автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Микропроцессорный модуль как устройство управления динамическими состояниями электромагнитных систем дискретного перемещения для многофункциональных автоматизированных комплексов

»^МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ <к и ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ^ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Э. БАУМАНА

N

Госу*' 4

?;;' . . ■

На правах рукописи УДК 621,313.013

КОНДРАТЬЕВ Сергей Георгиевич

МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ МОДУЛЬ КАК УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ СОСТОЯНИЯМИ ЭШШШШ СИСТЕМ ДИСКРЕТНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЛЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ

05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники я сист. и

управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидате технических яяук

Москва - 1994 г.

• - •

работа выполнена в Московском ордене Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Значки государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана, Запорожском государственном тезйшческоц университете. .

Г '

Научный руководитель - кандидат технических наук»

доцент НИТУСОВ ЕриЯ Евгеньевич, .

Официальные оппоненты - д.т. и. профессор

Твяеико О.Ф. ' ".т.н. доцент «цВВйЯенко Ю.И.

Ведущая организация - УкраинокяЙ НИИ Сжловой

элехтроввха 1

» .

Защита диссертации состоится ■" " {^/^¿у?^1 1994 года на заседании спедаалиэированного совета К 063.15.06 в Московской ордена Ленина, ордевв Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана по адресу« 107006,' г. Москва, 2-я Бауманская улица, дом.

Вам с'1'зыв на автореферат в двух акэеюицрах, заверенные

печати), просим направить по указанному адрес.

• ■ , •

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке штг. Автореферат разослан "4" .•* {¿ОЛЬр^ 1994 года.

Ученый секретарь ' ^

специализированного совета Р/сз оР*'*^^

кандидат технических наук, Максимов

Oó%m 1 ■ л. Тире» 100 «п. fbtwqp» .МГV •». 1.8. Ьдивш Лодажошю i анма а/. № 94 г. Эвям В ы'Ъ'

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Современный технический прогресс характерен внедрением автоматизации производственной деятельности, широким использованием многофункциональна! автоматизированных комплексов. ГАП, робототехнических линий, автоматизированных систем управления технологическим оборудованием.

Дальнейшее повышение эффективности многофункциональных автоматизировашшх комплексов, рост их производительности, уменьшение энергоемкости, сокрв'дэниэ сроков наладки (переналадки) и снияэнмэ себестоимости выпускаемой продукции в значительной степэш опрэ-дэляется надекность» исполнительных элементов га статачастш, динамическими н эксплуатационными характернстикомя, а тагш» возможностями устройств управления ими.

Одним из перспективных направлений является применение в ка-чвстсе исполнительных элементов шогофункцяоналышх евтоматизиро-вастшх комплексов электромагнитных систем дискретного перемещения { ЗМСДП ) на базе шшшдричвских-лияейннх электромагнитных пзговах двигателях с переменным магнитным сопротивлением и ¡юодаородким якорем реактивного типа, характеризующихся простотой и технологичностью конструкции, позьиляюцих исключить промекутсчто/в кйтемзти-чвскив пары, обеспечиващих непосредственное, без преобразования информации,управлегага от средств вычислительной тохники, удобством как для встраивания в конструкцию автоматизированного комплекса так и для обслуживания и ремонта. Такой электропривод «олеэт высокую надежность и низкий уровень собственных оумов.

Однако Фактором, существенно сдерживавжда широкое внедрение ЗМСДП является проблема формирования плавного, регулируемого тор»^-кения подвижного элемента воздействием на него силами электромагнитного поля.

В связи с этим актуально решение вопросов анализа фув дашро-ваяия ЗМСДП в различных динамичоских состояниях, разработка подхода к их моделированию на ЭВМ, тределенив параметров управления динамическими состояниями, разработка подхода х решению задач оптимизации и синтез требуемых координат функционирования ЗМСДП, а также разработка способов реализации регулируемого ггормокения, адаптации к возмущающим воздействиям а автоматизации проектирования микропроцессорных модулей, алгоритмов в программ управления динамическими состояниями ЭВДЩ.

Цель работа. Целью диссертационной работы является расширение возможностей управления динамически». ссстс лиями ЗМСДП, функциони-рущлх в режима автокоммутацин фаз, через разработку онтммизирущих алгоритмов и их реализации иа базе современных микропроцессорных модулей. Под расширением возможностей управления динамическими состояниями подразумевается обеспечение торможения и фиксация подвижною олом.шта ЭМСДП воздействием на наго только силами электромагнитного поля.

Задачи исследования. Для реализации поставленной цели'необходимо решить следующие задачи:

- разработать подход к модели? анию динамических состояний ЭМСДП, функционирующих в режиме автокоммутоции фаз;

- реализовать разработшшый подход на ЭВМ, обеспечив открытую архитектуру и возможности графической интерпритащш результатов моделирования;

- ив основании моделирования определить параметра управления дннак-пческими состояниями ЗМСДП;

- разработать подход к решению задач оптимизации и синтеза требуемых координат функционирования ЭМСДП с учетом накладываемых на них ограничений;

- разработать алгоритмическое обеспечение управления динамическими состояниями ЭМСДП на базе микропроцессорного модуля управления ;

- разработать инженерную методику автоматизированного проектирования микр ^процессорных модулой, алгоритмов и чтограмм управления намическими состояниями ЭМСДП;

- реализовать полученные алгоритмы на базе микропроцессорных модулей и осуществить экспериментальную проверку основных результата полученных в работе.

Методика проведения исследования. В работе применялись: классические законы механики, теории электричества и електромагатюго поля, теория планирования эксперимента и регрессионного анализа, численные метода интегрировать и дифференцирования, решения задачи поиска акстремума, и методы нелинейного программирования. Для математического ятализа функционирования ЭМСДП применялась ПЭВМ Ш РО/ХТ/АТ, алгоритмические языки F0HTRAI1, СИ, QBASIC, АСЕМБЛЕР,. алектронная таблица SUPSRCA-I.C, универсальная графическая среда на

г

базе AUTOCAD. При проведении экспериментов использовались различ-шо серии микропроцессорных комплектов, силовой преобразователь частота ТПТР 20-400-50 и другое нестандартное оборудование. Достоверность полученных результатов теоретического анализа и синтеза устанавливалось экспериментальным путем.

Научная новизна работа. Автором получена следующие результаты:

- применение для внализа дкнаюпеских состояний ЭМСДП нмитацион яого моделирования, обладающего открытой архитектурой и возможность» графической интерпретации результатов на ЭВМ;

- критериальное уравнений связи участка тормокения с величиной участка разгона;

- применение для определения величины предтологаемого участка торможения параметра соотношения рекимов разгона/тормокения;

- прямене®» ко&Кищюта тормозного усшшя для фор»я!ровония требуемой дгшскики торможения с помощью микропроцессорного модуля управления;

- методика слтимизацет параметров упраления динамическими состояниями ЭПСДП;

- методика автоматизированного проектирование микропроцессорных модулей, алгоритмов и программ управления динамическими состояниями ЭМСДП.

Практическая ценность работа. Создала система имитационного моделирования, позволяющая производить анализ динамических состояний ЭМСДП но ПЭВМ IBM PC/XT/AT.

Создан программно-аппаратурный кошлекс автоматизированного проектирования устройств, алгоритмов и программ управления динамическими СОСТОЯНИЯМИ ЗНСДП.

Разрэботагашй помехозащищентшй, самонастраивающийся, адаптивный алгоритм управления динамическими состояния»«! ЭМСДП реализован на базе.кикропроцессорних комплектов К580 ц Z80 для использования ЭМСДП в качестве исполнительных элементов многофункциональных авто-матизированннх комплексов.

Разработанная система сопровождения разработки средств управления динамическими состояниями ЭМСДП является составной частью САПР электроприводов на базе ЭМСДП для шюгофункцконалышх авто- ' матизироввтшх комплексов.

Реализация работы. Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке и создан:— опыт: -промышленного образца робота-укладчикв огнеупорного кирпича, работающего в прямогоу-гольной системе координат, Запорожским техническим университетом в содружестве с научно-производственной фирмой "ЭТНА" для Запорожского завода огнеупорного кирпича.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Социальные аспекты прообразовавильной техники" /г. Запорожье, 1990 г./, 3-ей Дальневосточной научно-практической конференции "Совершенствование электрооборудования и средств автома-чзации технологических процессов и промышленных предприятий" /г, Комсомольск-на-Амуре в 1992 г./.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 научных работ, в том числа 2 статьи,*4 тезисов доклада, I авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из задания, пяти глав, заключения, списка литературы из 97 наименований и 23 приложений. Объем диссертационной работы 158 страниц, из них 104 страницы машинописного текста. Работа содержит 28 рисунков и 17 таблиц.

