интегросуммирующего усилителя, третьи входы
39, 40 первого 9 и второго 10 сумматоров, четвертые входы 41 и 42 второго 10 и первого 9 сумматоров, первый 43 и второй 44 входы блока 26, первый 45 и второй 46 выходы и третий вход 47 блока 26, пятый 48 (49) и шестой 50 (51) входы сумматоров
10 (9), два цифроаналоговых преобразователя (1 АП) 52 и 53, регистр 51, блок 55 микропрограммного управления,.синхронизатор 56 работы модели с входами 57 и 58 запуска, третий 59 и четвертый 60 сумматоры с входами
61, 62 и 63, 64 соответственно, вход
65 синхронизации регистра 54.
Устройство по фиг.1 и 2 может быть дополнительно снабжено двумя датчиками 66 и 67 тока, а синхронизатор 56 работы модели дополнительно снабжен входом 68.
Устройство (фиг.1,2) может быть также снабжено регулируемым источником 69 напряжения.
Блок 1 задания режима работы по фиг.За содержит семь последовательно-параллельных коммутаторов 70, выполненных с индикацией состояния на их выходе, семивходовый логиче.ский элемент ИЛИ 71, управляемый
1596357 ключ 72 и последовательно-нараллельный коммутатор 73. Блок 1 задания режима работы по фиг.Зб содержит 1 последовательных коммутаторов 74, 1 низкочастотных фильтров 75 на основе
RC-цепей, 1 RS-триггеров 76, выполненных с индикацией выходного состояния, два 1-входовых логических элемента ИЛИ 77 и 78, две дифференцирующие RC-цепи 79 и 80, последовательно-параллельный коммутатор 81 и
1 управляемых ключей 82.
Блок 20 по фиг.4 содержит интегратор 83, инвертор 84, встречно включенные диоды 85 и 86, компаратор 87, формирователь импульсов на базе логических элементов 2ИЛИ-НЕ 88 и 89 и
RC-цепи 90, управляемый ключ 91 на транзисторе, реле 92 с нормально разомкнутым контактом 93, .инвертирующий триггер 94 ймитта, два логических элемента 2ИЛИ-НЕ 95 и 96, дифференцирующие RC-цепи 97 и 98 и логический элемент 2И- НЕ 99. 25
Регистр 54 по фиг.5, состоит из семи тактируемых D-триггеров 100 и семи фильтров 101 низкой частоты на основе RC-цепей. Установка триггеров
100 при включении устройства в исход- 30 ное состояние .происходит с помощью дифференцирующей RC-цепи 102.
Блок 55 микропрограммного управления по фиг.6 обеспечивает моделирование следующих режимов и их комбинаций: двигательного (ДВ); противовключения (ПВ); двигательного с запаздывающей-коммутацией при t9 = с мк(ДВ, 9 = -о мк) ю при котором ток в отключенных секци 40 ях обмотки якоря спадает по цепи, содержащей встречно включенный источник питания (О); отключения, при котором в двухполупериодном преобразователе частоты из двух ключей, которые должны быть включены по сигналам датчика положения ротора в ДВ режиме, включен один; динами еского торможе-i ния с опережающей .О 2о(мк (ДТ, В =
= 2,ot ) и запаэдывающей О = — Ы мк мк
50 (ДТ, О = -a / коммутацией. Блок 55 микропрограммного управления выполнен с семнадцатью входами 103-119 и семнадцатью выходами 120-136. Входы
103-109 подключены к соответствующим выходам блока 1. задания режима рабо55 ты (фиг.За), входы 110-116 — к соответствующим выходам регистра 54 (фиг.5) а входы 117-119 — к соответ° - у у ствующим выходам синхронизатора 56 (фиг.6). Блок 55 микропрограммного управления (фиг.б) содержит семь тактируемых D-триггеров 137-143, двадцать семь логических элементов
ЗИ 144-170 и постоянное запоминающее устройство 171 с пятью входами 172
76, алгоритм программирования котоого приведен в табл.2. При включеии.устройства установка D-триггеров 137-143 в исходное состояние осуществляется сигналом с RC-цепи. Выходы логических элементов ЗИ 144
170 связаны с соответствующими входами 172-176 постоянного запоминающего устройства 171 через развязывающие диоды. Выходы постоянного запоминающего устройства 171 являются выходами 120-136 блока 55 микропрограммного управления. Синхронизатор 56 работы модели выполнен с двумя входами 57 и 58 и тремя выходами, он содержит шесть логических элементов
2ИЛИ-НЕ 177-182, RS-триггер 183 и три RC-цепи 184- l86.
