Разработка устройства автоматического регулирования двухдвигательным асинхронным электроприводом с применением двунаправленных регистров сдвига

Интенсификация производства в последние годы привела к увеличению объема транспортных и подъемно-транспортных операций, а следовательно к необходимости повышения производительности и автоматизации управления подъемнотранспортными работами.

Работа крановых механизмов определяется назначением крана и условиями производственного процесса. В ряде случаев для механизмов передвижения крановых установок, учитывая технологические требования и режимы работы, целесообразно применение двухдвигательного асинхронного электропривода (ДАЭП). При работе таких кранов возможны проскальзывание приводных колес, заклинивание реборд колес о головки рельсов, различия в диаметрах колес (вследствие неравномерного износа) и пр. Так как статическая нагрузка на опорах в общем случае различна и носит случайный характер, а механические характеристики двигателей механизма передвижения не строго идентичны, то вполне вероятно их несогласованное вращение.

Для улучшения эксплутационных показателей кранов (точности работы, производительности), а также повышения надежности оборудования, упрощения управления следует совершенствовать их электропривод.

Одним из возможных путей устранения вышеописанных недостатков является автоматическое регулирование ДАЭП с использованием полупроводниковых средств, что позволяет повысить технический уровень и упростить эксплуатацию кранового механизма.

На основе вышеизложенного для обеспечения согласованного управления скоростями ДАЭП разработан способ автоматического регулирования с использованием двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений.

Функциональная схема (рис. 1) предлагаемого способа содержит: трехфазную электрическую сеть; электродвигатели асинхронные с фазным ротором - Ml, М2; выпрямители - UZI, UZ2; дроссели - LI, L2; сопротивления - RI, R2; ком-

Рис. 1. Функциональная схема способа автоматического регулирования

мутаторы - KI, К2; двунаправленные регистры сдвига - PCI, РС2; магазины сопротивлений и оптопары - МСиО1, МСиО2; микропроцессорную систему управления - МПС; порт ввода - ПВ; аналого-цифровой преобразователь - АЦП; центральный процессор - ЦП; таймер - Т; порт вывода - ПВыВ; оперативное запоминающее устройство - ОЗУ; постоянное запоминающее устройство -ПЗУ; широтно-импульсный модулятор - ШИМ; внутреннюю двунаправленную шину - ВШ; жидкокристаллический экран - ЖКЭ; кнопки управления - КУ; датчики тока цепи статора - ДТ1, ДТ2; блоки согласования токов статора - БСТ1, БСТ2; датчики напряжения - ДН1, ДН2; блоки согласования напряжений - БСШ, БСН2.

Принцип действия разработанного способа состоит в следующем: в микропроцессорную сис тему управления поступает аналоговая информация от датчиков тока статора и датчиков скорости, и если двигатели системы вращаются с отклонением от номинального значения, то в схему вводятся сопротивления с определенными значениями, позволяющие в зависимости от текущего режима работы выровнять скорости вращения электродвигателей и вывести их на номинальный режим работы, соответствующий заданной программе работы.

На основе данного способа необходимо разработать алгоритм и математическую модель ДАЭП с применением в качестве системы управления микропроцессорного средства, двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений.

В настоящее время при проектировании математической модели цифрового устройства наи- большее применение получили методы теории автоматов [1].

Математической моделью любого цифрового устройства является абстрактный автомат, который имеет один вход и один выход и работает в дискретном времени, принимающем целые неотрицательные значения t = 0, 1, 2,... В каждый момент t дискретного времени автомат находится в некотором состоянии a(t) из конечного множества возможных состояний, причем в начальный момент t = 0 он всегда находится в начальном состоянии а(0) = аь В момент t, будучи в состоянии a(t), автомат способен воспринять на входе букву входного алфавита:

z(t)EZ. (1)

В соответствии с функцией выходов он выдает в тот же момент времени t букву выходного алфавита

W(t)=X[a(t); z(t)] (2) и в соответствии с функцией переходов переходит в следующее состояние:

a(t+l)=5[a(t); z(t)]. (3)

Если на вход автомата, установленного в начальное состояние аь подавать некоторую последовательность букв входного алфавита z(0), z(l), z(2),... - входное слово, то на выходе автомата будут последовательно появляться буквы выходного алфавита w(0), w(l), w(2),... - выходное слово.

В классе синхронных автоматов рассматривают, в основном, два типа: автомат Мили и автомат Мура. Между ними существует соответствие, позволяющее преобразовать закон функционирования одного из них в другой или обратно. Автомат Мура можно рассматривать как частный случай автомата Мили, имея в виду, что последовательность состояний выходов автомата Мили опережает на один такт последовательность состояний выходов автомата Мура, т.е. различие между автоматами Мили и Мура состоит в том, что в автоматах Мили состояние выхода возникает одновременно с вызывающим его состоянием входа, а в автоматах Мура - с задержкой на один такт. Наиболее распространенным цифровым автоматом является автомат Мили, закон функционирования которого задается уравнениями:

a(t + l) = 8(a(t),z(t));

w(t) = X (a (t), z(t)); (4)

• t = 0,1, 2,...

Синтез цифрового конечного автомата Мили сводится к следующим действиям: 1) построение графа конечного автомата; 2) составление структурной таблицы переходов для заданного графа; 3) составление логической схемы автомата.

Граф-схема алгоритма отражает совокупность правил перехода автомата из одного состояния в другое в зависимости от входной информации и внутренних состояний автомата. ■

На основе функциональной схемы (см. рис. 1) разработана граф-схема алгоритма и граф автомата Мили устройства автоматического импульсного регулирования ДАЭП с применением двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений (рис. 2).

Число состояний в графе автомата Мили может быть достаточно большим. Для примера составлена структурная таблица переходов автомата Мили устройства автоматического импульсного регулирования ДАЭП (см. таблицу). В каждой строке таблицы записываются: состояния ат, из которых осуществляется переход в автомате; состояния as, в которые переходит автомат из состояния am; X(am,as), Y(am,as) - входной и выходной сигналы на переходе (am,as).

По структурной таблице переходов управляющего автомата получены:

• -    система булевых уравнений функций выходов:

Yj = Т) Т2 ТЗ Т4

Y2 = Т1 Т2 ТЗ т4

Y₃ = ti Т2 т₃ Т4 X)

Y4 = Т1 Т2 т3 т4                                    ,

Y5 = Т1 ТЗ Т4 Х2

J -                               (5)

Y6 = Т1 т2 ТЗ т4

Y7 = Т1 т2 т3 Т4

Y8 = Ti т2 т3 т4

Y9 = Tj Т2 ТЗ Т4

Yw = Tj Т2 тз т4 Х3

• -    система булевых уравнений функций возбуждения элементарных автоматов памяти:

Ф1 = Т1 т2 т3 т4 V ^ Т2 Тз т4 Х3;

Ф2 = Т1 Т2 т3 т4 v Т1 т2 т3 т4 V = Т1 т3 т4;

Фз = Т1 Т2 тз т4 V TI Т2 т3 Т4 V Т1 Т2 ТЗ Т4 V

V ti т₂ т₃ т₄ = Ti Т2 т₄ V Т1 т₂ т₄ = Т1 т₄;

Ф4 = Tj т2 тз Т4 V т, т2 ТЗ т4 V Tj Т2Т3 Т4 Xj V

VT}T2T3T4 V Tj Т2ТЗТ4 Х2 VT1T2T3T4 V              (б)

VT1 т2 Т3 Т4 VTj т2 т3т4 V Tj т2 тз Т4 V Tj т2 т3 т4 Х3 =

=т} Т2 ТЗ VTj Т2 т3 Т4 Xj V Tj Т3 т4 V TjT2 Т3 Т4 Х2 V

VTj Т3 Т4 V Tj Т2 Т3 VT2 Т3 Т4 V Tj т2 т3т4Х3 =

= Tj т4 V Tj Т2 Т3 V Tj т2 Т3Т4 Xj V Tj т2 т3 Т4 Х2 V

V Т1 т2 т3 v т7 тз Т4 v Т1 т2 тз т4 *3-

Y1

Y2

XI

Y3

Y4

Х2

Y5

Y6

Y7

Y8

Y9

ХЗ

Y10

Рис. 2. Граф-схема алгоритма и граф автомата Мили

Структура переходов управляющего автомата Мили устройства автоматического регулирования

ат	К(ат)	as	K(as)	X(a„, а,)	У(ащ? as)	F (am, as)
ai	0000	а2	0001	1	Y,	ф4
а2	0001	а3	0010	1	y2	фу, Фд
а3	0010	а4 ai	ООН 0000	Х1 XI	Y3	Фа
а4	ООН	а5	0100	1	y4	Ф1) Фз, Фа
а5	0100	Зб аю	0101 1001	Хг_ Х2	y5	Фа
Об	0101	а?	оно	1	Y6	Фз^ Фа
а7	оно	а8	0111	1	y7	Фа
а8	0111	Эд	1000	1	y8	Ф],Ф2,Фз,Фа
а9	1000	аЮ	1001	1	y9	Фа
аЮ	1001	ai а5	0000 0100	Х3 Х3	Y10	Фь Фа

Рис. 3. Логическая схема управляющего автомата Мили

По системе уравнений минимизированных функций выходных сигналов и сигналов возбуждения элементов памяти составляется логическая схема цифрового автомата Мили устройства автоматического регулирования ДАЭП с применением двунаправленных регистров сдвига и магазинов сопротивлений (рис. 3).

Предлагаемый способ, на основе которого составлен алгоритм и разработан граф автомата Ми ли устройства автоматического регулирования ДАЭП, позволяет автоматизировать процесс управления и обеспечить согласованное изменение скоростей вращения двигателей системы кранового электропривода.