СОДВРХМШВ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и перспективность применения электромагнитных систем дискретного перемещения малой и средней моицгасти на базе цилиндрических линейных электромагнитных шаговых двигателях о переменным магнитным сопротивлением и неоднородным якорем реактивного типа в качестве исполнительных элементов многофункциональных автоматизировать* комплексов.

В первой главе выполнен обзор, проведен анализ и дана оценка икещихся конструкций ЗМСДП, а также систем и алгоритмов упраало-1<ий их динамическими состояниями.

Показано, что разомкнутые системы управления ЭМОДП малой и сродной мощности, мугнкцаояирувдиа в режиме программного разгона/ торможении, являясь более совершенными за счет увеличения скорости

А

пзре?««опяя подвжяюго элемента, нэ являются оптшалыалли поскольку, при определении херактера разгона/ториожония не учитывается воз-шкгоо ягквконвв яагруззш, что привода? к необходимости занижать рабочую частоту двигателя для устойчивей отработки заданного цикла, ухудзая тэм самим такие викныв показатели Функционирования ЭЫСДП как КПД, д^асзжу перемещения и управляемость.

Локально-22:зснутио система управления, реализуемые на базе ш-твгрчды!цХ схем сродного уровня интеграции нэ сбоспечявают "рацио-П'шгеэ по ооцачпому крлтергпэ фужцаегззровагао ГЗДП, шсс:уи по-;:'з,:оз.",":,:";г;;п!ость и тр^оус--;- коор&тезя работы с учэтон НЕКЛо;";ияо-иих на ш-!х огранзгезш'й.

Исзтельосввнко в качество устройств упрмип»г/.я досютюстш ОООТОЯ"5Я,"!1 П'^рогрспвссор!;:::; модулей в сочзтоппл с ОТГОСГПЩЗОШГОЙ СЛСТГО'ОЙ уврЗ(*?КЗМ ПОЗБОЛЯСТ суг;остг''01ш0 улупгить "'ПргТГНИОСГЯ'е 3! а;;сглустап;гат~;з по:::;затэ:::: ЭМСД1, об?спэчить оЕорлткпцу» яс-рз-наладз:у систем ка ковш коордаяте! 3! еэтеркегч работы.

Однако, т.к. э пвтосащювксм рзгаг'з расЕПвсэтсл скачэтвлькй староста ч часто кмэвтея бохигно шерцэзшггэ кйссч з кз.?» нагрузкн, шз!пп;оот проблема кегчмлешцга ккнэтачэгаей экоргзп шгтт«:юго копта 2ТХ5ДП прл подхода его к ааджной то'-сся шзтщлс;г:рс~г::ия воз-дзйстп'/.е"'. па яого толъг.о эдектрсисгшгпгзгс аохп т.е. Сот,.

ггрт.'.'знэп:;.! спэцдашяяс глдравлачосгс::*, гохгаггесскмс ига других устройств термогепля.

Опртддлзапз ппрсмэтров упразлеиз'-л ,сглг.?етоскгся сосгошж.тл С'ДЦП, фдсагтозяруюг^а: в рож'.э автокап^утаитл фаз, д^тппзет» плавного, регулируемого умеаыпензш стсоросл! та,г;:иг„зюго эдгскютз 51КД! воздействием ка него сила?.я олоктрелагпатгого ггодя, способ тормо-:::о1шя, сктгатоцяя парс,:эгроз управления и езятвз требуо::.ж коорд"-нат с учетом накладаваема на шк огрнитеякй 'по пноргепотроблен:;», быстродействий, кзкешалькому ускорена» я чя., адаптация к вбему-цаюсзп! воздействиям, КНЯ0иврН8Я кэтодкка проептпровгшкя ерг ",СТВ управления дааотюскика состояниям СТ.ТСДП - оярэдалтз? цель данной работа и позволяют сформулировать рзпаемуе в ней ездочи.