Блок 55 ьыкропрограммного управления по фиг.7 и 8 обеспечивает моделирование следующих режимов и их комбинаций: ДВ, ДТ при О = -а(„; ДТ при e= 2o(ПВ, О. Блок 55 выполнен с одиннадцатью. входами 187-197 и пятнадцатью выходами 198-212. Входы 187-191 могут быть подключены к. соответствующим выходам блока 1 задания режима работы, выполненного с шестью выходами согласно схеме на фиг.Зб, входы 192-196 к соответствующим информационным входам пятиканального регистра 54, синхронизированного по заднему фронту и выполненного по любой известной схеме, а, вход 197 — к соответствующему выходу синхронизатора 56, показанного на фиг.8. Блок 55 микропрограммного управления по фиг.7 и 8 содержит девятнадцать. логических элементов
2И 213-231 и инвертор 232. Выходы логических элементов 2И 213-231 подключены к соответствующим выходам
198-212 блока 55 микропрограммного управления 55 через развязывающие диоды. Синхронизатор 56 (фиг.8) выполнен с двумя входами 57 и 58 и двумя выходами 62 и 233, и содержит логические элементы 2ИЛИ 234 и 235
3AIIPET 236, тактируемый D-триггер
237, одновибратор 238 и RC-цепь 239.
1596357
В качестве варианта блока 55 микропрограммного управления, имеющего четырнадцать выходов, может быть использован модернизированный блок
55 микропрограммного управления, по5 казанный на фиг.7 и 8. В этом случае блок 55 микропрограммного управления не содержит логических элементов 2И
225-227 и инвертора 232 и имеет выходы 198-204, 206-212.
На фиг.9 и 10 показаны функциональные схемы, первого 66 и второго
67 датч. ков тока, синхронизатора 56. с входами 57, 58 и 68 и соответствующего им блока 55 микропрограммного управления. В данном конкретном случае блок 55 микропрограммного управления обеспечивает моделирование следующих режимов и их комбинаций:
ДВ; динамического торможения, организуемого включением одного из двух ключей, обеспечивающего перевод в режим ПВ (для режима ДТ вида Т (Д) включен ключ, управляющий сигнал ко- 25 торого в ДВ режиме опережает (отстает) в фазовом отношении от сигнала управления другим ключом. Блок 55 микропрограммного управления по фиг.9 и 10 выполнен с одиннадцатью входами, 240-250 и семнадцатью выходами
251-267. Входы 240-242 могут быть подключены к соответствующим входам блока 1 задания режима работы, выполненного с четырьмя выходами согласно схеме фиг.Зб, входы 243-245 — к соответствующим выходам трехканального регистра, синхронизированного по заднему фронту и выполненного по любой известной схеме, входы 246-248 .- 40 к соответствующим выходам синхронизатора, входы 249-250 — соответственно к выходам первого 66 и второго 67 датчиков тока, выполненных на базе компараторов. 45
Блок 55 по фиг.9 и 10 содержит логические элементы 2И 268-.283, ЗИ
284 и 285, 2ИЛИ 286-289, ЗИЛИ 290, инверторы 291-298; управляемые ключи .299-305 . 9-триггеры 306-307 и КСцеФ 50 пи 308 и 309. Выхоцы элементов 268, 269, 271-273, 275-278, 280, 282, 286, 288-290, 299, 301 и 304 подключены к соответствующим выходам микропрограммного устройства 55 управления (фиг.9,10) через развязывающие ди.оды. Синхронизатор 56 (фиг.9) содержит одновибратор 3 10, два тактируемых
Э-триггера 311 и 312, логические элементы ЗАПРЕТ 313, ЗИЛИ 314, 2И 315. = и RC-цепь 316.
На фиг.11 показана функциональная схема блоков 7, 8 моделирования элек— тромагнитных процессов контуров и блока 26 моделирования начальных значений тока на границе тактов коммутации. Блок 26 выполнен с семью входами 43, 44, 47 и 317-320. При этом входы 317-320 могут быть подключены к выходам 127, 128, 135 и
136 блока 55 микропрограммного управления (фиг.б) соответственно. В данном. случае блок 26 (фиг ° 11) содержит логические элементы 2И 321-324, 4ИЛИ-НЕ 325, ЗАПРЕТ 326, три аналоговых коммутатора 327-329 с памятью, три инвертирующих операционных усилителя 330-332 и управляемые реле 333
338. Реле 333-336 имеют по одному нормально разомкнутому контакту соответственно 339-342. Реле 337 выполнено с тремя нормально замкнутыми контактами 343-345. Реле 338 имеет по два нормально замкнутых 346, 347 и гормально разомкнутых 348 и 349 контакта.
