News Для специалистов Теория и практика электропривода Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока

Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока

Практика применения моделирования и кодогенерации в АО «Аэроэлектромаш»

Ура, товарищи!!! Свершилось!!!!!

Наконец мы увидели плоды прогрессивных тенденций, произросшие в отечественном приводостроении.

В статье рассматривается технология проектирования электропривода с использованием моделирования и кодогенерации в программе SimInTech.

Справка:

SimInTech (Симинтэк) – российская среда создания математических моделей, алгоритмов управления, интерфейсов управления и автоматической генерации кода для программируемых контроллеров.

История данной среды началась в 90-х годах прошлого века в МВТУ. Это не компиляция западных аналогов, а прямой их конкурент - со своими корнями, оригинальными подходами и богатым послужным списком.

Что касается моделирования – то этот вопрос для наших приводчиков не новый.

А вот автоматическую кодогенерацию программы контроллера электропривода из его модели мало кто пробовал.

Мы смеем утверждать, что эта полезная тенденция (автоматического написания программы другой программой) будет активно развиваться в будущем цифровом мире… Выиграет тот, кто начнет раньше.

Хотим оговориться, что кодогенерация, на наш взгляд, не отменяет и не заменяет программиста, а только помогает ему. При этом, естественно, мы считаем, что СИ-код сгенерированной программы должен быть для него открыт.

Так и поступаем.

В нашем случае, объектом управления являлся некий электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока (БДПТ), вал которого соединен с редуктором, превращающим вращение в поступательное движение штока.

Задача электропривода достаточно стандартная – позиционировать вал штока, желательно побыстрее и поточнее… Часто такие приводы используются для управления рулями беспилотных летательных аппаратов.

Блок управления устройством был спроектирован и изготовлен в отделе электропривода АО «Аэроэлектромаш» на базе микроконтроллера 1986ВЕ1Т (АО «ПКК Миландр»). Необходимо было создать алгоритмику и программу управления контроллера с целью дальнейшего ее использования в практических задачах.

Работа была выполнена совместно специалистами компании «3В-сервис» и сотрудниками отдела электропривода АО «Аэроэлектромаш».

Первая задача, которая стояла перед нашим коллективом, – идентификация объекта управления.

Для этого были проведены некоторые измерения характеристик двигателя, которые оказались достаточно специфичными.

Например, измеренная ЭДС двигателя имела весьма причудливую форму, представленную на Рис.1.

Рис. 1

Ну, и куда крестьянину податься? Где здесь стандартные трапеция или синус?

Однако в среде SimInTech можно учесть даже такие неидеальности двигателя.

Нами была задана форма ЭДС двигателя, представленная на Рис.2

Рис. 2

Найдите два отличия от Рис.1 (мы нашли одно – цвет).

Следующей особенностью двигателя оказался его существенный зубцовый момент, обусловленный геометрией магнитопровода статора и отсутствием скоса пазов у магнитов ротора. Момент был измерен экспериментально и введен в модель.

График зубцового момента показан на Рис.3.

Рис.3

Кроме того, в модели двигателя были учтены потери на намагничивание, что отсутствует в моделях других конкурирующих программ.

Далее работа электропривода сравнивалась с результатами моделирования в тестовых режимах. Ниже на Рис. 4 и 5 приведены результаты опыта холостого хода (максимальная частота без нагрузки).

Вывод:

Осциллограммы реального и модельного холостого хода совпадают. Визуально разницы не видно.

После успешного опыта холостого хода был проведен опыта динамического воздействия на двигатель с присоединенным редуктором. В этом опыте на обмотки двигателя подавалось постоянное напряжение с реверсом на частоте 30 Гц. При этом выходное звено совершало колебания с той же частотой. На Рис.6 приведены результаты этого опыта.

Полученные данные сравнивались с моделью привода, работающей в аналогичном режиме (Рис.7).

Вывод:

Перемещения штока в реальности и на модели полностью совпадают
Пиковые значения реального тока двигателя и модели совпадают с точностью до погрешности измерений.

Вид верифицированной модели силовой и механической части электропривода, построенной на стандартных элементах библиотек среды SimInTech, представлен на Рис.8.

Рис.8

Она и состоит из моделей:

силового инвертора
двигателя с датчиком положения ротора (ДПР)
механической передачи
датчика тока
нагружателя.

Убедившись, что поведение модели соответствует поведению реального изделия, по результатам моделирования можно выбрать необходимую структуру системы регулирования (СУ) и произвести ее настройку для разных типов, перечисленных в техническом задании, входных воздействий.

В нашем случае хорошие результаты показала двухконтурная система регулирования положения с демпфирующей связью по скорости. Вид модели этой структуры представлен на Рис.9.

Рис.9

При дальнейшем использовании кодогенерации нет необходимости в ручном кодировании алгоритмов системы регулирования - готовый проект в среде разработке Keil uVision создается автоматически. После сборки бинарного образа программы ее можно транслировать в микроконтроллер (1986ВЕ1Т).

Заметим, что блоки модели «Выбор Ключей», «Инициализация периферии», «АЦП», «АЦП SSP2» в режиме моделирования реализуют соответствующие математические модели, а при кодогенерации заменяются библиотеками работы с периферией используемого микроконтроллера.

После выбора структуры СУ и ее настройки нам оставалось:

осуществить автоматическую кодогенерацию программы
записать полученную программу в контроллер
зафиксировать великолепный результат.

По Рис.10 можно сравнить работу модели и реального привода. В качестве задания по положению использовалась синусоида, с частотой 3 Гц и амплитудой 3мм. Для получения данных с контроллера в его программе была предусмотрена специальная часть, обеспечивающая считывание внутренних сигналов по последовательному интерфейсу.