close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Курсовая v2.0

код для вставкиСкачать
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра "Электропривод и автоматизация промышленных установок"
Заведующий кафедрой:
Хватов С.В.
(подпись) (фамилия, и., о.)
(дата)
Микропроцессорное управление асинхронным вентильным
каскадом (АВК)
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
"Микропроцессорные средства и системы"
ВАРИАНТ №4
Руководитель:
Грязнов В.И. (подпись) (фамилия, и., о.) (дата)
Студент:
Володин А.А.
(подпись) (фамилия, и., о.)
02-ЭПА-2
(дата) (группа или шифр)
Проект защищен Протокол № С оценкой Нижний Новгород 2006г.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение3
1 Разработка и описание функциональной схемы микропроцессорного управления ДПТ на базе процессора К1816ВЕ514
2 Разработка структурной схемы цифровой САР ДПТ6
3 Дискретное моделирование аналоговых регуляторов7
4 Разработка алгоритма регулирования цифровой САР в виде разностного уравнения9
5 Разработка алгоритма управления цифровой САР11
6 Разработка принципиальной электрической схемы микропроцессорной системы управления ДПТ13
7 Разработка программного обеспечения15
Заключение19
Список литературы20
Перечень элементов
Графическая часть
ВВЕДЕНИЕ
Внедрение микропроцессоров в традиционные системы автоматического управления связано с принципиально новыми изменениями, как их структуры, так и характеристик: превалирующими становятся структуры децентрализованным управлением, микропроцессорные системы, системы с перестраиваемой структурой реализующие оптимальные алгоритмы цифрового управления и регулирования.
Все это связано с рядом особенностей микропроцессоров как, элементов цифровых управляющих устройств систем автоматического управления. В ряду основных особенностей можно назвать программируемостъ и относительно большую вычислительную мощность, а также высокую надежность, малые габариты и массу, низкое энергопотребление и стоимость.
Программируемостъ микропроцессоров определяет возможность гибкой оперативной перестройки, как алгоритма работы САР, так и ее структуры с целью приспособления их к меняющимся условиям работы. Дальнейший рост единой мощности технологических установок и повышение требований к надежности оборудования, точности поддержания заданного параметра, а также контроль и обработка большого количества информации приводит к необходимости применения программных устройств и микроЭВМ.
1РАЗРАБОТКА И ОПИСАНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДПТ НА БАЗЕ ПРОЦЕССОРА К1816ВЕ51
В соответствии с исходными данными составляется функциональная схема замкнутой системы электропривода.
Она состоит из двух частей: силовая часть ЭП и МП - микропроцессорного устройства.
Нереверсивный электропривод с двигателем постоянного тока М1 управляется от реверсивного тиристорного преобразователя. Преобразователь подключается к силовой цепи через согласующий трансформатор Т с помощью автоматического выключателя QF и контактора КМ.
Торможение осуществляется при отключенном контакторе КМ и включенном контакторе КМ1 (динамическое торможение), либо при отключенных КМ и КМ1 (торможение привода на выбеге). Замкнутая система управления строится по принципу подчиненного регулирования и выполняется двухконтурной - с внутренним контуром тока и внешним контуром ЭДС. Датчик тока выполняется на шунте RS1 в цепи якоря, его выходной сигнал - среднее значение тока за период. Датчик ЭДС - цифровой. Сигналы датчиков в систему управления вводятся через аналого-цифровые преобразователи АЦП1 и АЦП2.
Тиристорный преобразователь управляется импульсами С.И.Ф.У., управляющий сигнал на которую подаётся от таймера.
Управление контактной аппаратурой осуществляется с помощью порта управления контакторами, на выход которого подключены катушки контакторов К1 и К2. Контроль состояния контактов К1 и К2 осуществляется с помощью блока контроля блокировок.
Вычислительное устройство реализуется на базе микропроцессорного комплекта К1816. Кроме микропроцессора К1816 в него входят тактовый генератор, синхронизирующий работу системы, системный контроллер и формирователи шин адреса, данных и управления. Программа, реализующая алгоритм регулирования и осуществляющая управление и диагностику состояния привода, размещается в оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ). Там же располагаются программы, входные, выходные и промежуточные значения сигналов регуляторов. Константы располагаются в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ).
