RU121085U1 - EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS - Google Patents

EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS Download PDF

Info

Publication number
RU121085U1
RU121085U1 RU2012120970/07U RU2012120970U RU121085U1 RU 121085 U1 RU121085 U1 RU 121085U1 RU 2012120970/07 U RU2012120970/07 U RU 2012120970/07U RU 2012120970 U RU2012120970 U RU 2012120970U RU 121085 U1 RU121085 U1 RU 121085U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microcontroller
output
input
bit
electric drive
Prior art date
Application number
RU2012120970/07U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Борисович Карпов
Иван Евгеньевич Карпов
Татьяна Евгеньевна Карпова
Константин Александрович Анкудинов
Александр Иванович Анкудинов
Андрей Николаевич Баранов
Елизавета Михайловна Баранова
Анатолий Александрович Ильин
Руслан Николаевич Акиншин
Алексей Александрович Кондраков
Original Assignee
НЕГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ПАРТНЕРСТВО "ТУЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ИНФОРМАТИКИ" (НОО ВПО НП "Тульский институт экономики и информатики")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by НЕГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ПАРТНЕРСТВО "ТУЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ИНФОРМАТИКИ" (НОО ВПО НП "Тульский институт экономики и информатики") filed Critical НЕГОСУДАРСТВЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ НЕКОММЕРЧЕСКОЕ ПАРТНЕРСТВО "ТУЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭКОНОМИКИ И ИНФОРМАТИКИ" (НОО ВПО НП "Тульский институт экономики и информатики")
Priority to RU2012120970/07U priority Critical patent/RU121085U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU121085U1 publication Critical patent/RU121085U1/en

Links

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

Встроенный контроллер параметров электропривода, содержащего электродвигатель постоянного или переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля, встроенный в электродвигатель, пиковый амплитудный детектор, вход которого подключен к датчику контроля, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом пикового амплитудного детектора, апериодическое звено первого порядка, вход которого подключен к выходу пикового амплитудного детектора, девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А, отличающийся тем, что введен восьмибитный микроконтроллер ATmega8L с десятибитным АЦП, FLASH-памятью программ, EEPROM- и SRAM-памятью данных, первая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход, подключена к выходу формирователя импульсов, вторая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход АЦП, подключена к выходу апериодического звена первого порядка, а семнадцать линий портов микроконтроллера, настроенных как выход, подключены к девятиразрядному семисегментному знаковому индикатору. Built-in controller of parameters of an electric drive containing a DC or AC electric motor connected to the load through a controlled mechanical transmission, a control sensor built into the electric motor, a peak amplitude detector, the input of which is connected to a control sensor, a pulse shaper, the input of which is connected to the output of the peak amplitude detector, aperiodic link of the first order, the input of which is connected to the output of the peak amplitude detector, a nine-bit seven-segment sign indicator ALS356A, characterized in that an eight-bit ATmega8L microcontroller with a ten-bit ADC is introduced, FLASH program memory, EEPROM and SRAM data memory, the first line of the microcontroller port configured as input is connected to the output of the pulse shaper, the second line of the microcontroller port, configured as an ADC input, is connected to the output of the first order aperiodic link, and seventeen lines of microcontroller ports configured as output are connected y to a nine-digit seven-segment character display.

Description

Полезная модель относится к электромашиностроению, а именно к устройствам встроенного контроля электромеханических постоянных времени электродвигателей постоянного и переменного токов и мертвых ходов механических передач электроприводов в ходе их эксплуатации без демонтажа механических передач и электродвигателей с изделий.The utility model relates to electrical engineering, and in particular to devices for the built-in control of electromechanical time constants of electric motors of constant and alternating currents and dead moves of mechanical transmissions of electric drives during their operation without dismantling mechanical transmissions and electric motors from products.