Вторая глава посвящена формирования математического аппарата и анализу с его помощью динамических состояний 'электромагнитных систем дискретного перемещения. '

Гассштрено описание процесса функционирования ВЫСДП но базе

традиционной математической модели:

»й -« ч >

п

'Л с_,

1«к

- ЗДЛ« К - (1 ,

«а - V* ^ ^ V-ьг^.*

1-1 .

где и^ - напряжение источника питания;

- ток нагрувки «сточшрса;

Я - активное сопротивление обмотки управления! - - индуктивность обмотки управления; в - масса подвижного элемента; V - скорость подвижного влемекта; х - перемещение подвижного элемента; * - время;

?8Н - тяговое електромагнитновусилие;

>н'- усилие создаваемое нагрузкой.

Показано, что из-за разнородности уравнений и наличия сложныхне-линейных членов ( тяговое електромагннтное усилие, индуктивность, произв^ая индуктивности ш координате перемещзния, сила сопротивления) в интегральных а дифференциальных уравнениях, описывающих процесс функционирования ЭМСДП, аналитическое их решение получись не предотавляетря возможным.

Предложено для исследования дмамических состояний ЭМСЩП использовать имитационное моделирование, реализуемое не базе следующего подхода:

- описание нелинейных элементов при помощи теории планирования еспершевта; '

1- реаение интегральных и дифференциальных уравнений численными методами;

- обеспечение структуры и последовательности протекания явлений

б

составляадих процесс функционирования ЭМОДП, программными средствами ПЭВМ.

Для аналитического описания влияния конструкции, материале я насыщения наалектромагштше параметры ЗМСДП предложено использовать регрессионные модели вида:

П И -

1 - уЕч^Е^&у? <»•1 1»1

( г )

ы 3-1

т

где X - описываемая функция; Т - Фвкторв;

- коэф^сшиенты регрессии;

р - индекс Номера интервала варьируемого фактора. Уравнения <2) строятся с использованием планирования эксперимента (ортогональное центральное компазиционное планирование ). Применение для определения коэффициентов регрессионных моделей (2) ЭЕМ, обеспечивает возможность варьирования интервалов факторов и тем самым адекватную аппроксимацию нелинейных элементов.

Описав аналитически связь между электромагнитными и конструктивными параметрами производится преобразование традиционной математической модели в иатегро-дифферевцизльяу» с регрессионными элементами: '

<2.1 61 а

V* г

(3 )

«

»

где А,В,С -коэффициента р&грвссшмпшх шливомов Уг . I, бЬ/бх; .а,Р|к - индексы номеров интервалов варьируемых ч лторов; число ватков обмотки управления;

х - смещение торцов ферромагнитных участков подвижного элекзнта ЗМСДП;

ср.О ~ постоянная интегрирования С^=Ь0у/.

Величину ЬрЯаходят путем намерения индуктивности при полово-!Г.ш подвижного элемента, соответствующем начальному иг.?, определяют аналитически, пользуясь мзтодамй представления линий поля дугами округлостей.

На базе ПЭВМ 1Ш Ю/ХТ/АТ, разработоташюго подхода к нодета-ловыаш, алгоритм. некого языка ОВАЗМ, использувд математическую модель (3), чЕаяензшй кэтод Рунго-Кутта -вельдберга с автоматическим выбором шага, эдактронну» таблицу ЕиРЕНСАЬС, кубзчаску» сплайл штроксимацла, графические везлюгз. ти АЦГОСАВ - получзпо система имитационного кодолироаашя данаэтеских состояний эаедп. На-рис Л привэдэнц результата кодедировгшйя дшшчоских "состояний разгон/ равномерное дв112>эш;о подошюго вдсиопта ЗЫСДП ирл различной воли-чипе шорвдоньоД нагруезаз.

С помодь» разработанной систеш иьитацкозшого г^сдолпроЕшсзя опрзделэш ьегоодп: и ыторатш Еосполиецзя издостеядай начальной щзфораазздо о системе аа счзг болов полного испольаовазш тевдзй информации, обеспочивш&а адаптивное управление при оптимальном использовании в зсаждом данамачэезтал состоянии всех рссполэгасшх ресурсов (оноргитичоских, 1ш.Хормащ:ошшх, вичззелпгельззых и др.) для достиеошя доставленной доли при совладении заданна* ограначо-шй.