Блок 7 (8) моделирования электромагнитных процессов первого (второго) контура (фиг.11) содержит последовательно соединенные шестивходовый сумматор 9 (10) и интегратор 11 (12), включающий инвертирующий операционный усилитель 350 (351) и инвертиру" ющий интегратор 352 (353) с входом
13 (14) для ввода начальньг: условий, выполненный по типовой схеме. Каждыми из управляемых ключей 27-30 с односторонней проводимостью состоит иэ последовательно соединенных управляемого переключателя и диода.
Для случаев, когда блок 55 микропрограммного управления выполнен с четырнадцатью выходами, как описано выше, требуется задание следующих начальных условий для токов в контурах: где i(0),,i (a(„) — значения токов в электромагнитных контурах в начале N-го и в конце (N-1 )-го i межкоммутационных, интервалов, i > =
lq + 1596357
Функциональная схема блока 26 моделирования начальных значений токов на границе тактов коммутации может быть выполнена согласно фиг.14. В этом случае блок 26 имеет пять входов 43, 44, 47, 354 и 355.
Входы 354 и 355 могут быть, например, подключены соответственно к выходам 204 и 212 блока микропрограм-,0 много управления,. выполненного согласно схеме фиг.7 и 8 с учетом изменений описанных ранее и необходимых для выполнения его с четырнадцатью выходами. Блок 26 (фиг.12) содержит два логических элемента 2И 356 и
357, два управляемых реле 358 и 359, два аналоговых коммутатора 360.и 361 с памятью и йнвертирующий операционный усилитель 362. Реле 358 и 359 20 имеют каждое по два нормально замкнутых контакта 346 (фиг.11):.; 363 (фиг.12): и 347 (фиг.11), 364 (фиг.12) соответственно и по одному нормально разомкнутому контакту 348 и 349 25 (фиг.11) соответственно °
Для случая, когда блок микропрограммного управления выполнен согласно функциональной схеме фиг.9 и
10 и требует задания следующих. начальньм условий тока:
1 (0) C 1 i f (a(„); е (мк) . н- ° й-f -у („„); 3,(„„)J
i,(0) e (i,«мк ° i,(мк)
- « )3
Функциональная схема блока 26 мо- 40 делирования начальных значений тока может быть выполнена согласно фиг.11, но при этом блок 26 дополнительно содержит логический элемент 2И 365, управляемое реле 366 с одним нор- 45 мально разомкнутым контактом 367 (фиг.13). При этом первый вход логического элемента 2И 365 служит дополнитсльным восьмым. входом 368 (фиг.13), подключен к выходам 257, 258, 266, 267, 259 блока 55 микропрограммного управления (фиг.9 и 10) соответственно.
На фиг.14.показаны функциональные схемы ЦАП 52 и 53, управляемые по сигналам с блока 55 микропрограммно55 го управления по фиг.б. В данном случае ЦАП 53 (фиг.14а) выполнен двухразря",ным и, следовательно, имеет два входа 369 и 370. управления. Он содержит операционный усилитель 371, два входных резистора 372 и 373 которого подключены параллельно, каждый через управляемый ключ соответственно 374 и 375, Входы управления ключей 374 и 375 являются входами
369 и 370 ЦАП 53 и подключены к выходам 133 и 134 блока 55 микропрограммного управления (фиг.б, табл. 1).
Резисторы 372 и 373 имеют сопротивления, соотносящиеся между собой как 1:2.
ЦАП 52 (фиг.14б) может быть выполнен трехразрядным и в этом случае имеет три входа 376-378, подключенные к выходам 124-126 блока 55 микропрограммного управления по фиг.б.
ЦАП 52 выполнен на операционном усилителе 379, входные резисторы 380
382 которого подключены параллельно, каждый через управляемый ключ соответственно 383-385. Входы управляемых ключей 383-385 являются соот— ветственно входами 376-378, ЦАП 52, Резисторы 380-382 имеют сопротивления, соотносящнеся между собой как
1:2:3. В цепь обратной связи операционных усилителей 371 и 379 включены резисторы 386-.387.
