10. Устройства цифрового управления

Начиная с 80-х годов быстро расширяется область применения цифровых систем управления (ЦСУ) [12,18], поскольку они обеспечивают более высокую точность, не требуют наладки, имеют высокую надежность, быстро совершенствуются и хорошо сочетаются с ЦСУ электропривода. Цифровое управление электроприводом, которое сочетается с цифровой СИФУ, называют прямым цифровым управлением.

Цифровое управление может выполняться на аппаратурной основе или программным путем. В первом случае каждая функция реализуется на одной или нескольких микросхемах широкого применения или специализированных. Вся ЦСУ монтируется на печатной плате. Изменение принципа работы или его усовершенствование требуют переработки печатной платы. В случае программной реализации используются микропроцессорные наборы, контроллеры и микроЭВМ. Алгоритм записывается в память, и для его изменения достаточно перезаписать содержимое в ячейках памяти.

В ЦСУ часть устройств часто выполняется по выше рассмотренным аналоговым схемам: УМ, ФСН, ДСВ, БП. Так же как и аналоговые ФСУ цифровые ФСУ могут выполняться многоканальными, одноканальными и комбинированными, синхронными и асинхронными.

11. Функциональные схемы цифровых фсу и фд

В цифровых ФСУ используются, главным образом, уже рассмотренные принципы развертывающего уравновешивания и горизонтального управления. Вместо развертывающего напряжения используется линейно изменяющийся код . В случае развертывающего уравновешивания (вертикального принципа) код линейно нарастает и, когда он станет равным коду заданного угла управления, формируется выходной сигнал ФСУ F. Цифровые ФСУ выполняются, как правило, комбинированными или одноканальными.

Функциональная схема комбинированного ФСУ, построенного по принципу развертывающего уравновешивания, приведена на рис.22,а. Синхронизирующее напряжение подается на нуль-орган НО, на выходе которого формируется логический сигнал S знака синхронизирующего напряжения (рис.22,б). Импульсный элемент ИЭ в моменты изменения логического сигнала S, которые соответствуют точкам естественной коммутации вентилей, формирует короткие импульсные сигналыдлительностью несколько микросекунд. Этот сигнал подается на вход R счетчика и сбрасывает его содержимое на нуль. Сразу после прекращения импульса счетчик начинает заполняться импульсами, которые подаются на вход+1 с частотой . Код счетчика и код заданного угла управления подаются на схему сравнения кодов Э2. Как только окажется, на выходе схемы сравнения А>B появляется выходной сигнал=1, который подается через логические элементы И1 и И24 на ФД и УМ тиристора катодной или анодной группы в зависимости от знака синхронизирующего напряжения.

Функциональная схема ФСУ, использующего горизонтальный принцип управления с линейно уменьшающимся кодом , приведена на рис.22,в. Синхронизирующее напряжение преобразуется в логические сигналы S и импульсы, которые подаются на вход SE счетчика на элементе СТ. При этом в счетчик записывается код угла управленияи сразу передается на его выходы Q (эти сигналы не используются). Код в счетчике начинает уменьшаться, так как на его входпоступают импульсы с частотой. Когда код в счетчике станет равным нулю, на его выходе 0£ появляется =1, который в зависимости от значения S подается на ФД и УМ тиристора катодной или анодной группы и прекращает счет благодаря элементу И с инверсным входом. В цифровых СИФУ это иногда называют управлением с предварительным накоплением сигнала. Можно формировать углы и заполнением счетчика от введенного кода до предела. Угол управления в этом случае пропорционален разности кодов заполненного счетчика и введенного.

Схема ФСУ с горизонтальным принципом проще, но менее быстродействующая. Угол управления в ней формируется в момент (точке)

естественной коммутации и в дальнейшем измениться не может. В случае развертывающего уравновешивания угол формируется позже в момент равенства кодов, т.е. учитываются изменения заданного угла во время его отсчета. В цифровых СИФУ это называют управлением без предварительного накопления (записи) сигнала.

Формирователи длительности управляющего импульса могут строится на тех же принципах. Но поскольку длительность управляющего импульса после изготовления преобразователя не изменяется, то обычно используется более простой горизонтальный принцип. Код длительности импульсазаписывается в счетчик сигналом ФСУи выходной триггер ФД перебрасывается в состояние, при котором подается сигнал формирования импульса на УМ. Когда код длительности управляющего импульса станет в счетчике равным нулю, триггер ФД перебрасывается в исходное состояние и ток в цепи управляющего электрода прекращается. Дискрета угла ФД принимается существенно большей, чем дискрета угла ФСУ.

Рассмотрим основные соотношения, необходимые для расчета цифровых формирователей длительности, для сети с частотой 50 Гц. Углы (интервалы времени) будем выражать в эл.градусах. Поскольку одному периоду сети длительностью 0,02 с соответствует угол 360°, то одной секунде соответствует 360/0,02=электрических градусов, интервалу длительностью Т соответствует угол