|
|
|
Проектирование и расчет электронного устройства для управления двигателем постоянного тока с независимым возбуждением и реверсом по обмотке возбуждения |
|
Расчетно-пояснительная записка предназначена для изучения принципа работы электронного устройства и правильной его эксплуатации, содержит описание принципа действия всего устройства в целом и его составных частей и их расчет (в системе Си).
Назначение устройства
Данное устройство предназначено для управления двигателем постоянного тока с последовательным возбуждением в контуре следящего привода. Схема устройства представлена на рис. 1.
Технические характеристики
- Алгоритм управления ДПТ:
Uдв=Uвых=15Uвх1 + 30Uвх2 + 60Uвх3
- Входное сопротивление по каждому входу не менее 100 кОм
- КПД 98 %
- Величина пускового тока 120 А
- Величина номинального тока 60 А
- Напряжение источника питания Uпит=27 В
- Диапазон рабочих температур -40..+40 С
- Электронное устройство (ЭУ) имеет защиту от сквозных токов, токов короткого замыкания
- Нелинейность регулировочной характеристики не более 5%
- Частота модулятора длительности импульсов (МДИ) f=2000 Гц
Принцип действия всего устройства в целом.
Входные сигналы Uвх1, Uвх2, Uвх3, складываются согласно закона управления Uвых=15Uвх1 + 30Uвх2 + 60Uвх3 и усиливаются до уровня, достаточного для управления ДПТ с независимым возбуждением. Для повышения КПД в устройстве применяется импульсный режим работы выходных транзисторов силовой части, который обеспечивается модулятором длительности импульсов. Для упрощения схемы и исключения сквозных токов используется реверс по обмотке возбуждения, что достигается включением схемы выделения модуля и схемы выделения знака. Для повышения быстродействия силовой каскад, реализующий реверс по ОВ, выполнен в виде генератора токов. Для упрощения схемы используется оптронная развязка.
Принципиальная схема устройства представлена на рис. 1.
Можно выделить:
1. Информационную часть (DA1-DA4), обеспечивающую сложение входных сигналов с заданными весовыми коэффициентами.
2. Схема выделения модуля (DA5, DA6), обеспечивающая определения величины управляющего сигнала.
3. Промежуточный каскад (DA7-DA10), образованный модулятором длительности импульсов с внешней синхронизацией генератором пилообразных колебаний.
4. Схема выделения знака (DA11-DA13), обеспечивает определение знака управляющего сигнала, для задания направления вращения двигателя.
5. Силовую часть (ОП1-ОП4, VТ3-VТ9, КТ1-КТ3, DА14, D5-D10), непосредственно осуществляющую управление двигателем постоянного тока по обеим обмоткам.
Характеристика устройств используемых в проектируемой схеме.
Во всех усилительно- преобразующих устройствах схемы используется глубокая отрицательная обратная связь, которая компенсирует разброс их технологических параметров.
Операционный усилитель - усилитель с непосредственными гальваническими связями, с высоким коэффициентом усиления, с малым уровнем собственных шумов, способный устойчиво работать при замкнутой цепи обратной связи. Предназначены для усиления сигнала по напряжению до требуемой величины.
Повторитель - операционный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью и с коэффициентом усиления равном единице. Обычно предназначены для согласования входных сопротивлений датчиков сигнала с входом электронного устройства и обеспечения высокой стабильности работы электронного устройства.
Сумматор - устройство, предназначенное для суммирования и усиления электрических сигналов, поступающих с нескольких датчиков
Интегратор - устройство, сигнал на выходе которого пропорционален интегралу
от входного сигнала. Включение емкости в цепь обратной связи обуславливает потенциальное заземление инвертирующего входа и, следовательно, разделяет преобразование напряжения в ток от последующего интегрирования.
Компаратор - устройство, производящее сравнение двух сигналов: входного и эталонного с одновременным выделением большего из них. Если в качестве эталонного сигнала используется сигнал нулевого уровня, то такой компаратор называется нуль-органом.
Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) - устройство информационной части системы, обеспечивает преобразование аналогового сигнала управления в последовательность прямоугольных импульсов с регулируемым во времени соотношением длительностей устойчивых состояний. ШИМ реализуется за счет сравнения на выходе порогового элемента сигнала управления с периодическим сигналом треугольной формы (пилы).
1. Расчет информационной части.
1.1 Расчет повторителей и сумматора.
Повторитель - операционный усилитель с глубокой отрицательной обратной связью и с коэффициентом усиления равном единице. Предназначен для обеспечения требуемого входного сопротивления.
Сумматор - устройство на основе ОУ, служащее для масштабирования сигналов с заданными весовыми коэффициентами.
Примем входные сопротивления повторителей R1=R2=R3=100кОм. Т.к. повторитель имеет коэффициент усиления равный единице, то сопротивления ОС повторителей также равны Rос=R4=R5=R6=100 кОм.
Минимальное сопротивление нагрузки повторителей 100 кОм R7- R9)5,1 кОм.
Чтобы колебания сопротивлений усилителя были незначительными, выберем сопротивление нагрузки исходя из уравнений
Uвых=15Uвх1+ 30Uвх1+ 60Uвх3=K(K1Uвх1+ K2Uвх2+ K3Uвх3)
Коэффициенты усиления входных сигналов
K=15, K1=1, K2=2, K3=4
Тогда
R7=10 кОм. R8=20 кОм, R9=40 кОм.
R=R9 + R8 + R7=70 кОм
Исходя из условия равенства проводимостей ,
откуда R10=41,2кОм. Ближайшее R10=43 кОм
Сигнал рассогласования U, используемый в дальнейшем для расчета схемы выделения модуля и ШИМа. По исходным данным находим
U max=Uп / K=27 0,98 / 15=1,764В
R11=40 кОм
2.Расчет схем выделения знака и модуля.
2.1 Схема выделения знака.
Исходя из требований к линейности определим абсолютную величину отклонения U max *5%=0,088В
Схема выделения знака реализуется за счет компараторов (DA12, DA13).
R38=R44=10 кОм
RОС=R39=R45=300кОм
R13=7,5кОм
Смещение компаратора и погрешность сравнения должны быть 5%
UВЫХ
=0,008 треб=0,08/2=0,04В
UСМ=0,008+0,04=0,048В
UВХ UВЫХ МАХ=UПИТ/2=13,5В
Погрешность реальная
реал=UВЫХ МАХ*R38/(R39+R38)=0.44В
Необходим дополнительный усилитель с К=реал/треб=11
R36=R13*K=82.5 кОм.
R36=85 кОм.
Отсюда Креал=85/7,5=11,3
Uсм=0,008*11,3=0,09В для DA12
Uсм=13,5*R43/(R43+R42); 150*R43=R43+R42
R42 больше R43 раз в десять эдак
Отсюда R42=149*R43
Пусть R43=1кОм, R42=149кОм (Подбирается из серии 150кОм-ных резисторов)
Из условия равенства проводимостей считаем R41.
0.991кОм
Аналогично рассчитываем DA13.
Uсм=13,5*R47/(R47+R48); 150*R47=R47+R48
R48 больше R47 раз в десять эдак
Отсюда R48=149*R47
Пусть R47=1кОм, R48=149кОм (Подбирается из серии 150кОм-ных резисторов)
Из условия равенства проводимостей считаем R46.
0.991кОм
2.2. Схема выделения модуля.
Ку=1.
Принцип работы ???
R14=R16=R18=R20=24кОм
R17=12кОм.
Из условия равенства проводимостей, находим R15 и R19.
3. Расчет промежуточного каскада.
3.1
1 2
|
|
|
|
 |
НА САЙТЕ: |
|