Кроме того, каждый из последовательно-параллельных коммутаторов 70 (фиг.3а) .содержит светодиод 388 и резистор 389.,Блок задания режима работы (фиг.3б) образует 1 транзисто— ров 390, 1 резисторов 391, 1 светодиодов 392. Блок 20 моделирования датчика положения ротора (фиг.4) содержит резисторы 393 и 394 и диоды
395 и 396 ° Блок 55 микропрограммного управления по фиг.б имеет RC-цепь
397, группы диодов 398 и 399,и группу резисторов 400. Блок 55 микропрограммного управления по фиг.7 и 8 содержит группы диодов 401 и 402 (фиг.7) и 403 (фиг.8). Блок 55 микропрограммного управления по фиг.9 и 10 состоит из групп диодов 404 (фиг.9), 405 (фиг.10). Датчик тока бб (67),(фиг.9) выполнен на компараторе 406 (407). и диоде 408 (409) °
Блок -7 (8) моделирования электромаг- . нитных контуров (фиг.1 1) содержит резисторы 410-420 (421-431), конденсатор 432 (433). Каждый ключ 27-30 (фиг.11) состоит из управляемого переключателя 434-437 и диода 438—
441 соответственно. Блок 26 (фиг.11) 13
1596357
14 имеет резисторы 442-454, конденсаторы 455-457, а реле 333-338. указанного блока — резисторы 458, 459, транзистор 460, электромагнитное реле
461 и диод 462. Блок 26 (фиг.12) содержит резисторы 463-469, конденсаторы 470,. 471, а реле 358 (359) указанного блока — резисторы 472,473 (474, 475), транзистор 476 (477), электромагнитное реле 478 (479), диод 480 (481). Реле 366 блока 26 содержит «езисторы 482 и 483, транзистор 484, электромагнитное реле 485 и диод 486.
В случаях выполнения блока 55 микропрограммного управления по функцио- нальной схеме на фиг.7 и 8 или 8 и
9 ЦАП 52 и 53 выполняются двухразрядными и могут быть реализованы согласно функциональной схеме фиг.14а.
Блоки 23 и 24 моделирования распределения магнитной индукции реализованы на блоках нелинейности ° В случае синусоидального распределе- 25 ния индукции в воздушном зазоре блоки 23 и 24 имеют следующие выходные характеристики: при выполнении блока 55 микропрограммного управления согласно фун- 30 кциональной схемы на фиг.6
F = cos (4 — 9 — -- Ы +
2 мк
+ (g>;(e,)) ), j е (0;1;2;3j;
F = cos (а(-8--- мк +
2 2
+((р (е ) ) j e 0;1;3); к
40 при выполнении блока 55 микропрограммного управления согласно функциональным схемам по фиг.7, 8 или фиг.9, 10 соответственно:
F cos (a(— 8 — — о(+
1 мк
+ $4> (е, ) ), j e $0;1;2j;
F. cos (4 — 8— l 2 мк +
+ (е ))), j e (0;1;2, 55
Плавное угловое смещение кривой распределения индукции задается углом и осуществляется путем подачи соответствующего величине угла 8 напряжения на третьи входы суммирующих усилителей 59 и 60. Указанное напряжение подается с выхода регулируемого источника 69 напряжения.
Блок 25 задания момента нагрузки воспроизводит механическую характеристику механизма. При воспроизведении выходной характеристики p const при, = var блок 25 может быть реализован на источнике постоянного напряжения. При моделировании нагрузки с вентильной характеристикой блок
25 реализуется на базе блока нелинейности.
В качестве интегросуммирующих и суммирующих усилителей, блоков нелинейности, блоков умножения двух переменных, источников напряжения могут быть использованы аналогичные по своему функциональному значению блоки аналоговой вычислительной машины.
Блоки моделирования электромагнитных процессов первого 7 и второго 8 контуров построены согласно дифференциальным уравнениям (1) и (2) и воспроизводят электромагнитные про" цессы в контурах. Например, при исследовании двигательного режима или режима противовключения в них. моделируются нарастающий i и спадающий . токи. Зависимость распределения магнитной индукции в воздушном зазоре вдоль окружности статора для каждого электромагнитного контура реализуется в блоках 23 и 24 моделирования распределения магнитной индукции.
