МПСУ управляемыми выпрямителями

Глава 2.
МПСУ управляемыми выпрямителями

2.1. Типовая структура САР электропривода постоянного тока

2.2. Типовая структура МПСУ УВ
Uc
МикроЭВМ
УСО
Магистраль МПСУ
Uc
к ЭВМ в.у.
5
p
6
3
n
6
МП
ПЗУ/ОЗУ
КПУ (ФС)
КИ (ФОИ)
КПИ (ФС)
ФР
от ПУ
к И
МТ(ФМ,ФАР)
АЦП (ФМТ)
БС (ФМ, ФАР)
БСВ (ФЗ)
КДИ (ФМТ, ФАР)
ПКП
на УЭ
от датчиков
от вентилей
INT0 ÷
INT4
m
Коммутацион. устройства
МТ(ФМ,ФАР)
АЦП (ФМТ)
БСС (ФМ, ФАР)
БСВ (ФЗ)
КДИ (ФМТ, ФАР)

Назначение блоков УСО
Модуль таймеров МТ предназначен для отсчета временных интервалов tα , пропорциональных углу управления ; формирования длительности импульсов управления и распределения их по вентилям. (Дополнительно: измерение частоты сетевого напряжения)
Аналого-цифровой преобразователь АЦП предназначен для преобразования входных аналоговых сигналов, характеризующих состояние объекта управления, в цифровой код и передачи полученной информации в МП.
Блок состояния вентилей БСВ предназначен для анализа текущего проводящего состояния вентилей УВ, фиксации аномального состояния и формирования в этом случае сигнала прерывания наивысшего приоритета INT0 (авария).
Блок синхронизации вентилей БСС предназначен для формирования в моменты ТЕК сигнала запроса на прерывание (обозначим его INT1), анализа состояния фаз сети и выдачи слова состояния фаз ССФ в МП. ССФ – это двоичное трехразрядное число, состояние каждого бита которого отражает полярность соответствующего линейного сетевого напряжения.
Контроллер дискретной информации КДИ предназначен для обмена дискретной информацией (ДИ) между МПСУ и релейными элементами силовой схемы объекта.
Программируемый контроллер прерывания ПКП предназначен для упорядочения процедуры прерывания от нескольких периферийных устройств.

2.3. Построение и реализация программной МПСУ УВ
2.3.1. Назначение программной МПСУ УВ
Назначение программной части: формирование временного интервала tα, пропорционального углу управления α, с выполнением следующих условий:
- относительно ТЕК;
- в требуемом диапазоне изменения α (0 ÷ αmax);
- с заданной точностью;
- с формированием необходимой длительности импульсов управле-ния τи;
- с учетом эквивалентной фазности УВ (т. е. числа вентилей);
- с учетом заданного порядка включения вентилей.

2.3.2. Блок синхронизации с сетью

Временные диаграммы, поясняющие работу БСС
ССФ однозначно определяет номер диода, включаемого (естественным образом) в трехфазном выпрямителе.
t1 – t2 – ССФ, равное 5 (101);
t2 – t3 – ССФ, равное 1 (001).
ССВ – это двоичное шестиразрядное число, состояние каждого бита которого (1/0) определяет очередное состояние (включить или выключить) соответству-ющего этому биту вентиля ВП.

2.3.3. Классификация микропроцессорных ФСУ
I – способ организации момента отсчета временного интервала: синхронные, асинхронные.
II – число каналов в МП ФСУ: одноканальные, многоканальные.
III – способ распределения импульсов управления: с подпрограммой прерывания от таймера и без подпрограммы прерывания от таймера.
IV – способ формирования временного интервала - фазового сдвига: с программным и аппаратным формированием угла управления.

2.3.4. Способы формирования фазового сдвига
Программный способ основан на том факте, что любая команда МП выполняется за определенное число периодов (тактов) частоты синхронизации МП. Требуемую временную длительность можно выразить через число тактов или, соответственно, через определенное число команд, которые должен выполнить МП для формирования требуемой временной задержки.
Достоинство:
простота аппаратной реализации.
Недостатки:
неэффективное использование МП;
сокращение функций, реализуемых МПСУ;
ограниченный диапазон угла регулирования (< 60 эл. градусов).
МП ФСУ
Аппаратный способ требует использования дополнительных периферийных устройств – преобразователей "код - временной интервал", функции которых выполняют программируемые таймеры (ПТ).
Достоинство :
более эффективное использование МП.
Недостатки:
расширение аппаратных средств (увеличение массы, габаритов и стоимости МПСУ).