Известен аналог - Патент РФ на полезную модель №77121, МПК Н02К 7/10, Н02Р 5/00. Устройство встроенного контроля постоянной времени электродвигателя и мертвого хода механической передачи электропривода / Анкудинов К.А. // Бюл. №28 от 10.10.2008, содержащее: механическую передачу с рабочей нагрузкой; приводной электродвигатель постоянного тока, в якорную обмотку которого последовательно включен датчик - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше сопротивления обмотки якоря; формирователь импульсов; апериодическое звено первого порядка; узел выявления экстремума напряжения; восьмибитный микроконтроллер ATtiny28L и четырехразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС329Б.A well-known analogue is the RF Patent for utility model No. 77121, IPC Н02К 7/10, Н02Р 5/00. The device of the built-in control of the time constant of the electric motor and the standstill of the mechanical transmission of the electric drive / K. Ankudinov // Bull. No. 28 dated 10/10/2008, comprising: a mechanical transmission with a workload; a direct current drive electric motor, in the anchor winding of which a sensor is connected in series - active resistance with a value of two to three orders of magnitude less than the resistance of the armature winding; pulse shaper; aperiodic link of the first order; node for detecting voltage extremes; ATtiny28L eight-bit microcontroller and ALS329B four-digit seven-segment sign indicator.

Аналогу присущи два основных недостатка:The analogue has two main disadvantages:

- невозможно использовать аналог для измерения мертвых ходов α и электромеханических постоянных времени ТЭД≈ механических передач электроприводов переменного тока, хотя электроприводы переменного тока находят широкое применение в народном хозяйстве и специальной технике;- it is impossible to use an analogue for measuring the deadlocks α and electromechanical time constants T ED≈ mechanical transmissions of AC electric drives, although AC electric drives are widely used in the national economy and special equipment;

- в аналоге выводится на индикацию только численное значение мертвого хода механической передачи электропривода постоянного тока α=, а численное значение электромеханической постоянной времени электродвигателя постоянного тока TЭД= не индицируется, хотя этот параметр входит в передаточную функцию электропривода и является определяющим в точности, быстродействии и устойчивости работы электропривода.- in the analogue, only the numerical value of the dead stroke of the mechanical transmission of the DC electric drive α = is displayed, and the numerical value of the electromechanical time constant of the DC motor T ED = is not displayed, although this parameter is included in the transfer function of the electric drive and is determining in accuracy, speed and stability of the electric drive.

Известен прототип - Патент РФ на полезную модель №108237, МПК Н02К 7/10. Встроенный контроллер параметров объекта / Карпов Е.Б., Анкудинов К.А., Анкудинов А.И. и др. // Бюл. №25 от 10.09.2011, содержащий: электродвигатель постоянного или переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля, встроенный в электродвигатель, пиковый амплитудный детектор, формирователь импульсов, апериодическое звено первого порядка, узел выявления экстремума напряжения, восьмибитный микроконтроллер ATmega8515L с FLASH-памятью программ, EEPROM- и SRAM-памятью данных и девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А.Known prototype - RF Patent for utility model No. 108237, IPC Н02К 7/10. Built-in controller of object parameters / Karpov EB, Ankudinov K.A., Ankudinov A.I. et al. // Bull. No. 25 dated 09/10/2011, comprising: a direct or alternating current electric motor connected to the load through a controlled mechanical transmission, a control sensor integrated in the electric motor, a peak amplitude detector, a pulse shaper, a first-order aperiodic link, a voltage extreme detection unit, an ATmega8515L eight-bit microcontroller with FLASH-memory programs, EEPROM- and SRAM-data memory and nine-digit seven-segment sign indicator ALS356A.

В основу алгоритма работы микроконтроллера прототипа положены два уравнения:The prototype microcontroller’s algorithm is based on two equations:

где: ТЭ≃ - время достижения экстремума напряжения выходного сигнала апериодического звена первого порядка в электроприводе;where: Т Э≃ is the time to reach the voltage extreme of the output signal of the first-order aperiodic link in the electric drive;

ТАЗ - постоянная времени апериодического звена первого порядка;T AZ - time constant of the aperiodic link of the first order;

ТЭД≃ - электромеханическая постоянная времени электродвигателя постоянного или переменного тока;T ED≃ - electromechanical time constant of an electric motor of direct or alternating current;

k=U1≃/U0≃ - кратность пускового напряжения на датчике контроля электропривода (отношение амплитуды экспоненциальной составляющей напряжения на датчике U1≃ в момент пуска электродвигателя постоянного или переменного тока к постоянной составляющей напряжения на датчике U0≃ в установившемся режиме);k = U 1≃ / U 0≃ is the multiplicity of the starting voltage at the drive control sensor (the ratio of the amplitude of the exponential voltage component at the sensor U 1≃ at the time of starting the DC or AC motor to the constant voltage component at the sensor U 0≃ in steady state) ;

α - мертвый ход механической передачи электропривода постоянного или переменного тока;α is the dead stroke of a mechanical transmission of an electric drive of direct or alternating current;

ΩH≃ - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного или переменного тока;Ω H≃ - rated rotation speed of a direct or alternating current electric motor;

ТMX≃ - время выбора мертвого хода α механической передачи электропривода.T MX≃ - the time of selection of the deadlock α mechanical transmission of the electric drive.

