Общие положения

Лекция 2. Программная реализация моделей сервоприводов

Работа с моделью объекта

Программирование контроллера

ВР

Вх

ОКО 01-00

Аналоговый

ПЕР 57-01 11 МСШ 55-01 12 ФИЛ 35--00 13 ФИЛ 35--00 1 14 ФИЛ 35--00 15 ЗАП 39-10-00 17 АВА 11-01

Х₁

С₁ С_реж выход 01 гр.А

Рисунок 1.1 – Структура конфигурации модели объекта с самовыравниванием

Технологическое программирование контроллера для реализации рассмотренной конфигурации должно выполняться в соответствии с таблицами 1.1 – 1.5, в которых приняты следующие обозначения:

а) N 1 – первый и второй разряды верхнего индикатора пульта настройки (ПН);

б) N 2 – третий и четвёртый разряды верхнего индикатора ПН;

в) N 3 – второй и третий разряды нижнего индикатора ПН;

г) N 4 – четвёртый и пятый разряды нижнего индикатора ПН.

Таблица 1.1 – Установка приборных параметров

Таблица 1.2 – Установка алгоритмов

Таблица 1.3 – Установка конфигурации

Таблица 1.4 – Настройка параметров

В момент появления С₁ = 1 ко входу модели скачком прикладывается входное воздействие х_вх =50%, после чего можно наблюдать изменение выходной координаты по индикаторам лицевой панели (ПЛ) контроллера или с помощью внешнего измерительного прибора.

Для обнуления сигнала на выходе модели, не содержащей интеграторов достаточно подать х_вх =0 (С₁=0).

Для обнуления выходного сигнала модели, содержащей интегратор, следует подать на её вход сигнал х_вх =0. Когда сигнал на входе интегратора станет равным нулю, необходимо установить на его выходе нулевые начальные условия. После этого модель снова готова к работе.

В АСР, реализованных на технических средствах автоматизации (ТСА) использующих электрическую энергию, перемещение регулирующих органов производится исполнительными механизмами (ИМ) с асинхронными электродвигателями, не допускающими регулирования частоты вращения ротора. Поэтому такие ИМ имеют постоянную скорость перемещения выходного вала при наличии управляющего сигнала и называются сервоприводами. Как звено автоматической системы регулирования (АСР) они обладают интегрирующим действием и описываются передаточной функцией вида:

.

Однако, для реализации типовых, а также специальных алгоритмов регулирования, требуется обеспечивать скорость перемещения выходного вала и регулирующего органа, определяемую величиной сигнала рассогласования и некоторыми другими факторами.

Поэтому сервоприводы АСР управляются не постоянными во времени сигналами, а широтно – модулированными, т.е. последо- вательностями импульсов с переменной скважностью. Требуемая величина скважности реализуется изменением величины периода следования импульсов при фиксированной длительности последних. Так можно обеспечить изменение усреднённой во времени скорости в широких пределах.

Преобразование управляющего сигнала в требуемую последовательнось импульсов осуществляется широтно – импульсными модуляторами (ШИМ), входящими в состав аналоговых или цифровых регуляторов с импульным выходом.

При этом на качество функционирования АСР оказывают существенное влияние как характеристики самих сервоприводов (Т_и.м.), так и параметры управляющих сигналов (Dt_имп – минимально – возможная длительность импульса). Однако, при математическом моделировании работы АСР на ЭВМ, реальные системы с сервоприводами подменяются их аналоговыми прототипами. Это не позволяет учесть влияние на качество регулирования отмеченных выше факторов, т.е. результаты моделирования не отражают качество работы реальной системы.

Для устранения отмеченных недостатков, при моделировании работы АСР с сервоприводом необходимо реализовать его модель программным путём. Математическое обеспечение МПК Р –130 позволяет достаточно просто решить эту задачу.

2.2 Программно – аппаратная реализация модели сервопривода с
учётом характеристик устройства связи с объектом на МПК

При использовании регулятора импульсного (алгоритм РИМ) преобразование его выходного сигнала в широтно – модулированную последовательность импульсов осуществляется специальным связным алгоритмом ИВА (Б).

Структура конфигурации модели сервопривода, построенная на основе этого алгоритма, приведена на рисунке 2.1. При её использовании учитываются и характеристики соответствующего устройства связи с объектом (УСО), с которым связной алгоритм стыкуется с помощью специальных неявных выходов. В качестве УСО в данном случае можно использовать Модуль сигналов дискретных (МСД) или Модуль дискретно–аналоговый (МДА).

Модель работает следующим образом .

На её вход поступает управляющее воздействие, сформированное алгоритмами РИМ или РУЧ.

Требуемая длительность импульсов Dt_имп задаётся на входе 02 а.ИМП(а.б.09). Номер контура МПК N, в котором реализована модель, задаётся на входе 03 а.б. 09. При этом, формирование импульсным регулятором выходных импульсов ,,Больше” (Б) или ,,Меньше” (М), будет сопровождаться включением соответствующих индикаторов на ПЛ МПК.

При поступлении управляющего воздействия Х на информационный вход 01 а.б. 09, он, в зависимости от знака воздействия, формирует импульсы ,,Б” или ,,М’’ , скважность которых зависит от величины воздействия

.

Подключенный к выходу а.б. 09 модуль УСО преобразует цифровые эквиваленты этих импульсов в дискретные сигналы с амплитудой 24 В и выводит их на соответствующие контакты 15, 16 присоединительного элемента ХР2(3).

Для дальнейшей обработки, эти сигналы вводятся обратно в МПК через соответствующие контакты 1,2 присоединительного элемента ХР2(3)

БК-1

D_Б Б

02

– +

24В 12ОГР48 14ПЕР57-01

Рисунок 2.1 – Структура конфигурации модели исполнительного механизма, учитывающей характеристики УСО

и преобразуются модулем УСО в соответствующие цифровые эквиваленты. При этом на выходах а. ВДБ (а.б. 10) формируюся соответствующие дискретные сигналы (0;1), которые воспринимаются аналоговыми входами следующего за ним алгоритма – приёмника таким образом

–100%, при D=0;

Х=

100%, при D=1.

Величина сигнала минус 100% в данной конфигурации неприемлема. Для ограничения её на уровне 0 использованы а.ОГР (а.б. 11,12). Работа концевых выключателей ИМ имитируется а. ПЕР (а.б. 13,14), управляемым а. НОР (а.б. 17). Для согласования двух выходов ,,Б” и ,,М’’ с одним входом а. ИНТ (а.б. 16) применён сумматор а. СУМ (а.б.13). Для имитации обратного хода вала ИМ по сигналам ,,М’’, по соответствующему входу а.б. 15 введена инверсия.

За время интегрирования Dt = Т_им на выходе а.б. 16 установится уровень сигнала:

У=Х × К_инт × Dt .

После подстановки соответствующего значения К_инт =и сокращения одинаковых членов, получим

У=Х.

Поскольку Х = 100%, это соответствует полному ходу вала в реальном ИМ.

2.3 Программная реализация модели сервопривода без
использования УСО

Если нет необходимости учитывать при моделировании сервопривода характеристики УСО, модель, приведенная на рисунке 2.1, может быть упрощена. В этом случае, вместо связного алгоритма ИBБ нужно использовать обычный алгоритм ИМП, так же реализующий широтно – импульсное преобразование входных сигналов. Сигнал с выхода регулятора следует подать на информационный вход 01 а. ИМП, а дискретные сигналы ,,Б” и ,,М’’ с его выходов на соответствующие входы а. ОГР (а.б. 11,12). В остальном структура полностью аналогична приведенной на рисунке 2.1.