Может быть задан синусоидальний,трапецеидальный и др. законы распределения индукции в зазоре. Для формирования сигналов, пропорциональных
ЭДС вращения и составляющим электромагнитного момента, используются блоки умножения 15, 16 и 17, 18. На ин.тегросуммирующем усилителе 19 воспроизводится решение уравнения движения электропривода (3). Задание необходимого знака и величины напряжения питания t U) осуществляется с помощью двухполярного источника 2 напряжения и ключей 3-6, управляемых по сигналам с блока 55 микропрограммного управления. 7 инамическое задание начальных условий тока при смене структуры электромагнитных контуров осуществляется при помощи блока
26. Указанный блок в момент смены
1 структуры электромагнитных контуров фиксирует значения токов в них и на
1596357
16 основании сигналов управления с бло- . ка 55 микропрограммного управления задает необходимые начальные условия интеграторам 11 и 12. Управление моделью осуществляется с помощью, блока 1 задания режима работы, определяющего вид или комбинацию исследуемых режимов °
Синхронизатор 56. работы модели синхронизирует работу всей модели при смене моделируемого режима на границе или внутри межкоммутационно10
ro интервала, а также при смене структуры моделируемых. электромагнитных контуров внутри межкоммутационного интервала по сигналам с датчика тока.
Блок 55 микропрограммного управления при смене структуры электромагнитных контуров, например, на границе межкоммутационных интервалов в. соответствии с информацией о режимах работы на предшествующем и следующем за-ним тактах коммутации определяет изменения в структуре модели и значения начальных условий электромагнитных процессов. Информация о пред25 шествующем и следующем за ним режимах работы поступает с регистра 54 и блодатчика положения ро ора формируется дискретная информация о прохождении ротором электродвигателя углового интервала, равного межкоммутационному.
Кроме того, в аналоговой форме формируется информация об угловом положении ротора на межкоммутационном интервале.
Рассмотрим работу устройства для моделирования ВД на.конкретном примере. Предположим, что ВД выполнен с элект1 омеханическим преобразователем ка 1 задания режима работы соотьет- 30 ственно. При изменении структуры модели внутри такта коммутации дополнительно к указанным в блоке 55 микропрограммного управления анализируется информация с синхронизатора 56 и датчиков 66 и 67 тока. На выходе
35 блока 55 микропрограммного управления формируется информация о начальных значениях токов в контурах .(О). и ig(0), о состоянии сигналов уйрав- 40 .ления ключами 27-30 с односторонней проводимостью (определяется значениями функций (R (i) )), ключами 3-6 (определяется значениями функции . (sign U)) и регистрами 32 и 53 (on- 45 ределяется значениями функций .(е)) ), На выходе блока 20 моделирования
3 с числом пар полюсов р = 1, трехсек-. ционной соединенной в звезду обмоткой якоря и двухполупериодным преобразователем частоты, а устройство для моделирования выполнено согласно функциональным схемам на фиг.3а;
4; 5; 6; 12; 16. Блок-схема ВД представлена на фиг ° 15. Он содержит обмотку якоря с секциями а, b с и преобразователь частоты, выполненный на шести управляемых ключах 487-492 и шести диодах моста обратного тока
493-498. Рассмотрим случай моделирования ДВ режима при e = О с дальнейшим переходом на границах межкоммутационных интервалов последовательно к режиму 0, к режиму 0 и возвращение
I к ДВ режиму. Такой режим соответствует в реальном ВД пропуску. сигнала управления одним из ключей преобразователя частоты.