В прототипе микроконтроллер рассчитывает по заданному алгоритму:In the prototype, the microcontroller calculates according to a given algorithm:

- электромеханическую постоянную времени электродвигателя постоянного или переменного тока ТЭД≃ из трансцендентного уравнения (1) и высвечивает его значение на знаковом индикаторе;- the electromechanical time constant of the electric motor of direct or alternating current T ED≃ from the transcendental equation (1) and displays its value on the sign indicator;

- мертвый ход механической передачи электропривода постоянного или переменного тока α из выражения (2) и высвечивает его значение на знаковом индикаторе.- the dead stroke of the mechanical transmission of an electric drive of direct or alternating current α from the expression (2) and displays its value on the sign indicator.

Прототип лишен обоих недостатков аналога, но ему присущи свои следующие недостатки:The prototype is devoid of both disadvantages of the analogue, but it has its following disadvantages:

1. Систематическая ошибка измерения и вычисления параметров электропривода Т и α принципиально не может быть менее 0,39%. В аналоге и прототипе использованы восьмибитные микроконтроллеры AVR семейств Tiny и Mega фирмы «Atmel», в которых EEPROM-, SRAM-память данных и регистры общего назначения имеют восьмибитную основу, и вся обработка информации происходит в восьмибитной форме, следовательно, систематическая ошибка измерения и вычисления параметров электропривода составляет не менее 0,39%.1. The systematic error of measuring and calculating the parameters of the electric drive T and α ≃ in principle can not be less than 0.39%. Atmel's eight-bit AVR microcontrollers of the Atiny family of Tiny and Mega families are used in the analogue and prototype, in which the EEPROM-, SRAM-data memory and general-purpose registers have an eight-bit basis, and all information processing occurs in eight-bit form, therefore, a systematic measurement and calculation error electric drive parameters is at least 0.39%.

2. Сложность и высокая стоимость прототипа.2. The complexity and high cost of the prototype.

Предлагаемой полезной моделью - встроенным контроллером параметров электропривода решается задача - уменьшения в разы систематической ошибки измерения и вычисления электромеханической постоянной времени электродвигателя постоянного или переменного ТЭД≃ и мертвого хода механической передачи электропривода α при уменьшении сложности и стоимости устройства.The proposed utility model, the built-in controller of the electric drive parameters, solves the problem of decreasing the systematic error of measuring and calculating the electromechanical time constant of the electric motor of constant or variable T ED≃ and the dead-time of mechanical transmission of the electric drive α while reducing the complexity and cost of the device.

Обратим внимание на тот факт, что все восьмибитные AVR-микроконтроллеры семейства Mega в своей структуре обязательно содержат FLASH-память программ, EEPROM- и SRAM-память данных, но не все имеют аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а в прототипе использован уже устаревающий восьмибитный микроконтроллер ATmega8515L (ранее до введения универсальной классификации в 2003 году - АТ8515) не содержащий АЦП и имеющий 40 выводов. Часть современных восьмибитных AVR-микроконтроллеры семейства Mega имеют десятибитный АЦП и этот факт использован при разработке полезной модели. Например, современный восьмибитный микроконтроллер ATmega8L имеет 28 выводов, десятибитный АЦП, FLASH-память программ, EEPROM- и SRAM-память данных. Для использования десятибитного АЦП микроконтроллера ATmega8L необходимо от измерения времени в прототипе перейти к измерению напряжения - в полезной модели, что и будет сделано при описании принципа работы предлагаемого встроенного контроллера параметров электропривода.Let us pay attention to the fact that all Mega eight-bit AVR microcontrollers in their structure necessarily contain program FLASH memory, EEPROM and SRAM data memory, but not all have an analog-to-digital converter (ADC), and the prototype uses an outdated one ATmega8515L eight-bit microcontroller (before the introduction of the universal classification in 2003 - AT8515) that does not contain an ADC and has 40 pins. Some modern eight-bit Mega-Series AVR microcontrollers have a ten-bit ADC and this fact was used to develop a useful model. For example, the modern eight-bit ATmega8L microcontroller has 28 pins, a ten-bit ADC, program FLASH memory, EEPROM and SRAM data memory. To use the ten-bit ADC of the ATmega8L microcontroller, it is necessary to proceed from measuring the time in the prototype to measuring voltage - in a utility model, which will be done when describing the principle of operation of the proposed built-in controller of electric drive parameters.