Расчет параметров счетчика
Исходные данные: ТC , αmax , δ*α .
Надо определить: nсч , Nαmax , Тт .
Порядок расчета :
а) Определение максимального значения счетчика.
N'α max = [1/δ*α] , n'сч из условия 2nсч ≥ N'α max.
б) Определение максимального временного интервала.
tα max = Тс * 2π/αmax
в) Определение периода тактирующих импульсов (или Тц).
T'т ≤ tα max/ N'α max
г) Определение коэффициента деления тактирующих сигналов ПТ. Кдел = [Т'т *ƒBUS] = [Т'т/ТBUS]
д) Уточнение рассчитанных параметров (вторая итерация).
Тт = ТBUS * Кдел, Nα max = [tα max/ Тт] , nсч – из условия: 2nсч ≥ Nα max

2.3.5. Число каналов МП ФСУ
МП ФСУ
Одноканальные
Многоканальные (трехканальные, двухканальные)

2.3.6. Способы организации момента отсчета временного интервала
МП ФСУ
Синхронные (неавтономные)
Асинхронные (автономные)
В синхронных МП ФСУ момент отсчета угла управления α, или временного интервала tα, производится от точек естественной коммутации.
В асинхронных (или автономных) МП ФСУ момент отсчета временного интервала, определяющего включение очередного вентиля, задается моментом включения предыдущего, согласно очередности их включения, вентиля.
Δα[n] = ϕ[n] - α[n-1] = β0 + α[n] - α[n-1].

Характеристики МП ФСУ

2.3.7. Способы распределения импульсов управления
Схема функциональной части одноканального МП ФСУ, формирующего узкие импульсы управления

Функция алгоритмического распределения
ФАР с подпрограммой преры-вания по ПТ:
В заданный момент времени МП записывает в ПТ (WR1) код Nα, и запускает его на счет. Отсчитав tα, ПТ формирует на выходе импульс, который поступает на линию INT2 и далее на ПКП. МП переходит на подпрограмму прерывания по ПТ. В ней посылка в RG по адресу ADR2 шестиразрядного ССВ, которое записывается внутренним сигналом WR2. Этот сигнал поступает на вход ОВ, который формирует узкий импульс τи. Далее в соответствии со ССВ он распределяется по каналам управления вентилями.
ФАР
ФАР без подпрограммы преры-вания по ПТ:
В определенный момент времени МП записывает сначала ССВ в RG (в этом случае сигнал WR2 на вход ОВ не поступает), а затем код Nα - в ПТ (такой порядок предотвращает пропуск импульсов управления при α → 0). Отсчитав заданный интервал, ПТ также формирует на выходе импульс, который, однако, поступает не на линию INT2, а на вход ОВ. А дальше все происходит, как в предыдущем случае.

2.3.8. Особенности реализации одноканальных синхронных ФСУ при больших углах управления
Дано: объект управления – трехфазный управляемый мостовой выпрямитель; МП ФСУ – синхронное, одноканальное (т.е. α* < β0 ); распределение импульсов - без подпрограммы прерывания от ПТ; возможно прерывание от ПТ.
Задача: реализовать при данных условиях угол регулирования во
всем диапазоне, т.е. от 0о до 180о.
Предлагается: с помощью ПТ формировать только α*, импульсы управления распределять в соответствии с величиной n (таблицы).
Отметим: α* < β0; n – показывает, в каком ИП относительно данной ТЕК должен закончиться угол управления.
Угол управления можно представить как: α = n * β0 + α* где n = [α/β0] - целая часть частного (n = 0, 1, 2);
α*= {α/β0} – остаток

Реализация 1-канальных синхронных ФСУ при α > β0

Варианты реализации БСС и МП ФСУ
1. Реализация БСС на базе DSC
TMS320F2812. Аппаратура:
линии САР1-САР3 модуля захвата. Режим: любой фронт, прерывание. (Сигнал INT1 – сумма сигналов прерывания от каналов захвата).
линии D0-D2 порта GPхIO. Режим: цифровой ввод.
Программное обеспечение:
чтение ССФ с порта GPхIO, маскирование разрядов D0-D2;
общая для линий САР1-САР3 П/Пр прерывания: организация формирования tα.