Функциональная схема системы электропривода представлена на рисунке 1.1
Работа схемы осуществляется следующим образом. При подаче питания на систему управления осуществляется установка всех сигналов в исходное состояние, считываются начальные значения сигналов датчиков. При нажатии на кнопку "Пуск" осуществляется проверка наличия импульсов управления на выходе С.И.Ф.У. и включаются силовые контакторы.
Далее начинает отрабатываться алгоритм регулирования и идёт процесс пуска в соответствии с настройкой контуров системы. Привод выходит на скорость, заданную с помощью цифрового задатчика и работает до тех пор, пока не будет нажата кнопка "Стоп". Это вызывает переход на отработку процесса торможения. Силовой контактор отключает привод от сети. Система вновь переходит в режим ожидания пуска.
Рисунок 1.1 - Функциональная схема системы микропроцессорного управления ДПТ
2РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ ЦИФРОВОЙ САР ДПТ
Структурная схема непосредственного цифрового управления получена из структурной схемы ЭП настроенного на модульный оптимум разработанной в курсовом проекте по дисциплине "Системы управления электроприводами". В этой схеме заменены передаточные функции аналоговых ПИ-регулятора тока и П-регулятора ЭДС импульсными функциями. Далее цифровой сигнал подаётся на ЦАП, который преобразует входной сигнал в аналоговый и подаёт его на тиристорный преобразователь. В данной схеме аналоговые сигналы датчиков тока и ЭДС преобразуются в цифровые с помощью АЦП. Схема представлена на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1 - Структурная схема микропроцессорного управления электроприводом
3ДИСКРЕТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ РЕГУЛЯТОРОВ
Задачей математического описания является разработка математической модели системы электропривода, которая с требуемой точностью по отношению к оригиналу должна имитировать физику процессов в системе. Обычно такая модель представляет собой совокупность дифференциальных, разностных, алгебраических и логических уравнений, описывающих работу всех элементов и связей системы.
Для составления уравнений математической модели всю систему расчленяют на отдельные функционально независимые динамические звенья, чтобы каждый физический элемент мог быть представлен адекватным уравнением.
Однако получение математической модели в общем виде для систем электропривода с цифровым управлением затруднительно из-за наличия в их составе множества взаимосвязанных нелинейных элементов с переменными параметрами (импульсные, релейные и цифровые звенья).
Основной задачей синтеза цифрового контура регулирования является определение импульсной передаточной функции w(z) регулятора, описывающей связь между задающим и фактическим значениями регулируемого параметра. Передаточные функции регуляторов w(z) определяют программу расчета управляющего воздействия в микропроцессорной системе и определяют быстродействие и объем памяти последней.
В курсовом проекте по дисциплине СУЭП контуры регулирования тока и ЭДС были оптимизированы на модульный оптимум. Соответственно во внутреннем контуре регулирования САР - контуре тока используется ПИ-регулятор и в контуре ЭДС - П-регулятор. Рассчитаю параметры регулятора тока.
Передаточная функция ПИ-регулятора тока:
.(3.1)
Коэффициент передачи регулятора тока равен:
,(3.2)
где - сопротивление цепи ТП-Д, из [1];
- электромагнитная постоянная времени цепи ТП-Д, из [1];
- некомпенсируемая постоянная времени контура тока, из [1];
- передаточный коэффициент ТП, из [1];
Коэффициент цифрового датчика тока вычисляю по формуле из [2]
,(3.3)
где - номинальный ток двигателя, из [1];
- разрядность счётчика импульсов датчика, равна 8.
После подстановки числовых значений в формулу (3.2) получаю
.
Рассчитаю параметры регулятора ЭДС.
Передаточная функция П-регулятора ЭДС:
.(3.4)
Коэффициент передачи регулятора ЭДС равен:
,(3.5)
где - электромеханическая постоянная времени, из [1];
- эквивалентная постоянная времени, из [1];
- постоянная времени участка ЯЦ двигателя, из [1].
Коэффициент цифрового датчика ЭДС вычисляю по формуле из [2]
,(3.6)
где - номинальное напряжение питания двигателя, из [1].
После подстановки числовых значений в формулу (3.5) получаю
4РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ЦИФРОВОЙ САР В ВИДЕ РАЗНОСТНОГО УРАВНЕНИЯ
Для управления приводом с помощью вычислительного устройства, необходимо получить алгоритм его работы. Для этого требуется математическое описание системы регулирования.
На первом этапе математического описания мы получили непрерывные передаточные функции системы динамических звеньев. При настройке системы на модульный оптимум принимаем РТ и РЭ пропорционально - интегрального и пропорционального типа, передаточные функции их имеют вид:
(4.1)
(4.2)
Переход к импульсным передаточным функциям W(z) производится путём замены оператора р на оператор z. В зависимости от диапазона работы с требуемой точностью и быстродействием используют различные способы аппроксимирования. По заданию необходимо применить способ аппроксимации - трапеция, при котором .
Значение периода вычислений берется кратным периоду дискретности вентильного преобразователя.
,(4.3)
где - пульсность схемы вентильного преобразователя;
- частота питающей сети.
Чтобы перейти от дискретных передаточных функций к оригиналам необходимо использовать обратное преобразование Лапласа. В результате подстановки в выражения (4.1) получаю
.(4.4)
При помощи теорем обратного z-преобразования:
;
;
;
;
получаю следующие выражения:
;
;
;
.
После подстановки численных значений коэффициентов получаю разностное уравнение для регулятора тока:
.(4.5)
Для регулятора скорости уравнения аналогичны уравнениям регулятора ЭДС.
В результате получим разностное уравнение регулятора ЭДС:
.(4.6)
Подставляем в (4.7) численные значения коэффициентов регулятора ЭДС:
.
5РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ ЦИФРОВОЙ САР
Алгоритм процедуры пуска.
Ожидаем нажатие кнопки вперед, после нажатия кнопки вперед даем команду на включение KL1 (КM1) и на работу комплекта тиристоров.
Подпрограмма обработки прерываний выполняет сбор информации с задатчика ЭДС, датчика ЭДС, датчика тока; обсчет регулятора ЭДС, регулятора тока.
Основная программа также после запуска электропривода определяет необходимость останова(нажата кнопка стоп).
Контроль тока.
Создание выдержки времени на гарантированное снижение тока до 0.
Снятие импульсов управления с работающей группы тиристоров.
Обнуление U(n-1)=0; Uу(n-1)=0.
Блок-схема алгоритма основной программы представлена на рисунке 5.1.
6РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДПТ
Принципиальная схема вычислительного устройства составляется в соответствии с функциональной схемой электропривода с использованием указанной в задании элементной базой. В её состав необходимо включить процессор, тактовый генератор, формирователи шин, регистры ввода/вывода и память (ОЗУ, ПЗУ) с дешифраторами адресов, а также необходимые внешние устройства (АЦП, таймер). Тактовая частота работы МК51 задается кварцевым резонатором BQ1 и составляет 6 МГц. Начальная установка осуществляется нажатием на клавишу SB1, а также при включении питания с помощью цепи R1, C3. Буфер данных DD2 служит для организации внутренней магистрали данных. Буфер переключается на ввод информации сигналом RP/, представляющим собой логическое "И" сигналов чтения памяти команд PSEN/ и чтения памяти данных RD/, и таким образом переключается на ввод данных при чтении из совмещенной внешней памяти команд и данных. Регистр адреса DD3 защелкивает младший байт адреса по сигналу ALE. Сумма сигналов PSEN/, RD/ и WR/ (WPR/) предназначена для стробирования схем дешифрации адреса с целью исключения ложных выборок при сменах адресов. Подключение внешней памяти реализовано на двух ППЗУ с УФ стиранием типа К537РФ2 объемом по 2 кбайта (DD4-DD5), и два ОЗУ типа К573РУ8 объемом по 2 кбайта (DD6-DD7). Дешифратор адреса (DD15) формирует выборку при обращении к адресам 0000..1FFFH внешней памяти.
Для ввода аналоговой информации с датчиков тока и ЭДС используется ИС АЦП К1113ПВ1 (DD20), мультиплексор аналоговых сигналов (DD19) управляет тем, с какого датчика (тока или ЭДС) поступит сигнал на АЦП для обработки, на вход мультиплексора поступает информация с битов РВ0 и РВ1 интерфейса ИС DD8. Аналоговый сигнал поступает на вход АЦП через делитель и буферный повторитель. Соотношение отрегулировано таким образом, чтобы между входным напряжением и выходным кодом АЦП было следующее соответствие:
-10.24 В - 00Н
- 0.08 В - 7FH
-------------------------
0.0 В - 80Н
+ 10.16 В - FFH
Примечание: подразумевается, что в промежутках между указанными точками характеристика код-напряжение является линейной.