Управление устройством осуществляется от блока 1 задания режима работы (фиг.За). На фиг.За показано состояние контакторов 70, 73 соответствующее исходному, Для моделирования ДВ режима необходима переключить коммутатор 70 . При этом на его выходе появляется сигнал положительного логического уровня. Указанный сигнал поступает на вход 103 блока 55 микропрограммного управления (фиг.б) и через логический элемент ИЛИ 71, управляемый ключ 72 (фиг.3а) на вход днфференцирующей RC-цепи 184 синхронизатора 56 .(фиг.б). Сформированый на его выходе импульс устанавливает на прямом выходе 118 RS-,òðèããåðà 183 син ронизатора 56 сигнал положительного логического уровня и, кроме того, через логические элементы 2ИЛИ
177 и 178, поступает на 117 вход блока 55 микропрограммного управления, обеспечивая перезапись информации с выходов блока 1 на выход триггеров
137-143 соответственно. При подключении устройства к источнику питания импульсом с дифференцирующей цепи
102 (фиг .5) на выходах триггеров
100 -100, 100 -1007 регистра 54 устанавливается сигнал нулевого логи ческого уровня, а на выходе триггера 100 4 — положительного логического уровня. Указанная совокупность сигналов поступает на входы,110-116 блока 55 микропрограммного управления (фиг.б) и характеризует отключенное состояние ВД в начальный мо1596357
18 р, i,,coç (o(+
45 мент времени. Наличие сигналов положительного логического уровня на выходе D-триггера 140 и на .входах
103 и 113 блока 55 микропрограммно5 го управления приводит к появлению сигнала положительного логического уровня на выходе логического элемента И 149 и следовательно на входах
173 и 174 постоянного запоминающего устройства 171. На выходах последнего, а следовательно, и на выходах блока 55 микропрограммного управления формируется совокупность сигналов, обеспечивающих перевод в открытое состояние ключей 6 и 27 (фиг . 1), 374 (фиг. 14а) и 375 (фиг. 14б) состояние остальных управляемых ключей остается без изменений. Это эквивалентно заданию следующих зна- 20 чений свободных членов и коэффициентов дифференциальных уравнений (1) и (2) (см . табл. 1): (U $ = -1.;
Г (i Ц вЂ” прямое включение;
Юд (е )3 = (м«3 g Ep4 е, j = 2о(м« 25 (V ) = O;1 Е„(1 ) ) = О,т,е. диод в контуре отсутствует; i.,(0) 0;
i<(0) = О, и моделированию запуска ВД.
При поступлении напряжения питания на вход 51 блока 8 моделирования электромагнитных процессов второго контура (фиг.1, 12), на выходе
44 указанного блока появляется ток который, поступая на блок 17 35 умножения, определяет составляющую вращающий момент двигателя р, мк
1 сов (0() у тОк 1 при этом 40 отсутствует и, следовательно, составляющая момента М«
+ — — ) = О. Составляющие вращающе2 го момента М = р„+ pg p cYMMHPY c1 с моментом нагрузки р», на интегросуммирующем усилителе 19 преобразуются в частоту вращения двигателя ц>, которая, действуя на блок 20 моделирования датчика положения ротора,,превращается в угол поворота ротора ю(, квантованный на отрезки, равные межкоммутационному интервалу е(,, При этом на.выходе 22 блока 20 формируется аналоговый сигнал а(, опре- деляющий угловое положение ротора
ВД на межкоммутационном интервале, а на выходе 21 — дискретный сигнал о прохождении ротором MK-интервала.
Пилообразный сиггал о(„, поступая ,мну на блоки 23 и 24 формирования распределения магнитной индукции, определяет конкретное значение функций F u
F для текущего положения ротора,которые затем поступают. на блоки умножения 15-18 и совместно с сигналами.
ы и 1, i формируют линейные ЭДС вращения: е =м Г = му cos (р(+
1 (м«. (м«
+ — -) е =ЮГ = ысоз (д(- — — ) 2 2 и электромагнитные моменты контуров м« (1
1 COS (а(+ ) P = 1 COS Х
2 и
"(м« х (о(— — — ) . .Как только юф 0 и
a(Ф 0 сигналы е и е начинают участвовать в формировании токов 1 и 1
В конце, каждого межкоммутационного интервала на выходе 65 синхронизатора 56 формируется импульс который синхронизирует работу всего устройства на границе названных интервалов. В частности, по этому импульсу происходит перезапись содержимого регистра 54. В рассматриваемом примере в конце первого межкоммутационного интервала на его выходе 110 (фиг.6), характеризующем ДВ-. режим, появляется сигнал положительного логического уровня. При вновь сформированной на входах блока 55 микропро граммного управления совокупности сигналов появляются дополнительные единичные сигналы на его выходах 127 ! и 136. Это соответствует формированию ,отличных от рассмотренных ранее начальных условий тока, а именно i (О)
° 1
1 ((м«) и 1 т(0) = 11,((м ) °
Рассмотрим работу блока 26 моделирования начальных значений тока на границе тактов коммутации. Для сохранения непрерывности работы модели операция задания начальных условий тока выполняется во время изменения структуры устройства. При работе устройства на входы.43 и 44 блока 26 (фиг.11) поступает информация о теку-. щем значении токов i и 1. . При о ступлении управляющего импульса на вход 47 (в рассматриваемом случае имt .пульс Ц,„) она запоминается аналоговыми коммУтатоРами 327-329 с памятью.