Варианты реализации БСС и МП ФСУ
2.Формирование интервала ta
Вариант a)
Аппаратура: Т1, компаратор.
Программное обеспечение:
- П/Пр по INT1: останов и сброс Т1, запись Nα в RGCMP, запуск Т1.
- П/Пр по INT2CMP: вывод ССВ в порт.
(Инициализация: [RGT]=NT, NT>NИП)
Вариант б)
Аппаратура: Т1.
Программное обеспечение:
- П/Пр по INT1: запись Nα в RGТ, запуск Т1.
- П/Пр по INT2Т: сброс, останов Т1; вывод ССВ в порт.

Варианты реализации БСС и МП ФСУ
Аппаратура: 1 канал IC (прерывание), Т1 (прерывание по периоду), порт (вывод).
Программное обеспечение:
- П/Пр по INT1IC: запись Nα в RGT, запуск Т1, запрет прерывания от канала IC.
- П/Пр по INT2T: сброс, останов Т1, запись NΔα, вывод ССВ в порт.
3. Одноканальное асинхронное МП ФСУ

Варианты реализации БСС и МП ФСУ
Аппаратура: Т1 (прерывание по периоду), порт (вывод).
Программное обеспечение:
П/Пр по INT1IC: запись Nα в RGT, запуск Т1.
1-я П/Пр по INT2T: сброс, останов Т1, запись Nи, запуск Т1, вывод ССВ в порт.
2-я П/Пр по INT2T: сброс, останов Т1, вывод ССВ=0 в порт.
4. Формирование узких импульсов (в синхронной МП ФСУ)

Варианты реализации БСС и МП ФСУ
Основа организации: значение ССФ есть номер ячейки массива,
в которой расположено требуемое ССВ.
5. Организация и использование таблицы (массива) «ССФ – ССВ»
Пример фрагмента программы:
int tabl[7]={0x0, 0x03, 0x0C, 0x06, 0x30, 0x21, 0x18};
ssf=GpioDataRegs.GPADAT.all;
ssf=ssf && 0x07;
GpioDataRegs.GPBDAT = tabl[ssf];
Для каких значений угла управления справедлива данная таблица?

2.4. Типовая структура ПО МПСУ УВ
МПСУ – единство аппаратных и программных средств.
Назначение ПО: содержит конкретный алгоритм работы МП, реализация которой позволяет выполнить задачу всей МПСУ.
Аппаратура имеет более общий, универсальный характер, а ПО всегда конкретно.
МПСУ любым ВП реализует типовой набор функций (основных и сервисных), поэтому и в конкретном ПО можно выделить типовые компоненты.
Условия работы МПСУ:
УВ находится в составе ЭП постоянного тока.
САР ЭП – двухконтурная система подчиненного регулирования.
МПСУ – синхронная, многоканальная.
Время выполнения всех программ tпр < Тип.

Типовая структура ПО МПСУ УВ
Из П/Пр прерывания по аварии
1
Кл=1
Пусковая программа
Головная программа

Подпрограммы по прерыванию:
от ТЕК и по аварии от БСВ

Tип= Тпрер1 + Трω + Тpi + Тож,
Приведенные выше блок-схемы справедливы для условия, когда все задачи МП успевает выполнить за интервал времени между ТЕК, т.е.: tпр < Тип
Типовая ситуация при разработке МПСУ ВП: tпр > Тип
В ы х о д ?
(замена МК не рассматривается)
1. «Инвентаризация» ПО – типовой подход.
2. Рациональное построение ПО с точки зрения управления объектом.
Здесь необходимо знание объекта!

Структура ПО МПСУ В при условии: tпр > Тип.
1. Непременное условие работы МПСУ УВ – реализация ФМ и ФАР на каждом ИП. Эти функции изменению не подлежат.
2. Функция регулятора? В САР – два контура: по скорости и по току.

Тпрер2 = Тпрер1 + Тpi
Второй вариант подпрограммы по прерыванию по времени равен сумме первого варианта этой подпрограммы и блоку расчета регулятора тока.

Условие: tпр << Тип
Данное обстоятельство можно использовать для расширения функций МПСУ и/или улучшение качества регулирования:
Ввести в головную программу процедуру реализации текущей диагностики аппаратных средств МПСУ, улучшить интерфейс с пультом управления оператора, расширить объем отобража-емой информации и т.п.;
Повысить точность расчета регулятора тока за счет многократ-ного его выполнения в течение ИП со считыванием ОС по току;
Реализовать управление УВ без запаздывания на время, равное ИП!
Реализация - изменение структуры П/ПР по INT1

В заключение - важное замечание
Приведенный в данной главе материал может использо-ваться для реализации МПСУ любыми ВП с естественной коммутацией.