СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2011-7

В мировой практике регулируемый электропривод (привод с переменной скоростью вращения электродвига телей) признан одним из наиболее эффективных энерго и ресурсосбере гающих технологий. Многолетним опытомподтверждена высокая эффек тивность применения регулируемого электропривода для управления пара метрами и оптимизации работы раз личных технологических систем с ме ханизмами, работающими на пере менных режимах. В общей структуре потребления электроэнергии в народном хозяйстве России на долю электродвигателей приходится около 40% электроэнер гии. Традиционно в большинстве тех нологических систем различного на значения установлены электродви гатели в расчёте на максимальную производительность оборудования, в то время как продолжительность пи ковой нагрузки составляет 10…15% от общего времени работы оборудова ния. Электродвигатели, работающие с постоянной скоростью вращения, по требляют в 1,5 раза больше электро энергии, чем это требуется для обес печения технологического процесса. Применение регулируемого электро привода позволяет оптимизировать ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 54 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 7 2011 работу электродвигателей, исклю чив непроизводительное потребление электроэнергии. Для реализации систем управления в регулируемых электроприводах ис пользуются микроконтроллеры (MCU Motor Control) со встроенными пери ферийными устройствами. Возросшая сложность алгоритмов цифрового управления электроприводами потре бовала перехода к высокопроизводи тельным архитектурам и специализи рованным цифровым процессорам обработки сигналов (DSP Motor Con trol). Ведущие фирмы по производству ЦПОС – Texas Instruments, Motorola и Analog Devices – выпустили приборы, обладающие большим объёмом встро енной флэш памяти программ, памя ти данных и набором интегрирован ных периферийных устройств (тай меров/счётчиков, параллельных и последовательных портов ввода/вы вода, многоканальных процессоров событий, многоканальных АЦП и ЦАП, генераторов частоты, ШИМ сиг налов и периодических сигналов, квадратурных декодеров, контрол леров различных интерфейсов и т.п.) и возможностью программирования и отладки на языке высокого уров ня С/С++. Общими недостатками микрокон троллеров и ЦПОС, используемых для регулирования электропривода, яв ляются ограниченные возможности масштабирования и производитель ности: как правило, МК иЦПОС имеют фиксированную память, узкий диапа зон аналоговых сигналов, фиксиро ванный канал ШИМ, а также ограни ченную поддержку многокоординат ных систем. Недостаток ресурсов проявляется при реализации сложных алгоритмов обработки информации с высокими требованиями к производи тельности, при контроле нагрузки, коррекции положения, скорости и дру гих параметров электроприводов. Хотя при управлении электродвига телями ЦПОС, как правило, имеют до статочную производительность для вычислений, они не могут полностью обеспечить работу системы управ ления, одновременно выполняющей проблемно ориентированные опера ции в реальноммасштабе времени (т.е. реализовать интерфейс памяти, кон троль сигнала интерфейса фильтра ции, поддержку протокола стандарта Industrial Ethernet и т.п.). Кроме того, разработка алгоритмов управления электроприводами и их перевод (с учё том системных требований к аппарат ной оптимизации) в программное обеспечение является трудоёмким процессом. Использование ПЛИС для повыше ния эффективности функциониро вания электроприводов в системах управления позволяет относительно легко масштабировать производитель ность регулируемых электроприводов. В настоящее время в разработках сис тем управления электроприводами также применяются ЦПОС, встроен ные в ПЛИС и обладающие гибкостью, успешно используемой при их инте грации и оптимизации. В разработках систем управления на ПЛИС с ЦПОС также используется дополнительная логика, пользовательские инструкции и обеспечивается поддержка протоко ла Industrial Ethernet. Типичная схема системы управления электроприводом с ЦПОС, встроенным в ПЛИС, приве дена на рисунке 1. FPGA DSP Offload and Glue Logic Блок управления электроприводом Коммуникационный блок Industrial Ethernet MCU, ASSP, or FPGA PHY A/D Converters PWM Усилитель мощности Энкодер Электродвигатель DSP or MCU Рис. 1. Типичная схема системы управления электроприводом с ЦПОС, встроенным в ПЛИС Методика проектирования оптимальных систем управления электродвигателями на ПЛИС Владимир Вычужанин (г. Одесса, Украина) В статье описывается методика комплексного проектирования оптимальных систем управления электродвигателями, использующих ПЛИС с ЦПОС переменной точности и специализированные программы. © СТА-ПРЕСС