Запишем поразрядную карту адресов таймеров 1 и 2 в таблицу 6.1 и 6.2 Поразрядная карта адресов для каналов 0,1,2 таймера 1
Таблица 6.1
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0Адрес001110103A011110107A10111010BA
Поразрядная карта адресов для каналов 0,1,2 таймера 2
Таблица 6.2
DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0Адрес001110103A011110107A10111010BA
Поразрядная карта адресов
Таблица 6.3
A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0Адрес1000000000000000800010000001000000008100100000110000000082001000001000000000830010000010000000018301100000100000001183021000001000000010830310000100000000008400100001000000000184011000010000000011840210000100000000108403100010100000000085001000110000000000860010000111000000008700
7РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
МеткаКомандаКомментарийВходные и выходные значения регуляторовUZEEQU 36hСигнал задание на ЭДСOS_EEQU 37hСигнал обратной связи по ЭДС UZТEQU 38hСигнал задание на токOS_TEQU 39hСигнал обратной связи по току на интервале "n"OS_T1EQU 3AhСигнал обратной связи по току на интервале "n-1" URTEQU 3BhСигнал c регулятора тока на интервале "n"URT1EQU 3ChСигнал c регулятора тока на интервале "n-1"OTEQU 3DhОшибка по току на интервале "n"OT1EQU 3EhОшибка по току на интервале "n-1"U1EQU 3FhПромежуточные ячейки для вычисления алгоритма токаU2EQU 40hU3EQU 41hОсновная программаORG 0800hНачало программыMOV DPTR,#8303НЗагрузка адреса таймером 1MOV A,#3AНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5MOV A,#7AНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5MOV A,#ВAНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5MOV DPTR,#8403НЗагрузка адреса таймером 2MOV A,#3AНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5MOV A,#7AНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5MOV A,#ВAНЗапись выводимого кода в аккумуляторMOVX @DPTR,AНастройка нулевого канала 1 на режим 5PUSKMOV DPTR,#8600НОпрос кнопки пускJ1MOV A, @DPTRJNB ACC.0,J1MOV DPTR,#8500НВключение К1MOV A,#03НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8600НПроверка включения J2MOVX A, @DPTRJNB ACC.3,J2MOV DPTR,#8300НЗагрузка в таймер 1 начального углаMOV A,#80НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8301НMOV A,#80НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8302НMOV A,#80НMOVX @DPTR,AМеткаКомандаКомментарийMOV DPTR,#8400НЗагрузка в таймер 2 начального углаMOV A,#80НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8401НMOV A,#80НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8402НMOV A,#80НMOVX @DPTR,AM1MOV DPTR,#8600НПроверка изменения состояния тиристоровJ3MOV A, @DPTRJNB ACC.5,J3MOV DPTR,#8500НСброс триггера ДПВMOV A,#09НMOVX @DPTR,AMOV DPTR,#8700НВведение сигнала задатчика ЭДС MOVX A, @DPTRMOV UZE,AMOV DPTR,#8500НПуск АЦП ЭДСMOV A,#21НMOV DPTR,#8600НОпрос сигнала RDY АЦП ЭДСJ4MOVX A, @DPTRJB ACC.7,J4MOV DPTR,#8000НСнятие сигнала с датчика ЭДСMOVX A, @DPTRMOV OS_E,AMOV R0, OS_EРасчет входного значения регулятора ЭДС на n интервалеMOV A, UZE:CLR CSUBB A,R0MOV B,#5Расчет выходного значения регулятора ЭДС (задание на ток на "n" интервале)CALL MULT_ABCALL DOP_CODПеревод R0 в дополнительный кодMOV OUT_RE,R0Запоминание выходного значения регулятора ЭДСMOV DPTR,#8500НПуск АЦП токаMOV A,#11НMOV DPTR,#8600Н
Проверка сигнала готовности АЦП токаJ5MOVX A, @DPTRJB ACC.6,J5MOV DPTR,#8100Н
Снятие сигнала обратной связи с АЦП токаMOVX A, @DPTRMOV OS_T ,AMOV DPTR,#8500Н
Сброс интегратора ДТMOV A,#41MOVX A, @DPTRMOV A ,OS_T
Вычисление ошибки по токуMOV R1 ,AMOV A,UZTCLR CSUBB A,R1МеткаКомандаКомментарийMOV ОТ ,А
Вычисляем: MOV B ,#BBHMOV A ,OTCALL MULT_ABCALL DOP_CODПеревод R0 в дополнительный кодMOV U1,R0
Вычисляем: MOV B ,#A6HMOV A ,OT1CALL MULT_ABCALL DOP_CODПеревод R0 в дополнительный кодMOV U2,R1
Вычисляем: MOV A ,R0SUBB R1MOV B ,#C8HDIV_ABMOV U3,AMOV R0 ,AMOV A,URT1ADD R1MOV URT ,AMOV DPTR,#8300Н
Выдача сигнала управления на таймерыMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8301НMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8302НMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8400НMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8401НMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8402НMOVX @DPTR, AMOV A ,OT
ОТ1 ---- ОТ MOV OT1,AMOV A ,URT
UR1 ---- URTMOV URT1,AMOV DPTR,#8600Н
Опрос кнопки стопMOVX A, @DPTRJNB ACC.1,M1MOV DPTR,#8500Н
Включение К3MOV A,#04НMOVX @DPTR, AMOV DPTR,#8600Н
Контроль включение контактора КМ2J6MOVX A, @DPTRJNB ACC.4,J6LJMP PUSKВозврат на метку пуск
Подпрограмма перевода содержимого R0в дополнительный код( бит знака предварительно находился в флаге F0 )DOP_CODPUSH AСохранение аккумулятора в стекеJB PSW.5,COD_1Если число положительное, то переход на COD_1MOV A,R0R0 послать в аккумуляторCPL AПеревод в дополнительный кодINC AМеткаКомандаКомментарийMOV R0,AОбратно в R0COD_1CPL R0.7Инверсия знакового разрядаPOP AВосстановление аккумулятора из стекаRETВыход Подпрограмма знакового умножения A*BВозврат абсолютного значения результата произведения в(BA)Указатель на знак- флаг F0 ( "+",если F0=1;"-",если F0=0 )MULT_ABSETB PSW.5Начальная установка флага F0JB A.7,MU1Если первый сомножитель положителен то далееCPL AИначе (сомножитель отрицательный ) перевод его
из дополнительного кода в прямойINC ACLR PSW.5Флаг F0=0 (первый сомножитель отрицательный)MU1CLR A.7Сброс знакового битаPUSH AСохранение аккумулятора в стекеMOV A,BА=ВJB A.7,MU2Если второй сомножитель положителен то далееCPL AИначе (сомножитель отрицательный ) перевод его
из дополнительного кода в прямойINC ACPL PSW.5Инверсия флага F0 (второй отрицательный)MU2CLR A.7Сброс знакового битаMOV B,AВ=АPOP AВосстановление аккумулятора из стекаMUL ABА*ВRETВыход
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной работе было рассмотрено внедрение микропроцессорной системы регулирования в систему управления тиристорного нереверсивного преобразователя БТУ с заменой аналоговых регуляторов на цифровые.
В работе показано применение простейшего программного обеспечения, позволяющего реализовать пуск двигателя и его останов. Изменяя в программе соответствующие блоки, например цифровые коэффициенты регулятора тока и ЭДС, можно корректировать переходные процессы разгона и торможения электродвигателя, также в программу можно ввести ограничения на сигналы регуляторов тока и ЭДС, обеспечив полное использование электродвигателя по перегрузке.
Важным недостатком используемого в работе микроконтроллера является отсутствие арифметических операций с плавающей запятой, так как это снижает точность регулирования. Указанный недостаток исключает применение микропроцессоров и микроконтроллеров с плавающей запятой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Курсовой проект по дисциплине СУЭП
2 Методическое пособие по выполнению курсовой работы
3 М. Предко / Руководство по МК.- М .: Издательство ЗАО Постмаркет, 2001. 4 А.Ф. Фрунзе "МК это же просто!".том 1,2. 2002 год
5 В.Ф. Козаченко "Руководство по применения 16- разрядных микроконтроллеров фирмы Intel MSC 196/296 во встроенных системах управления" - М. Эком. 1996.
6 Однокристальные микроЭВМ: Справочник/ А.В. Боборыкин, Г.П. Липовецкий и др.;Под ред. / А.В. Боборыкина. - МИКАП,1994.
7 Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. - М.:Энергоатомиздат,1990. 8 Методическое пособие по микроконтроллеру 1816. 
Документ
Категория
Рефераты
Просмотров
110
Размер файла
710 Кб
Теги
курсовая
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа