автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Микропроцессорные устройства управления силовыми полупроволниковыми преобразователями

' ' 0 ШГВСЬКИЙ ПОЛ1ТЕХН1ЧНИЙ 1НСТИТУТ

На правах рукописи

ЮЭ ГУАН (Китай)

УДК 621.314:681.322

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМИ ПОЛУ ПРОВОД ни ко в ым и ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Специальность 05.13.05 — Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

КИЕВ — 1993

КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

Юэ Гуан

• (КИТАЯ) УЖ 621.314:681.322

. МИКРОПРЩЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ СИЛОВЫМИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ

Специальность 05.I3.CS - Элементы и устройства - вычислительной техники и' систем управления

1 В I О Р В О Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1993

Работа выполнена в Киевском политехническом институте

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Краснопрошина A.A.

доктор технических наук, профессор Сенько В.И.

кандитат технических наук, ст. науч.сотр. Денисхк С.Л.

институт влектродинамики - АЕ Украины (г. .Киев)

Защита состоится "/<Г " 18Эз г..в . часов

на заседании •. Специализированного Совета д 068.14.09 в Киевском политехническом институте.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: ;

252056, г. Киев, проспект Победа, 37, КШ. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в .библиотеке Киевского политехнического института.

-f .

Автореферат разослан "ЛГ" 1993 v<

Ученый секретарь Спеанализированного Совета,

д.т.н., профессор " . О.В. Вузовский

АННОТАЦИЯ

Целью диссертационной работы является разработка и исследование микропроцессорных устройств управления (МСУ) типовыми силовыми полупроводниковыми преобразователями (СПП), являющихся элементами систем управления и обеспечиваниях минимальные аппаратные, программные и временные затраты при улучшении качества работы силовых полупроводниковых преобразователей.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:.

- выполнено исследование динамических характеристик широтно-импульсной модуляции (ШИМ)' в микропроцессорной реализации;

- разработаны алгоритмы синхронизации и распределения импульсов управления СПП с фазовым управлением;

разработан алгоритм линеаризации статической

характеристики СПП;

- разработаны алгоритмы низкочастотного управления одним СПП и алгоритмы синхронного управления группой СПП-с улучшенными технико-экономическими показателями;

- - разработан алгоритм управления автономными инверторами с ШИМ по синусоидальному закону и алгоритм одновременного управления ' несколькими типами СПП;

- исследованы динамические .характеристики СПП с МСУ с. замкнутым контуром управления

Автор защищает;

1. Рекомендации по выбору ШИМ для МСУ СПП и модель ШИМ-1.

2. -'Алгоритмы низкочастотного управления одним СПП и синхронного управления группой' СПП , обеспечивших условия равномерной го дачи энергии. ,

3.- Алгоритм работы МСУ автономного инвертора с ШИМ по синусоидальному . закону, обеспечивапаий широкий диапазон регулирования выходной частоты и низкое содержание высших гармоник в выходном напряжении.

4. Алгоритм одновременного управления не сколькими типами СПП от одного МСУ.

5. Алгоритмы сокращающие используемые аппаратные, программные и временные затрято .псу СПП при улучшения качества работа СПП.

(ХОДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАбОТЫ

Актуальность работы. Силовые полупррводниковые

ХфвоОразовательше устройства (СППУ) предназначвш для управления и преоОразования электрических величин путем бесконтактной коммутации токов в силовых цепях. Они обладают высокими регулировочными характеристиками" и электрическими показателями, имеют малые габариты и массу,;просты и надежны в-эксплуатации. В то же время СППУ, в частности СППУ с автономными инверторами, представляют собой .сложные электрические устройства,' сочетающие в себе элементы силовой и слаботочной электроники.

Использование микропроцессорных : средств для реализации устройств управления СБП приводит к значительному , повышению их технико-экономических показателей , таких как стоимость, надежность, потребляемая мощность, -габаритные размеры. МСУ СПП позволяют реализовать более -. '.широкий набор -функциональных возможностей, включающих кроме ■ функции собственно управления, функции контроля, зашиты, диагностики, обеспечения взаимодействия с вышестоящими вычислительными средствами, и т.д.'

Как показывает анализ, существующие МСУ разрабатывались эмпирически, исходя из опыта разработчиков, и не учитывали всех особенностей функционирования СПП, поэтому обобщение и выработка единого подхода к проектированию ЫСУ СПП для систем управления определяет актуальность работы.

Методы исследования. При анализе динамических показателей ШИЫ использовались положения теории вероятности. При • разработке алгоритмов низкочастотно-импульсного управления группой \ СПП использовались матрицы подачи энергии .и матрица отклонения. Гармонический анализ выходного непряжения автономного инвертора при разных законах ШМ- проводился на основе разложения кривой выходного напряжения в рад Фурье на ЗВМ. Для исследования замкнутых МСУ СПП использовался метод корневого годографа и операторно-рекуррентный метод моделирования переходных процессов.

Научная новизна работы: г - ■ ,

- выработаны рекомендации по выбору ШИМ для ЫСУ-.СПП, разработана модель ПШ-1; . ■ ' .. .

. - предложены новые алгоритмы низкочастотного управления одним СПП и синхронного управления' группой СПП,' обеспечиввдих равномерность подачи энергии в интервале регулирования;

- разработан новый алгоритм работы МСУ автономного инвертора с ШИМ по синусоидальному закону, обеспечваюсий широкий диапазон регулирования выходной частоты, низкое содержание высших гармоник в выходном напряжении и минимальные аппаратные затраты;

- предложен алгоритм одновременного управления несколькими типами СИЛ с помощью одного микропроцессора.

Практическая ценность работы. Анализ особенностей применения ШИМ в МСУ показал, что применение ШИМ-1 значительно упрощает программное обеспечение, снижает вычислительные затраты, обеспечивает большую точность.

Разработаны алгоритмы и программная реализация низкочастотно-импульсного управления СПП и синхронного управления группой СПП, обеспечивающие равномерность подачи энергии с уменьшением искажения напряжения питающей сети и уровня высокочастотных электромагнитных помех.

Разразработаны алгоритмы и программная реализация управления автономными инверторами обеспечивающие лучший гармонический состав и больший диапазон изменения выходной частоты по сравнению с существующим. ■ .

Разработаны новые .алгоритмы, позволяющие сократить используемте аппаратные, программные и временные затраты МСУ СПП при улучшении качества работы СПП.

Апробация работы. Исследования, выполненные в диссертационной работе, являются составной частью научно-исследовательских работ, проведенных на кафедре автоматики и управления в технических системах. Киевского политехнического института. Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях профессорско-преподавательского состава Киевского политехнического института в 1990 - 1993 гг., и научных семинарах кафедры автоматики и управления в технических системах.

' Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано две печатные работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит., из—введения, пяти глав, заключения библиографии и приложений. Работа содержит 129 страниц машинописного текста, 81 рисунок на 54 страницах,, список литературы,, включающий 130 названий.

г*

КРАТКОЕ.СОДЕРЖАНИЕ РАбОЩ

В первой главе приведен 'анализ особенностей и основных задач устройств управления (СУ).СПП, рассмотрены их структурные схемы, приведена классификация СУ СПП. Рсссмотрены программное обеспечение и аппаратные средства МСУ, являющиеся общими для типовых схем СПП.. Показано, что наиболее подходящей элементной базой ЫСУ СПП в настоящее время являются однокристальные микро-ЭВМ (ОМЗВМ) среднего и высшего класса.

Вторая глава посвящена разработке ЫСУ СПП с фазовым и широтно-импульсным управлением, которое лежит в основе работы выпрямителей и регуляторов переменного и постоянного напряжения. При реализации такого управления широкое распространение получили ШИМ-1 и ПШ-2 с использованием сигнала.развертки ГЦ) ШИМ-2А,; при этом значение модулируемого параметра тп определяется моментом пересечения модулирующего сигнала хЦ) к сигнала Ш). В.некоторых случаях используют также ШИМ-2В (временной интервал . т определяется по среднему значению модулирующего сигнала хЦ) в текущем интервале дискретности) и ШМ-3 (тп определяется средним значением модулирующего сигнала х(1) в предыдущем 'интервале дискретности). "

Для оценки динамической характеристики различных ШИМ с помощью теории вероятности можно получать более полные и точные данные чем известные результаты о среднем значении запаздывания для случайного скачка изменения' модулигувдего сигнала ( среднее значение запаздывания для .ШИМ-1 тзср = Т0/2; для ШИМ-2А- с линейной формой . развертки гзср = Т0/6; для ' ШИМ-2А • с треугольной формой развертки тзср = Т0/24: для ШИМ-2В тзср = 0; для ШМ-3 чзс = Т0/2, где Т— интервал дискретности СПП),. Эти результаты показывают, что ШИМ-2А имеет' более высокое быстродействие чем ШИМ-1. Однако, если в МСУ не использован аппаратный компаратор, то при ШИМ-2А дискретность временного интервала т значительно больше чем при ШИМ-1, это приводит к снижению статической точности СПП. Временные -затраты ШИМ-2А токе значительно боЖйв, чем для ШИМ-1.

. Для замкнутой МСУ с ШИМ-2А, период регулирования Тр должен быть меньше, чем период дискретности СТО т0. Результаты моделирования показывают, что при замкнутом МСУ с ШИМ-2А при

постоянном т (Т <т ). с уменьшением постоянной времени нагрузки.Т р р 0

- а -

(Т<2Т0) увеличивается статическое отклонение параметра управления, а с увеличением, постаяной времении нагрузки (Тг2Т0) наблвдается появление автоколебаний параметра управления. При ШИМ-1 эти недостатки отсутствуют.

При ШИМ-1, когда значение т кратно то. а начало интервала регулирования Т совпадает с началом интервала дишфвтности СПП, то изменение модулирующего сигнала возникает только в моментах начала т , при этом ШИМ-1 не вносит запаздывания по отношению к модулирующему сигналу . Однако попрежному . существует 'запаздывание выходного сигнала по отношению к заданным сигналам управления и сигналам обратной связи, присущее всем . цифровым системам управления. При этом, если считать,- что выходной сигнал СПП постоянен в интервале т (учитываем среднее -значение выходного сигнала СПП), то СПП с ШИМ-1 можно рассмотривать как факсатор нулевого порядка с коэф1ициентом усиления К2 , передаточная функция которого

Н (в) = Кг (1 - е~вТр) / 3 . (1)

Использование этой модели как будет показано в гл. 5 обеспечивает приемлемую для инженерных расчетов точность ^значительно упрощает процесс проектирования замкнутых МСУ СПП. .

В некоторых случаях, если не учитывать наличия автоколебаний, 'ШИМ-2А обеспечивает лучшие динамические характеристики, чем ШИМ-1. Хотя теоретически динамическую характеристику ЯШ с ШИМ-1 можно значительно улучшить выбором оптимального закона регулирования, однако на практике это не всегда возможно осуществить из-за нелинейности системы и нестабильности ее параметров и. т. д.

На основе анализа характеристик и особенностей ШИМ для МСУ СПП, предложены рекомендации по выбору ШИМ, которые состоят в следующем.

с1. Если значения: модулирупцего сигнала в текущем интервале дискретности для МСУ априорны, то необходимо использовать ШИМ-2В.

2. Если" модулирупций сигнал 1(0 в текущем интервале изменяется случайно и монотонно, а частота основной гармоники хК) меньше 1/2То, то в разомкнутом МСУ можно использовать ШМ-2А. В противном случае^ должно использоваться ШИМ-З. . ;

3. Если нагрузка имеет, малуюпостояную .времении. (Т<2Т0), целесообразно использовать ШИМ-1, причем; в замкнутом : МСУ желательно использовать, среднее значение сигнала обратной связи.

г

При Т>2Т0 также необходимо выполнить синтез сначала для ЫСУ с ШИМ-1, и если применение ШИМ-1 с интервалом дискретности то не обеспечит требуемых динамических характеристики системы, то необходимо рассмотреть возможность уменьшения ■ интервала дискретности СПП. Если применение а той * меры невозможно, то целесообразно рассмотреть эффективность применения ШИМ-2А и если динамические характеристики СПП улучшились то необходимо использовать ШИМ-2А.

Для многофазных СПП, когда синхронизация осуществляется от одной фазы сети и импульсы управления при постоянном модулирующем сигнале следуют через равные интервалы времэнии, требуется меньшее число узлов .синхронизации и улучшается~ гармонический состав выходного напряжения. Реализация этого' принципа синхронизации в МСУ осуществляется путем измерения длительности периода переменного напряжения, вычисления периода, дискретности СПП и определения кодов временного сдвига. При этом обеспечивается инвариантность - выходной величины СПП к изменению частоты питающей сети. В разработанном алгоритме для измерения частоты и формирования временного интервала, используется только один таймер.

Если относительное значение выходного параметра СПП 0*^ определяется нелинейной функцией - и*ых = П а ) , где а. - угол управления. Для линеаризации статической характеристики СПП, а следует определять по

а = Г1«^ ) (

где и* - относительная величина заданного выходного параметра.

Для нахождения а из соотношения (2), при малой разрядности ь даттшлг ц" (ь £ 8) лучше использовать табличный .метод. В противном случае целесообразно использовать таблично-вычислительный метод. Когда в таблице хранятся коэффициенты линейных или параболических полиномов" ¿ппроксимирулдэй. функции полученных применением метода интерполяции Чебышева при неравной длине отрезков разделения области 10, иу¥ах-], то обеспечиваете^ меньшее гремя выполнения программы ликеярввгшш примерно на 66Х по сравнению с известным алгоритмом с равной или высшей точностью и при одном и том же объеме таблицы.

Относительное заданное значение■ ■ выходного параметра определяется и* =иу/ивш(1,ах. Если. ивмхмх определяется по

измеряемым средним значениям напряжения сети, то при использовании алгоритма линеаризации обеспечивается инвариантность выходного параметра к изменению напряжения питающей сети с абсолютной устойчивостью.

Регуляторы на основе МСУ с ПШ разделим на 2 класса:

регуляторы без задержки выдачи управлявдего воздействя {регуляторы БЗВУ) и регуляторы с задержкой выдачи управляющего воздействия на 1 такт (регуляторы СЗВУ).. В регуляторах БЗВУ в 1-ом интервале код временного сдвига выдается в таймер и запуск таймера происходит после вычисления х1 и слова управления с[ по значениям задащего сигнала г. и сигнала обратной связи 11, которые получены в начале интервала. При этом, если время определения с1 ДЦ велико по сравнению с интервалом

дискретности СШ, то уменьшается диапазон регулирования выходного параметра СШ. Для повышения точности управления необходимо принять меры обеспечивапцие постоянство времени д^.

В регуляторах СЗВУ в начале 1-го интервала выдается, в таймер код т1_1 выработанный в предыдущем интервале и таймер запускается, после этого МСУ выполняет выборки г1 ,1и по-их значениям вычисляет х1 , с£. При этом вычисление с1 может занимать приблизительно один интервал дискретности СШ1.. Некоторые функции, например, компенсация нелинейности датчика и СШ, самонастройки и т. д., могут быть реализованы в реальном времении, кроме того, обеспечивается полный диапазон регулирования выходного параметра и не требуется мэр для обеспечения постоянства времении дц.

В третьей главе ' представлены алгоритмы

низкочастотно-импульсного управления (ИУ-НЧ) одним СШ и синхронного управления группой СПП для разных соотношения значений нагрузок и интервалов регулирования.

Для уменьшения уровня высокочастотных помех широко используют способы ИУ-нч. При ИУ-НЧ изменение выходного параметров СШ производится изменением числа полушриодов напряжения сети подключаемых к нагрузке. Для уменьшения пульсаций регулируемого параметра. (например, температуры) необходимо увеличить равномерность додачи энергии на нагрузку в интервале регулирования Гр. При этом уменьшаются мгновенное и интегрально»- отклонения истинного значен»-энергии Iя{ъ).от эталонного *0(П .- ^Н) и £2 . Теоретический анализ показал, что в ПСУ однгм СПП для любых значений заданного сигнала управления N (0 £ N & М, где М - число кванта времении в интервале регулирования), при максимальной

О Ж' - *

а

равномерности подачи, энергии максимальное значение мгновенного отклонение Çv не вше 0,5. На основе этого вывода можно вывести условие для определения функции переключения f(к):

г. Як) =1, при ф(к+1) S O, f(k) = 0. . при ф(к+1) > О, ф(1) = Q.5M - К, (3)

■ ф{к+1 ) = ф{к) + Г(к-1 Ш - К. . к = 0Л....И-1.

где функция ф(к+1) - функция потенциала, f(k) = 1 и г(к) = 0 -соответственно посылки и отсутствие кванта энергии в нагрузке.

Среднее интегральное отклонение истинного значения энергии, поступившей • на нагрузку от эталонного ç3 для алгоритма число-импульсного ИУ-НЧ (ЧСИУ-НЧ) с функцией потенциала при Н=8 составляет 70S от £3 известного алгоритма ЧСИУ-НЧ.

Эффективным приемом повышения качества использования электроэнергии пребразователями с. ИУ-НЧ является введение îpynnoEûs --режимов работы нескольких СПП с обеспечением требуемого качества управления, выходным параметром каждого из них. •

. Алгоритм, синхроцного управления группой СПП с ШИУ-НЧ с ПСУ 'заключается в следующем: моменты окончания . последнего кванта энергии для 1-го : СПП 'согласовываются с моментами начала первого кванта i+1-го СПП. . Для каждого СППкванты энергии могут находиться в одном или двух участках внутри интервала.т . Перед, началом интервала регулирования ЫСУ определяет три указателя для каждого СПП: указатель начала и конца первого участка AHlI , Ак1. и указатель начала второго участка ¿îizi. После их, определения порядок выдачи квантов энергии для всех СПП в интервале т определен. р

Для повышения равномерности. подачи энергии используют синхронный ЧСИУ-НЧ.. Алгоритм синхронного ЧСИУ-НЧ с использованием функций потенциала действует следушем образом.

После любых изменений сигналов управления СПП в группе перёд началом интервала регулирования МСУ определяет целую часть среднего, значения заданных сигналов для • Всех СПП в одном кванте времении q и остаток г

q = Int t( Е Nll/M J , г = I NI—Mq i=i l=i

(4) a

где з - общее число СПП.

Чтобы общая энергия подавалась на нагрузки равномерно добавим еще один фиктивный регулятор с номером з+1 с заданным числом управления Ия+1 = г. При Гв+1(«Л = 1 общее число квантов энергии поступающих на нагрузки в ¿-том интервале = ц+1, при

Г (Л) = О. п. =а. Функция г , {¡) определяется также, как и

8т1 ^Ш&Х 3т1

в ЧСИУ-НЧ одним СПП при помощи функции потенциала.

Для каждого СПП имеется соответствующая функция потенциала ф,Ш. В каждом кванте времении п, -ые преобразователи, имеющие

1 ^ШйХ

наименьшее значение соответствущей функции потенциала, подключаются к нагрузкам.' При этом обеспечивается максимальная равномерность подачи суммарной энергии в целом и высокая равномерность подачи энергии для каждого СПП. Например, для М=7, М1=5, N3=2,- И4=5, при алгоритме на основе функции

"подходящей дроби", интегральное отклонение истинной суммарной энергии поступившей на нагрузки от эталонного % =0.161, а при разработанном алгоритме с функцией потенциала £ 2з =0.107.

' Синхронное управление группой СПП с однотипными нагрузками, но с различными интервалами регулирования используется в тех случаях, когда нагрузки СПП имеют разные инерционности, но значения кванта энергии для разных СПП одинаковые.

Целесообразно, выбирать значения интервалов регулирования равные Тр. + 1 = 1*[Тр1,.где 1 < 1 5 з, Ц = 2, г{ = 0,1,2,... Для ЯТП1 с интервалом регулирования тр. > тр1, при заданном числе управления , МСУ вычисляет целую часть среднего числа управления в каждом Т Р = ШШ^/?^) и остаток г! = N. -Л^/М^ Число квантов энергии № [г) в г-вом интервале * т зпределяется функцией потенциала

Я-(г) = Р1+1, Г:(г) = 1, при ф ^ о

N^(2) = Р1, Г'(г) =0, при ф * {^+1) > О Ф-(1) = о.5М: - Г: ф((г+1} = )1+ Г'(г) м; -г- ,

(5)

еде = М. /-М, .

После определения чясла квантов энергия, находящихся в текущем т для всех СПП., переключающая функция г {Л) зпределяется алгоритмом синхронного управления группой СПП с здинвковыми нагрузками и равными интервалами регулирования Т 1.

Если интервал регулирования всех СПП. в группе одинаковый, а

их кванты анергии не равные, алгоритм позволяющий существенно уменьшить искажение .суммарной энергии работает следующим образом. Перед началом каждого интервала регулирования, МСУ определяв'] эталонное значение суммарной подачи энергии в одном кванте времении q„ СЯП^, иыевдий максимальное значение кванта .энергии, является ведущим и его переключающая функция fu(J) определяете го формуле (3). Затем МСУ выбирает такие cmij (1*1) дш .подключения к нагрузке, чтобы значение суммарной энергии всех СП) в текущем кванте времени было бы не более, чем q + A np¡ обеспечении заданного числа кванта энергии в Т для каждого СШ. где А - допустимое отклонение суммарной энергии в одном квант времении, причем СШ^ (1*1) с большим значением кванта энерги имеет высшей приоритет.

Алгоритм синхронного управления группой СПП с разным нагрузками и разными интервалами регулирования строи, зя на осное двух предыдущих алгоритмов синхронного управления..

В четвертой главе разработаны алгоритмы управления одно трехфазными автономными инверторами с ШМ по синусоидально»! закону. » •

В ЫСУ автономными инверторами (АИ) с ШИМ по синусоидально» закону, в качестве среднего значения выходного сигнала принимаете значение синусоидальной функции в середине периода несущей часто1:

U a a sin На, + а. , )/21 . (6)

ср 11+1

где ai , а1+1 - углы , соответствующие началу 1-го и 1+1-i периодов несущей частоты, а - амплитуда синусоидальной функции.

Если ширина импульсов выходного напряжения определяется помощью выражения (6), то в зависимости, от расположения импульс в периоде несущей частоты, можно реализовать разные варианты ШИ Спектральный анализ кривых выходного напряжения АИ показывав что ШИМ, аналогичные двухсторошм ШИЫ-2А с треугольной форм развертки имеют лучший гармонический состав по сравнению с .други видами ШИМ.

В случаа.вирокого диапазона регулирования выходной чаете АИ с -целъя уменьшения потерь' на " переключения силое полупроводниковых приборов необходимо изменить количество период несущей а периоде ведущей частоты в зависимости от задаш выходной частоты. Для уменьшения объема таблицы в стираемой паю программы (ПИЗУ) целесообразно использовать только одну табл!

да всех ^ , где ^ - количество периодов несущей на j-om щапазоне, для этого необходимо соблюдать следующие соотношения

f0,j = 2ro.j-, • h = Л=1.2....п . (7)

"де fQ - эталонная частота в' j-om диапазоне. В этом случае таблица' строится только для первой эталонной частоты f В таблице хранятся кода значений • синусоидальной функции в тактовых точках к(1). Максимальное значение к(1) соответствует длительности эдного эталонного периода несущей частоты Т .

Для первой эталонной частоты, код ширины импульсов определяется как ■

t011 = Ck(i) + k(i + 1И/2, 1 = 0.1,...е01- (8)

Для j-ой эталонной частоты, код эталонной частоты равен T01J = к ((21+1) Zs-z) , (9)

?де 3 = 1 + 10^(£„,/? ).

Если заданная выходная частота f отличается от эт-лонной ißCTOTH и лежит в диапазоне Г3 ^ - f3 j , соответсувупдвм эталонной частоте f^, а глубина модуляции ц * 1, то ширина мпульсов определяется следупцим соотношением

Для трехфазного АИ, ширина импульсов выходного • напряжения <аждой фазы определяется по номеру периода несущей частоты, ■{ачальный номер -периода несущей частоты для фазы А равен о (принимаем начальное"значение I = 0), для фэзы В = 2{/3, для 1®зы С 1с = С/3.

Пятая глава посвящена алгоритму управления несколькими гипами СПП и исследованию замкнутых МСУ СПП. В качестве примера, приведен анализ и синтез однофазного регулятора„.БЗВУ и СЗВУ переменного тока с помощью Z- преобразования, корневого годографа и операторно-рекуррантного метода моделирования.

МСУ на базе одного микропроцессора с одним таймером для формирования временного сдвига моеэт управлять несколькими типами СПП, по одинаковым или разным законам управления. В <~том случае

- 12 -

целесообразно использовать очередь FIFO.

Все задачи выполняемые МСУ СПП в соответствии с уровнями приоритетов можно подразделить на 4 Еида..

Задачи первого вида должны быть выполнены в .определений момент времени и имеют, наивысший цриоритет. К задачам второго вида относится определение значений т^ и ск которые должны быть известны перед-моментом их выдачи. Задачи Третьего вида связаны с определением управляющих воздействий в интервале регулирования Тр . Задачи четвертого вида , могут быть выполнены с временной задержкой и имеют самый низкий приоритет выполнения.

Если в процессе работы; СПП возможно появление нескольких последовательных коротких временных интервалов й при этом задача второго вида не может быть выполнена в течении этих коротких интервалов, то она должна быть заранее определена с помощы очереди FIFO при условии, если в определенном интервале бремени все задачи могут быть выполнены ИСУ. .

Длинну L FIFO выбирают из условия

а+1 г L 2 .1nt{ Е TBln/T.j> + 1 ' (II)

где Tmln - минимальная длительность интервала дискретности из все: Т.. Если интервал дискретности всех СПП одинаковый, то L=s+1.

Поскольку выгодный сигнал СШ чаще является дискретным i содержит высокочастотные гармоники для получения полной полезно) информации целесообразно использовать преобразователь напряжения, частоту . (ПНЧ). Если нужно определить действующее значени выходного напряжения СШ, сначала получают среднее значени выходного напряжения, в потом используя соотношение между:средни и действующим значением выходного, напряжения. вычисляю действующее значение напряжения.. .

Значение мощности определяется программным способом; п формуле

< п - '

/Р --4—Z u'i 1. At , ' (12)

... . lo j-, 1 1 -с ' -

что может быть реализовано с помощью. аналоговой схемы умножения

шч. • ' ■ • ••

' Схема разработанного образца МСУ ПП показана на рис.', ] Образец состоит из платы, содержащей БИС ОМЗВМ и другие БИС. также пульта клавиатуры и индикации. С помощью этого ' oOpasi

еализоваы различные разработанные алгоритмы, в частности, лгоритм управления несколькими СПП разными способами.

На рис. 2 приведены диаграммы результатов моделирования ыходной величины регулятора однофазного переменного тока при азннх законах регулирования для регулятора БЗВУ ( рис. 2, а ) и ЗВУ ( рис. 2, б). Математическая модель и результаты оделирования переходных процессов СПП с МСУ при разных ередаточных функциях цифрового регулятора с обычной и омбинированной структурой управления.и при разных коэффициентах ередачи прямой и дополнительной прямой связи ' подтверждены кспериментально с достаточной для инженерной практики очностью(5 -10%).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.' Проведены исследования динамических характеристик .и собенности ¡НИМ для МСУ СПП, Выработаны рекомендации по выбору НИМ ля МСУ СПП. Показано, что в большистЕе случаев применение ШИМ-1 олее целесообразно чем ШММ-2А. Разработана модель ШИМ-1.

2. Разработан алгоритм синхронизации для многофазных СПП, арактеризующийся простотой аппаратной части и обеспечивающих учший гармонический состав выходной величины и его инвариантность . изменению частоты питающей сети.

3. Разработаны:

- алгоритм лине ври :>ают статической характеристики СПП, мепций высокое быстродействие;

- алгоритм управления СПП и его программная реализация, беспечивающие инвариантность выходной" величины к изменению апряжения питавшей сети;

- алгоритм низкочастотно импульсного управления одним СПП и го программная .- реализация, обеспечивающие максимальную ювномарность подачи энергии на нагрузку;

алгоритмы синхронного управления группой СПП при разных ^отношениях вначений нагрузок и интервалов регулирования, обеспечивающие высокую равномерность подачи суммарной энергии на [агрузкн.

- алгоритмы управления АИ с ШИМ по синусоидальному закону и [х программные реализации, обеспечивающие югрошЯ диапазон югулирования выходной частоты при. высоком'быстрс^&стряв и мизоы нЗъеме таблицы ППЗУ.

I

Tj

fSV /

TF

J 80Ч»

РШ RST

CD

ПНЧ — Сигнал __ синхронизации

смэш 8031

Яыт

Ti îïïfè Xi

ALE

ßt-ег ЕЛ

wk

m

Us h*

74LS3-73 « CUi

Л"

oe cl

ОЗУ , „ 6116 /Í4fv

IW

5

0£

ППЗУ 2764

At^f De~y Au

At2

z

A. A.

m в

c=

Порт Я** 8255

c3

/V

A.

■ A¡

g

ЙС

> il

3

i

а)

с. 2. Переходные процессы регуляторов переменного тока.

4. Предложена структура универсального МСУ . для управлен несколькими чипами СПП с разными законами управления, для которо разделены задачи, выполняемые по приоритетам выполнени показаны условия целесообразности применения очереди FIFO.

5.Анализ, синтез и экспериментальные исследования замкнут цифровых, регуляторов БЗВУ и СЗВУ показали эффективное использования операторно-рекуррентного метода для моделирован дискретной нелинейной системы.

6. Разработан образец универсального МСУ на основе ОМЭВЫ 1£ БЕ51, предназначеный для реализации разработанных алгоритм управления СПП. По сравнению с известными он позвал? одновременно управлять несколькими СПП разными способг управления с малыми аппаратными затратами.

По теме диссертации опубликовано 2 печатные работы:

1. Юэ Гуан Алгоритм импульсного низкочастотного управле! тиристорными преобразователями - Техн. электродинамика,- 195 No.6, с. 39-43.

2. Юэ Гуан Применение структур, данных в пребразователы технике - Деп. В УкрИНТЭИ, 1992, No. 1835-УК92, 6с.

Соискатель

Юэ. ГУ'