19.
15963
На входы 317-320- блока 26 с блока
55 микропрограммного управления поЬ ступает информация о требуемых для моделирования заданного режима на5 чальных значениях тока. Указанная совокупность сигналов определяет порядок подключения операционных усилителей 330-332 и аналогового коммутатора 327 к входам 13 и 14 задания на- 10 чальных условий интеграторов 11, 12 блоков 7, 8 моделирования электромагнитных процессов контуров. В рассматриваемом примере при поступлении импульса „„„ на входах 3 17 и 320 бло-.15 ка 20 имеются сигналы положительного логического уровня, а на входах
318 и 319 - нулевого. К источнику питания подключаются катушки реле 333 и 336-338. Размыкаются контакты 343
345 реле 337, обеспечивая запоминание значений токов i1(а(„,„), 1 (o(„), i (o() . Замыкаются контакты 339 и
342 соответственно реле 333 -и 336, обеспечивая подключение к входам 25
14 и 13 задания начальных условий интеграторов соответственно аналогового коммутатора 327, фиксирующего значение тока — i 4(„), и операционного усилителя 331, фиксирующего значение 30 тока i>(d „) . Контакты 346-349 реле
338 обеспечивают перевод интеграторов 352, 353 в режим задания началь.ных условий. Длительность импульса
Ощ„ нормирует время задания начальных условий. При этом за счет варьирования длительности. машинного времени можно исключить погрешность от конечного времени срабатывания клю-. чей и реле.
На втором межкоммутационном интервале и на последующих в процессе формирования электромагнитного момента в ДВ режиме участвуют оба блока
7, 8 моделирования электромагнитных 45 контуров. Блок 7 моделирует контур со спадающим током.Ток i,(g) спа° и
° М дает до значения i (и „), если до конца N-го межкоммутационного интервала он успевает спасть до нуля, 50 при смене его знака закрывается. ключ
27, и ток обратной полярности, как и в реальном ВД, протекать не может.
Дпя того, чтобы смоделировать переход от ДВ-режима к режиму 0 на rpa55 нице межкоммутационного интервала, необходимо переключить коммутатор
73 (фиг.3a) блока 1 задания режима работ в положение, при котором на
57 20 его выходе появляется сигнал коммутатор 701 в исходное положение, а коммутатор 70 включить. При этом на границе очередного межкоммутационного интервала по импульсу Я м происходит перезапись измененной информации с блока 1 задания режима работы на выходы D-триггеров 137-143 блока 55 микропрограммного управления (фиг.б). Появляется сигнал единичного логического уровня на выходе логического элемента ЗИ 148 и на входах 172 и 174 постоянного запоминающего устройства 171, при этом на входах 173, 175, 176 последнего устанавливаются нулевые сигналы. На выход блока 55 микропрограммного управления считывается информация о состоянии сигналов управления ключами и регистрами устройства, необходимая для моделирования названного режима.
Принцип работы узлов устройства при этом не отличается от описанного.Для моделирования на следующем межкоммутационном интервале режима 0 необходимо в течение текущего межкоммутационного интервала выключить коммутатор 70 и включить коммутатор
70> блока 1 задания режима работы (фиг.За). Далее при переходе к режиму 0 необходимо вновь изменить состояние коммутаторов блока 1, а именно выключить коммутатор 70 и включить коммутатор 70, что обеспечивает последующий переход к ДВ-режиму.
Считывание информации и соответствующие ей изменения алгоритма работы устройства происходят аналогично рассмс .ренному.
Для иллюстрации работы устройства, алгоритм работы которого определяется величиной токов в контурах, рассмотрим процесс моделирования режима ДТ вида Т.
Режим ДТ с алгоритмом управления вида Т характеризуется существованием областей с непрерывными и прерывистыми токами. Рассмотрим алгоритмы управления моделью, реализующие этот режим. На фиг.16 .показаны электрические цепи в режиме прерывистых токов. При этом на чертежах изображены только те диоды и идеальные ключи двухполупериодного пресбразователя частоты (фиг.15), которые участвуют в образовании замкнутых электрических контуров в рассматриваемый интервал времени. Алгоритм управления устрой21
22
1596357 ством формируется в блоке 55 микропрограммного управления. Блок 55 микропрограммного управления в данном кон