В качестве источника дополнительной информации о текучем дн-аы.йхчвскаи состоянии ЗМСДП дрэдлоиено использова -ь изменение вромз-зшфп. урезанного шро/,!зг,оы];л

А

мд * гпр ~ гпс ( 4 )

где ^ - время предыдущего фшгеззр^ьашюго таргшцэзш; ~ время последнего фиксированного перемещения.

Если

> О, разгон подвншого влэманта ЗМСДП; « О, равномерное доюевние; Д^ < 0, торыокезлзе.

Очевзздно, что для осуществления тормокения подвианого элемента ЭМСДП воздействием на него сил а,ми электромагнитного поля доота-

8 '

точно щгтменить управление противоположное разгону. Поэтому величина участка торгокония ( II ) мотат бить определена:

п

1L

■ 2 xi{¿ Vo}

1=1

( 5 )

Сказанное виаэ использование текущей информации о системе позволя-эт судить о текущем даясмическоч' состоянии ЭМСДП и косвенно об шерциолксЗ свойствах нагрузка. На основании (5) получено крате-рпалыюо уравнение связи участта тормокозшл с ве.пгпкой участка раз-гена, определяющее необходимость кзтапоштя управления, направленное за смену д:ша»тоского состояилгл ргзгеи/рпгломориоо дешпкие - тор-юз:э1глз:

Х„-

I *iK>0} + l zi{AV°) 1=1 1=1

Г, О

( б )

?дэ Х3 - вэлтгпша требуемого перемещения.

¡^лягавая шлеггголшоо влияние езш сопротивления пря тор:.!С".с:г.и тодатаюго элемента ЭМСДП, необходимо регулировать велячзноЯ прзд-тадогсемого участка тормопония ( .Чта ). Для зтого прздлоггето исполь зовать параметр соотношения. режимов разгона/торможепкя ( ):

- г

еррт

At.

( 7 )

да AZ - оценка дшюмшш разгона.

Зсли

Л20 > О, Хр3 з Хр3; Хр3+ 1 (разгон неучитываемого теста) Д2С < V V ХШ э хрз

'Дв

AV°}

*рз " 1 *if 1=1 п

*р3 - 2 *i{AV°}

1=1

На рпо.2 приведен результат идентификации влияния величины на величину Вгп для разгона подвижного элемента ЭМСДП рис Л.

О РР^ •

йределено, что увеличение 2сррХ вызывает уменьшение и^ и увелн-¡ениэ начальной скорости тормокения ( ) длч возрастающих зна-[ениЯ инерционной нагрузки { п^ ).

Проведен анализ влияния различных видов тормозных алгоритмов

коммутации обмоток управления на величину М, (рис.3), tapeделено, что торможению подвижного влемента ЗМЦЦП воздействием на него силами электромагнитного поля характерно наличие трех зон:

- зоны нерегулируемого торможения (I), т.е. торможение при условии меньшего М, без применения специальных механических, гидравлических или др. устройств торможония реализовать не представляется возможным;

- зоны регулируемого торможения (II):

- зоны слабого торможовхя (III), т.е. торможения ори условии эаве-домо неэффективного использования анергитическнх, временных и др. распологаемых ресурсов функционирования ЭМСЩП.

Выполнено ранжирование по энергопотреблению а величине тормов-ного пути алгоритмов коммутации торможения. Определено, что оптимальными являются:

- одиночная коммутация о углом коммутация равном нулю (тип А);

- парная коммутация протквовклвчвния о угоди коммутация нуль и минус величина базового дискрета перемещения (тип О).

Для обеспечения требуемой динамики торможения, предложено использовать коэффициент тормозного усилия ( Ку ):

. . ; .

где а - базовое число коммутаций типа 1} ,

nt - количество коммутации типа D из числа А. .

На основании полученных рекомендацийопределены возможности перевода координат функционировании ЭМСДП в область рационального использования распологаемых ресурсов. Выбраны пармэтры управления, полволяпцие реализовать все пс ученные выше рекомендации:

- Параметр соотношения режимов разгона торможения;

- коэффициент тормозного усилия.

В третьей главе разрабатывался подход к ре пению вадачоптивд-зации я.синтеза требуемых координат функционирования ЭМСДП, в.так- ■ же количественный анализ влияния выбранных параметров управления : ' динамическими состояниями эмсдп на контролируешю коордкнаты о ' учетом накладываема ва нюх ограничений. Ч;'^

Для решения задач оптимизации в синтезе методами нелинейного программирования выполнено преобразование имитационной модели ЭМСДП к алгебраическому виду i безе регрессионных моделей. Применение

алгебраических медалей вида:

I - В « И ( 9 )

где I - вектор столбец контролируема координат ЭМСДП;

В - матрица коэффициентов регрессия;

М - вектср столбец управляющих воздействий, позволяет задачи синтеза требуемых координат функционирования ЗМСДП формализовать в виде эадач нелиней яч> программирования общего вида: определение экстремума целевой функции при параметрических ограничениях в вида равенств и/или неравенств: '

* - min

*т1п<*<*шах

где I - критерий оптимизации;

Нд^д, Ндду - ограничения на величину параметра управления;

*вах ~ ограничения по контролируемым координатам ЭЫСДП.

Для реаения задач нелинейного программирования использовался метод,последовательной безусловной минимизации, а поиск экстремумов функций для функционалов в условиях многоакстремальности в сложных ограничений выполнен на основе процедуры, имепцей рекурент-ныЯ характер.

На примере решения задач синтеза оптимизирующих по минимуму энергопотребления и величины тормозного пути (рис.4) параметров управления динамическими состояниями показана достижимость регулируемого торможения подвижного элемента ЗМСДП воздействием на ьего силами электромагнитного шля при совладении веданных ограничений.

Предложено несколько способов реализации регулируемого торможения подвижного елемента ЭЫСДП:

- построение универсальных регулировочных характеристик; -применение Панскова алгоритмов адаптация параметров управления; -самонастройка параметров управления в ходе функционирования ЭМСЩП,

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмического обеспечения микропроцессорных модулей управления динамическими состояниями ЭМСДП."

Дня повышения помехозащищенности канала: ei'ход ДОС - вход микропроцессорного модуля управления, построен трехуровневый алгоритм контроля за положением подвижного элемента ЗМСДП:

И

- прогносировашш озадаогото кода датчиков обратной связи для прямого и инверсного направления перемещения;

- аппаратурная реализация временной задарзкки (системный таймер);

- аппаратурный узг.ополосный фильтр (многоуровневая система прооря-тетнцх прерываний).

Предложенный механизм контроля за положением подвижного оло-мента ЭУСДП, реализуемый на базе прогнозирования, системного тай-ызра и многоуровневой системы преоритвишх прерываний позволяет ыснободчть ресурсы центрального процессора микрокоде ссорного модуля для, формирования качественно!« вектора управления в фоновом раздело работа программа.

Для устранения погрешностей вызванных изменением электрических и магшзтозлх свойств ЭМСДП, (старение материала, нагрев обмоток il т.п.), возннкахадах в процессе их функционирования, разработгч алгоритм адапгзц?ш управления дшю&шсшш соозояшшп э;.;СДП к БОЗЦуЦЕОХуК! воздействиям.

На основании сравнительного анализа, для решения поставленных задач ь качестве устройства управления ьабраа микропрцессорпий модуль на базе однокристальной ЭВМ (КРШбБГЗП, обладаецой тробуэ-кг.й быстродействием и содержащей вес комланеита необходимо при уираалеети 'чинамичесюыи состоиыяма Э7.0ДП: центральный процессор, ОЗУ дагагж к ПЗУ программ, порти ввода/швода икформац'.-ш, встроенный тактовый генератор, тзймер-счетчак, устройство управления схо-мз5 прсриващзй.

Построен шюпсохрокваиз&ся алгоритм оптимизирующего по заданному критерию управления динамическими состояниями ЗЫСДП для t.*. юго&тжцзональшх автоматизированных комплексов.

Пятая глава посвящена разработке методики шшзнерного проектирования мшфопроцэосорных модулей, V .горатмов ы программ упраьле-КЦЯ динамически»-« состояниями В.'.ЮДП,

Дйя ивтсмз'ыаации проектирования устройств, олгорЯков и программ управления дяиамкчоскими состояниями 8ЭДЦ1 создан программно-апяаратурный комплекс, на база ПЭВМ IBM PC/XT/AT, а такяе построен алгорц-л; сисеш автоматизированного проектирования средств управлении ЕМСДП.

