Хабрахабр

Модельно ориентированное проектирование. Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока

В предыдущей статье про модельно ориентированное проектирование было показано, что не все методики одинаково полезны. И объясняется как делать правильно, что бы не было потом мучительно больно. Но в конце статье был поставлен вопрос, провокационный как Шарон Стоун на допросе у следователей: модельно ориентированное проектирование это конечно хорошо, но как доказать, что модель соответствует объекту? Какие ваши доказательства?

Общий ответ на данный вопрос еще готовится, но про частный зато реальный и свежий пример могу привести прямо сейчас. Оказался тут у меня в руках, как всегда случайно, текст от ведущего специалиста нашей страны по электроприводу Калачева Юрия Николаевича, вместе с его любезным согласием на публикацию. Данный текст еще готовится к публикации в специализированных издания, но читатели хабра увидят его первые.

Н., Ланцев В.Ю., Окулов Е.В.
Электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока
(практика применения моделирования и кодогенерации в АО «Аэроэлектромаш»)

Ура, товарищи!!! Далее под катом
Калачев Ю. Свершилось!!!
«Рабоче-крестьянская революция, о необходимости которой всё время говорили большевики, совершилась!»
Наконец мы увидели плоды прогрессивных тенденций произросшие в отечественном приводостроении.

(Правильное модельно ориентированное проектирование) В статье рассматривается технология проектирования электропривода с использованием моделирования и кодогенерации.

Что касается моделирования – это вопрос для наших приводщиков не новый. А вот автоматическую кодогенерацию программы контроллера электропривода из его модели, и в мировом масштабе, мало кто пробо-вал.…

Выиграет тот — кто начнет раньше. Мы смеем утверждать, что эта полезная тенденция (автоматического написания программы другой программой) будет активно развиваться в будущем цифровом мире ….

При этом, естественно, считаем, что СИ-код сгенерированной программы должен быть для него открыт. Хотим оговориться, что кодогенерация, на наш взгляд не отменяет и не заменяет программиста, а только помогает ему.

Так и поступаем, результат автоматической генерации кода — код Си, открытый для просмотра и анализа.

В нашем случае, объектом управления являлся некий электропривод с бесколлекторным двигателем постоянного тока (БДПТ), вал которого соединен с редуктором, превращающим вращение в поступательное движение штока.

Задача электропривода достаточно стандартная – позиционировать вал штока, желательно побыстрее и поточнее … Часто такие привода используются для управления рулями беспилотных летательных аппаратов.

Необходимо было создать алгоритмику и программу управления контроллера с целью дальнейшего ее использо-вания в практических задачах. Блок управления устройством был спроектирован и изготовлен в отделе электропривода АО «Аэроэлектромаш» на базе микроконтроллера 1986ВЕ1Т (АО «ПКК Миландр»).

Работа была выполнена совместно специалистами компании «3В-сервис» и сотрудниками отдела электропривода АО «Аэроэлектромаш».

Для этого были проведены некоторые измерения характеристик двигателя, которые оказались достаточно специфичными. Первая задача, которая стояла перед нашим коллективом – идентификация объекта управления.

1. Например, измеренная ЭДС двигателя имела весьма причудливую форму, представленную на Рис.

Измеренная ЭДС двигателя.
Рисунок 1.

Если читатель знаком с программой Simulink, то ему известно, что там, в модели двигателя с постоянным и магнитами, имеется возможность выбора синусоидальной или трапецеидальной ЭДС.

Где здесь синус, и где трапеция? Ну, и куда бедному крестьянину податься? В среде SimInTech можно учесть даже такие неидеальности двигателя. (Правильные средства моделирования должны быть открытыми!). 2 Нами была задана форма ЭДС представленная на Рис.

ЭДС двигателя созданная в SimInTech
Рисунок 2.

1 и Рис. Найдите два отличия в Рис. Мы нашли одно – цвет. 2.

Момент был измерен экспе-риментально и введен в модель. Следующей особенностью двигателя оказался его существенный зубцовый момент, обусловленный геометрией магнитопровода статора и отсутствием скоса пазов у магнитов ротора. 3.

Рисунок 3. График зубцового момента показан на Рис. Зубцовый момент.

Кроме того в модели двигателя были учтены потери на намагничивание, что отсутствует в математических моделях у других разработчиков моделирующих программ.

Ниже на Рис. Далее работа электропривода сравнивалась с результатами моделирования в тестовых режимах. 4 и 5 приведены результаты опыта холостого хода (максимальная частота без нагрузки).

Холостой ход.
Рисунок 4. Реальный двигатель.

Tок фазы холостой ход.
Рисунок 5. Результат моделирования.

Визуально разницы не видно. Вывод:
Осциллограммы реального и модельного холостого хода совпадают.

В этом опыте на обмотки двигателя подавалось постоянное напряжение с реверсом на частоте 30 Гц. После успешного опыта холостого хода был проведен опыт динамического воздействия на двигатель с присоединенным редуктором. На Рис. При этом выходное звено совершало колебания с той же частотой. 6 приведены результаты этого опыта:

Реальный двигатель под нагрузкой
Рисунок 6.

Высокочастотное дрожание и размытие – это помехи в сигналах датчиков положения и тока). (Сигналы снимались с помехами.

7).
Полученные данные сравнивались с моделью привода, работающей в аналогичном режиме (Рис.

Работа модели под нагрузкой
Рисунок 7.

Выводы:

  • Перемещения штока в реальности и на модели полностью совпадают
  • Пиковые значения реального тока двигателя и модели совпадают с точностью до погрешности измерений.

8. Вид верифицированной модели силовой и механической части электропривода построенной на стандартных элементах библиотек программы SimInTech представлен на Рис.


Рисунок 8. Схема комплексной модели электроопривода, включая механическую часть.

Она и состоит из моделей:

  • силового IJBT-инвертора
  • двигателя с датчиком положения ротора (ДПР)
  • механической передачи
  • датчика тока
  • нагружателя

Убедившись, что поведение модели соответствует поведению реального изделия, по результатам моделирования можно выбрать необходимую структуру системы регулирования (СУ) и произвести ее настройку для разных типов, перечисленных в техническом задании, входных воздействий.

Вид модели этой структуры представлен на Рис. В нашем случае хорошие результаты показала двухконтурная система регулирования положения с демпфирующей связью по скорости. 9.

Расчетная схема программы управления электроприводом.
Рисунок 9.

После сборки бинарного образа программы ее можно транслировать в наш процессор (1986ВЕ1Т). При дальнейшем использовании кодогенерации нет необходимости в ручном кодировании алгоритмов системы регулирования — готовый проект в среде разработке Keil uVision создается автоматически.

Заметим, что блоки модели «Выбор Ключей», «Инициализация периферии», «АЦП», «АЦП SSP2» в режиме моделирования реализуют соответствующие математические модели, а при кодогенерации заменяются библиотеками работы с периферией используемого процессора.

После выбора структуры СУ и ее настройки нам оставалось:

  • осуществить автоматическую кодогенерацию программы
  • записать полученную программу в контроллер
  • зафиксировать великолепный результат

10 можно сравнить работу модели и реального привода. По Рис. В качестве задания по положению использовалась синусоида частотой 3 Гц и амплитудой 3мм.

Пользователь во время работы привода в окне SimInTech видит результаты работы встроенного ПО. Для получения данных с контроллера в его программе была предусмотрена специальная часть, обеспечивающая считывание внутренних сигналов по последовательному интерфейсу.

Сравнение работы модели и реального привода.
Рисунок 10.

Свершилось!!! Ну, здесь даже цвет одинаковый ….
Ура, товарищи!!!

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть