Проектирование цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией (стр. 5 из 10)
Рисунок 2.8 - График зависимости среднего квадрата ошибки
от коэффициента q2. 
Рисунок 2.9 - График зависимости времени регулирования tр от коэффициента q2.
Из полученных графиков видно, что оптимальный режим работы электропривода обеспечивается при 0,82q2.
При этом время регулирования равно
(с), средний квадрат ошибки 
.Графики переходного процесса по
и 
, а так же фазовый портрет работы электропривода после оптимизации коэффициентов приведены на рисунках 2.10 и 2.12 соответственно. 
Рисунок 2.10 - Фазовый портрет работы электропривода с цифровым регулятором после проведения параметрической оптимизации.
2.4 Анализ устойчивости системы
Проведем анализ устойчивости электропривода с разработанным цифровым регулятором.
Дискретная передаточная функция объекта управления [8]
. (2.11)Структурная схема электропривода в дискретной форме приведена на рисунке 2.11.
Рисунок 2.11 - Структурная схема электропривода в дискретной форме.
Рисунок 2.12 - Графики изменения ошибок по углу и скорости привода с цифровым регулятором после проведения параметрической оптимизации коэффициентов регулятора.
Передаточная функция замкнутой системы (рисунок 2.11)
. (2.12)Характеристический полином замкнутой системы
=0. (2.13)Для проведения анализа устойчивости системы воспользуемся методом билинейного преобразования, применив подстановку
, (2.14)в характеристическое уравнение замкнутой системы
. (2.15)Раскроем скобки и приведем подобные
, (2.16) 
. (2.17)Так как билинейное преобразование для цифровых систем является аналогом преобразования Лапласа для линейных систем, то к полученному полиному можно применить критерий Гурвица. Так как полином имеет второй порядок, то нет необходимости находить определители Гурвица. Система будет устойчива, если все коэффициенты характеристического уравнения будут положительны. В данном случае видно, что коэффициенты характеристического полинома (2.17) положительны, следовательно, система устойчива.
3. Разработка принципиальной электрической схемы корректирующего устройства
3.1 Разработка структурной схемы корректирующего устройства
За основу корректирующего устройства примем структурную схему изображенную на рисунке 1.3 В качестве демодулятора ШИМ-сигнала ИЧФД используем схему, приведенную на рисунке 3.1.
Рисунок 3.1 - Структурная схема демодулятора
здесь ГВЧ - генератор высокой частоты вырабатывающий однополярные прямоугольные импульсы с постоянной скважностью;
СЧ - асинхронный счетчик импульсов, фиксирующий число импульсов поступающих с генератором высокой частоты;
РЕГ 1, РЕГ 2 - параллельные регистры, хранящие значения периода дискретизации Топ и длительности импульсов
.Генератор высокой частоты вырабатывает однополярные прямоугольные импульсы стабильной частоты с постоянной скважностью, равной 2. Эти импульсы подсчитываются счетчиком СЧ. Сброс счетчика осуществляется по переднему фронту выходного сигнала ИЧФД γ. С выхода счетчика двоичный код поступает на входы параллельных регистров РЕГ 1 и РЕГ 2.
Регистр РЕГ1 по переднему фронту сигнала γ переписывает значение периода дискретизации с входа на выход.
Регистр РЕГ 2 по заднему фронту сигнала γ переписывает двоичное значение длительности импульса на вход. Применение параллельных регистров обусловлено требованиями к быстродействию системы, а при параллельной передаче информация о периоде дискретизации Топ и значение фазового рассогласования будет получена за один такт.
В качестве блока коррекции используем ЭВМ, в которой выполняется расчет корректирующего сигнала по заданному закону. Структурная схема блока коррекции приведена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 - Структурная схема блока коррекции
Для уменьшения погрешности, цифровую часть корректирующего устройства выполняем шестнадцатиразрядной.
3.2 Проектирование основных узлов корректирующего устройства
3.2.1 Генератор высокой частоты
В качестве генератора высокой частоты используем однокристальный генератор импульсов марки MAX038CPD [14].
Принципиальная схема генератора приведена на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 - Принципиальная схема генератора высокой частоты
Для получения шестнадцатиразрядного кода на выходе счетчика необходимо, чтобы на один такт квантования Топ приходилось 65536 импульсов. При величине опорной частоты
=1 кГц., выходная частота генератора должна быть 65,536 мГц. Частота генератора зависит от величин емкости 
и сопротивления 
[14] и определяется как 
(3.1)Для получения максимальной частоты необходимо, величину емкости принять минимальной, а величину сопротивления определить из выражения (3.1)
. (3.2)Принимая
(Ф), по выражению (3.2): 
(Ом).3.2.2 Счетчик импульсов
Схема счетчика импульсов приведена на рисунке 3.4.
Здесь счетчик состоит из четырех четырехразрядных счетчиков К155ИЕ7, соединенных через входы расширения емкости. Для сброса счетчика по переднему фронту сигнала γ служат инвертирующие сумматоры DD7.1-DD8.2 и D-триггер. По переднему фронту сигнала γ на выходе триггера DD2, и соответственно на сбрасывающем входе счетчика, появляется логическая единица. Счетчик обнуляется, а на выходе сумматора DD9.1 появляется логическая единица. Сигнал с выхода сумматора поступает на сбрасывающий вход D-триггера. На выходе триггера устанавливается логический нуль, и счетчик начинает считать импульсы. Таким образом, счетчик обнуляется каждый раз по переднему фронту сигнала γ, то есть период равен Топ. Элементы DD3, DD6 - К531ЛЕ7, DD10 - К155ЛН2. Триггер DD2 - К155ТМ2 [12, 13].