На примере 5-фазной ЭМСДП спробировапа методика проектирования средств-управления. Для чего построены регрессионные модели нелинейных элементов 1Штегро-д'"Тферонцкальной модели, с помощь» имитацаон-

ного моделирования построен алгоритм управления, выполнена оптщя:за-ция и синтез параметров управления, на базе программно-аппаратурного комплекса спроектированная программа отлажена и записана в ППЗУ управляющего микропроцессорного иодуля. Это позволило вксперемен-тально подтвердить предложенные в работе подходы к моделиросгл ст динамических состояний ЗМСДП, оптимизации параметров управа проектировании средств управления, а также рекомендации по ции регулируемого торможения подвижного вяэмейта воздействий на него силами электромагнитного поля.

В эеалетекаа сформулированы основные вывода по диссертационной работе.

В прялсаениа приведены; пример построения регрессионных полиномов (2); исходные тексты программ "PLAN-ЛЕЯ" на алгоритмическом языке Q3ASIC, реализующих регрессионный анализ; пример описания сопряжения граничных условий скоростей и ускорений для имитационного моделирования динамических состояний многосекциокной ЭМСДП; пример входного потока-задания на имитационное моделирование; фрагменты промежуточных и аппроксимированных результатов моделирования; фрагмент DXF-файла обмена графической информацией в среде AUTOCAD; основной исходный текст программы "H0D2L* на алгоритмическом язык" QBASIC, реализующей имитационное моделирование динамических состояний ЭМСДП; пример греческой интерпретации результатов моделирования динамических «»стояний разгон и торможение; таблицы идентификации текущего динамического состояния ЭЫСДП по изменению времени фиксированного перемещения; текст программ "ID_ZcppT" на алгоритмическом языке QBASIC, реализующий идентификацию влияния 2сррт ва Ы^.-графики зависимостей '8МТ, V^, Тт, » Jfltj, Ует, в^ ); основные исходные тексты программ "СЖИМ" на алгоритмическом яаыке FORTHAH-TT, реализующие, оптимизационные расчеты; основные исходные тексты системы сопровождения разработки программ на алгоритмическом языке СИ; исходные текст программ "MONITORJiET" на языке АСЕИБЛЕР (К580, KPIBI6BE5I), реализущие интерфейс между системным я управляющими блоками (ПЭВМ IBM - микропроцессорный модуль) програяаою- аппаратурного комплекса поддержка разразработки средств управления ЬаЗДО, основной исходный текст програшш "DINAMIC" ва языке АСЕМЕЖР, реализущей помехозацищеншй, саионастраивапщйся, адаптнйкьЗ ато-ритм управления динамическими состояниями ЭЫСДП робота-ухладчикч

Ч

г\2сррт)

3 - ином

4 - 3/4. м^рм

о.)

X, м о

о. о.б . 1.е г.4 з

Рис.1. Динамические состс "чия разгон/ равномэрное движение ЗМСДЛ

- ИТ, м

Мт, м

1.&-6 3.8Е-6 5.7Е-6 ?.ё£-6 9.5Е-6

Рис.Е. Идентификация влияния 2ср^т на Мт и Унт

0,05' 0£4 0,О.бг 0.81 3

Рис.3. Идентификация влияния алгоритма коммутации торможения на Мт

О 4.4£.-£ е.8 Е-6 13.ЕЕ-6 1?.6Е-€

Рис,4, Синтез оптимизирующих по Узм и Мт параметров управления ЭМСДП

огнеупорного кирпича.

ОСНОВНЫЙ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Прсш чаи анализ динамически* состояний ЭМОДИ о помощь*» pao работанной системы имитационного моделирования на ЭВМ.

2. По результатам проведенного анализа определено, что изменение времени фиксированного перемещения подвижного элемента позволяет судить о текущем динамическом состоянии 5МСДП и косвенно о инерционных свойствах нагрузки. Получено критериальное уравнение связи участка торможения с величиной участка разгона. Для регулирования величины предпологаемого участка тор.юкения вьеден параметр соотношения режимов разгона/торможения, обеспечивающий адаптивное уяравлеше при оптимальном использовании, в каждом динамическом состоянии, всех распологаемых ресурсов. Определено, что торможению подвияного элемента ЗМСДП воздействием на него силами электромагнитного поля характерно наличие зон слабого, нерегулируемого и регулируемого торюжения. Выполнено ранжирование тормозных алгоритмов коммутации обмоток управления ШСДП, обеспечивающее использо-Bamie оптимальных по энергопотреблению и величине тормозного пути типов коммутаций торможения. Для формирования требуемой динамики торможения введен коэф£щиент тормозного усилия.

3. Для эффективного применения методов нелинейного программирования при решении задач оптимизации параметров управления выполнено преобразование имитационной модели ЗМСДП в рагрессионнуп, методами планирования эксперимента.

4. G помощью методов нелинейного программирования и регрессионной модели исследована управляемость ЗМСДП, проведен количественный анализ влиялия выбранных параметров управления на контролируемые координата Э.ЧСДП и предложены три способа реализация регулируемого торможения подвижного элемента ЭМСДП воздействием на него силами, влектромагнятного поля: построение универсальных регулировочных характеристик; применение поисковых методов адаптации параметров управления; самонастройка параметров управления в ходе функционирования ЗМСДП.

5. Рйзработан помехозащищенный, самонастраивявдийся, адаптивный алгоритм управления динамическими состояниями ЗМСДП на базе микропроцессорного модуля управления.

6. Обоснована целесообразность применения микропроивссорккх

модулей управления, реализуемых на однокрлсталыг»:* ЭВМ.

7, Разработан алгоритм и создан програюяо-алпаратурный комплекс азто«'-газированного проектирования микропроцессорных модулей,алгоритмов и программ управления динамическими состояниями ЭМОДП.

6, С его ¿ммоздо разработана программная реализация алгоритма управления. ■

9. Экспериментально проверены рекомендации по упраглениа и формировании регулируемого торшкачня подвижного элемента ЗМСДП.

Основное ^одер.кание диссертаций отражено в следующих работах

1. A.C. I5005SI СССР, К&; ногге/оо, «аособ управления разгоном wtoro-фаяного шагового двигателя В.В. Бондаренко, В.В. Писанко, С.Г.Кондратьев и др. СССР;- Опубл. 23.07.90. Бал. 1527// Открытия, изобретения.*.-1990,- С. 89.

2. Бондаренко В,iL, Пкеанко В.В., Кондратьев С.Г. Автоматизированный стенд на базе ШВЫ для отладка программ управления в игаропроцессорных контроллере* KPSBO(wt&l 8080/8005, ¿'80)//Соввраексг£ованас электрооборудования п средств автоматизации теша логически г процессов и про-мимеиных предприятий:Натер;!алы 3-Я Дальневосточной научяо-ярактачег-кой конференции.- Комсошльск*«а-Амуро, 1992,- С. 14-16.

3. Писанко В.Р , Кондратьев С.Г., Осадчмй В.В. Микропроцессорное уст-.роПство контроля температуры, активности кислорода к углерода в расплавленном мэталле//Пяазштехнологая-93: Сборник научных трудов. -Запорожье, 1093.- С. 217-221.

4. Бои .яренйо В.И., Писсико В.В., Кондратьев С.Г. Декретный электропривод с микропроцессорным управлениек^/СовераенствоЕоние электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов и промышленных предприятий: Материалы 3-й ^альнесоеточной научно-срактической конференции,- Комсомольск-на-Ацурз, 1992,- С. IG-I8.

Бондаренко В.И., Писаико В.В., Кондратьев С.Г. Цультипроцессорное управление ir ^гокоолдянатним электроприводом робстотехнических систем //Соцкальныз аспекты преобразовательной техники: Материалу-Всесоюзного научно-практического семинара,- Запорожье, 1990,- С. 43-44.

6. Бсндаре:я:о В.И., Писанко В.В., Кондратьев С.Г. Привод я*г рабета-уювдмка огнеупорного киртпг//Подьеино-транспортнэя техника и скл<"~ дг.- 1992.- 52,- С. 9-10.

7. Бондаренко В.И. «Пкотгао В.В,,Кондратьев С.Г.Шчропроцессорний дискреты й олектро,.риюд робота-укяздчнга.работакчего в прямоугольной системе коэ^дкиат/Лехничес^Г}. ояектрод;:на>«ха.-1993.-S4.-С.58-63.