Поставленная задача достигается тем, что во встроенный контроллер параметров электропривода, содержащий электродвигатель постоянного или переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля, встроенный в электродвигатель, пиковый амплитудный детектор, вход которого подключен к датчику контроля, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом пикового амплитудного детектора, апериодическое звено первого порядка, вход которого подключен к выходу пикового амплитудного детектора, девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А, введен восьмибитный микроконтроллер ATmega8L с десятибитным АЦП, FLASH-памятью программ, EEPROM- и SRAM-памятью данных, первая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход, подключена к выходу формирователя импульсов, вторая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход АЦП, подключена к выходу апериодического звена первого порядка, а семнадцать линий портов микроконтроллера, настроенные как выход, подключены к девятиразрядному семисегментному знаковому индикатору.The task is achieved by the fact that in the built-in parameter controller of the electric drive, containing an electric motor of direct or alternating current, connected to the load via a controlled mechanical transmission, a control sensor built into the electric motor, a peak amplitude detector, the input of which is connected to the control sensor, a pulse shaper, the input of which connected to the output of the peak amplitude detector, an aperiodic link of the first order, the input of which is connected to the output of the peak amplitude detector ora, nine-digit seven-segment sign indicator ALS356A, introduced an eight-bit ATmega8L microcontroller with a ten-bit ADC, FLASH program memory, EEPROM and SRAM data memory, the first line of the microcontroller port configured as an input, connected to the output of the pulse shaper, the second line of the microcontroller port port as an ADC input, it is connected to the output of the first-order aperiodic link, and seventeen microcontroller port lines configured as an output are connected to a nine-digit seven-segment sign indicator.

За счет включения в полезную модель современного восьмибитного микроконтроллера фирмы «Atmel» серии ATmega8L с десятибитным АЦП, FLASH-памятью программ, EEPROM- и SRAM-памятью данных, имеющего 28 выводов и исключения из прототипа узла выявления экстремума напряжения и микроконтроллера ATmega8515L, не имеющего АЦП и имеющего 40 выводов, обеспечена возможность:Due to the inclusion in the utility model of a modern eight-bit Atmel microcontroller of the ATmega8L series with a ten-bit ADC, FLASH program memory, EEPROM and SRAM data memory, which has 28 pins and exceptions from the prototype node for detecting voltage extremes and the ATmega8515L microcontroller that does not have an ADC and having 40 conclusions, the opportunity is provided:

- уменьшения систематической ошибки измерения и вычисления параметров электропривода ТЭД≃ и α с 0,39% - в прототипе до 0,098%≈0,1% - в полезной модели за счет десятибитной структуры АЦП;- reducing the systematic error of measuring and calculating the parameters of the electric drive T ED≃ and α from 0.39% in the prototype to 0.098% ≈0.1% in the utility model due to the ten-bit structure of the ADC;

- уменьшения стоимости и сложности полезной модели по сравнению с прототипом за счет применения микроконтроллера с 28 выводами вместо 40 выводов и исключения из прототипа узла выявления экстремума напряжения (операционный усилитель и другие радиоэлементы).- reducing the cost and complexity of the utility model compared to the prototype due to the use of a microcontroller with 28 leads instead of 40 leads and elimination of the voltage extreme detection unit (operational amplifier and other radio elements) from the prototype.

На фиг.1 изображена блок-схема встроенного контроллера параметров электропривода, а на фиг.2 - временные диаграммы работы встроенного контроллера параметров электропривода.Figure 1 shows a block diagram of a built-in controller of the parameters of the electric drive, and figure 2 is a timing diagram of the built-in controller of parameters of the electric drive.

Встроенный контроллер параметров электропривода содержит (фиг.1): электродвигатель постоянного или переменного тока 1, который через контролируемую механическую передачу 2 подсоединен к нагрузке 3; в обмотку якоря электродвигателя постоянного тока 1 или в обмотку статора электродвигателя переменного тока 1 последовательно включен датчик контроля 4 - активное сопротивление с величиной на два-три порядка меньше комплексного сопротивления обмотки якоря или обмотки статора, что исключает влияние датчика контроля 4 на режим работы электродвигателя 1; датчик контроля 4 подключен ко входу пикового амплитудного детектора 5, собранному по типовой схеме; выход пикового амплитудного детектора 5 подключен ко входу формирователя импульсов 6, состоящего из дифференцирующей цепи и усилителя-ограничителя, и ко входу апериодического звена первого порядка 7; формирователь импульсов 6 выходом подключен к первой линии порта микроконтроллера 8, настроенной как вход, а апериодическое звено первого порядка 7 выходом подключено ко второй линии порта микроконтроллера 8, настроенной как вход АЦП; микроконтроллер 8 фирмы «Atmel» серии ATmega8L работает по заданному алгоритму и по семнадцати линиям портов, настроенным как выход, соединен с девятиразрядным семисегментным знаковым индикатором 9 серии АЛС356А, который индицирует численные значения электромеханической постоянной времени электродвигателя постоянного или переменного тока 1 с точностью до одной миллисекунды и мертвого хода механической передачи 2 электропривода с точностью до тысячной доли градуса.The built-in controller of the parameters of the electric drive contains (FIG. 1): an electric motor of direct or alternating current 1, which is connected to the load 3 through a controlled mechanical transmission 2; a control sensor 4 is sequentially included in the armature winding of the DC motor 1 or in the stator winding of the AC motor 1; the resistance is two to three orders of magnitude less than the complex resistance of the armature winding or stator winding, which eliminates the influence of the control sensor 4 on the motor 1 ; the control sensor 4 is connected to the input of the peak amplitude detector 5, assembled according to a typical circuit; the output of the peak amplitude detector 5 is connected to the input of the pulse shaper 6, consisting of a differentiating circuit and an amplifier-limiter, and to the input of the aperiodic link of the first order 7; the pulse shaper 6 is connected to the first line of the port of the microcontroller 8 configured as an input, and the aperiodic link of the first order 7 is connected to the second line of the port of the microcontroller 8 configured as an ADC input; Atmel microcontroller 8 of the ATmega8L series operates according to a predetermined algorithm and is connected to a seventeen-digit seven-segment sign indicator 9 of the ALS356A series, using seventeen port lines, which displays the numerical values of the electromechanical time constant of a direct or alternating current electric motor 1 with an accuracy of one millisecond and the dead motion of the mechanical transmission 2 of the electric drive to the nearest thousandth of a degree.

Встроенный контроллер параметров электропривода (фиг.1) работает следующим образом:The built-in controller of the parameters of the electric drive (figure 1) works as follows:

1. Перед вводом устройства в эксплуатацию (см. фиг.1, фиг.2) в FLASH-память программ микроконтроллера 8 вводятся численные значения: ΩH≃ [об/мин] - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного или переменного тока 1 (берется из технической документации на электродвигатель 1); ТАЗ [с] - постоянная времени апериодического звена первого порядка - величина известная; k=U1=/U0==U1≈/U0≈=U1≃/U0≃ - кратность пускового напряжения (фиг.2а, 2б, 2в) на датчике контроля 4 и пиковом амплитудном детекторе 5. Кратность пускового напряжения k - величина постоянная и в зависимости от типа и мощности электродвигателя постоянного или переменного тока 1 имеет значения k=∈[1, 10] (берется из технической документации на электродвигатель 1). Таким образом, в FLASH-памяти программ микроконтроллера 8 всегда записаны известные численные значения ΩH≃, ТАЗ, k и U0≃. Перед включением устройства в работу мертвый ход механической передачи 2 устанавливается в максимальное положение (как в аналоге и прототипе) и подается питание на встроенный контроллер параметров электропривода. Кроме того, если включение в работу устройства происходит не первый раз, то в EEPROM-памяти данных микроконтроллера 8 будут записаны ТЭД≃ и α, измеренные в последнем предшествующем цикле работы устройства.1. Before putting the device into operation (see Fig. 1, Fig. 2), the numerical values are entered into the FLASH memory of the programs of the microcontroller 8: Ω H≃ [r / min] - nominal rotation speed of a direct or alternating current electric motor 1 (taken from technical documentation for the electric motor 1); T AZ [s] - time constant of the aperiodic link of the first order - a known quantity; k = U 1 = / U 0 = = U 1≈ / U 0≈ = U 1≃ / U 0≃ is the multiplicity of the starting voltage (figa, 2b, 2c) on the control sensor 4 and the peak amplitude detector 5. Multiplicity starting voltage k is a constant value and depending on the type and power of a direct or alternating current electric motor 1 has values k = ∈ [1, 10] (taken from the technical documentation for electric motor 1). Thus, a FLASH-memory of the microcontroller 8 always recorded programs known numerical values Ω H≃, AZ T, k and U 0≃. Before turning on the device into operation, the dead-end of mechanical transmission 2 is set to the maximum position (as in the analogue and prototype) and power is supplied to the built-in controller of the electric drive parameters. In addition, if the inclusion in the operation of the device is not the first time, then in the EEPROM-memory of the data of the microcontroller 8 will be recorded T DE≃ and α , measured in the last previous cycle of the device.

2. В момент времени t1 (см. фиг.1 и фиг.2) во встроенном контроллере параметров электропривода происходят следующие процессы: запускается в работу электродвигатель переменного или постоянного тока 1 (фиг.1) и в его обмотке статора или обмотке якоря возникает импульс пускового тока, который создает на датчике 4 импульс напряжения u4=(t1)=U4max= - для двигателя постоянного тока (фиг.2а) и u4≈(t1)=U4max≈ - для двигателя переменного тока (фиг.2б); так как пиковый амплитудный детектор 5 является безинерционным по несущей частоте питающего напряжения и инерционным по его огибающей, то сигнал на его выходе будет один и тот же (фиг.2в), как для электродвигателя переменного тока (фиг.2б), так и для электродвигателя постоянного тока (фиг.2а) u5(t1)=U5max=U4max≈=U4max=, который поступает на формирователь импульсов 6 и апериодическое звено первого порядка 7; формирователь импульсов 6 вырабатывает короткий импульс (фиг.2г) u6(t1)=U6max, запускающий в работу микроконтроллер 8, в котором запускаются в циклическую работу АЦП и счетчик времени выбора мертвого хода механической передачи ТMX=.2. At time t 1 (see Fig. 1 and Fig. 2), the following processes occur in the built-in controller of electric drive parameters: an AC or DC motor 1 (Fig. 1) starts up and in its stator winding or armature winding an inrush current pulse that generates a voltage pulse u 4 = (t 1 ) = U 4max = - for the DC motor (Fig. 2a) and u 4≈ (t 1 ) = U 4max≈ - for the AC motor ( figb); since the peak amplitude detector 5 is inertialess in the carrier frequency of the supply voltage and inertial in its envelope, the signal at its output will be the same (Fig.2c), both for the AC electric motor (Fig.2b), and for the electric motor direct current (figa) u 5 (t 1 ) = U 5max = U 4max≈ = U 4max = , which is supplied to the pulse shaper 6 and the first-order aperiodic link 7; the pulse shaper 6 generates a short pulse (Fig.2d) u 6 (t 1 ) = U 6max , which starts the microcontroller 8, in which the ADC and the counter of the selection of the dead time of the mechanical transmission T MX = are launched.

3. В интервале времени t∈[t1, t2] (см. фиг.1 и фиг.2) во встроенном контроллере параметров электропривода протекают следующие физические процессы: электродвигатель 1 начинает и продолжает вращение; пусковой ток электродвигателя 1, напряжение на датчике 4 u4=(t), u4≈(t) и напряжение на выходе пикового амплитудного детектора 5 u5(t) уменьшаются по экспоненте (фиг.2а, 2б, 2в); тихоходный вал механической передачи 2 остается неподвижным, так как происходит выбор мертвого хода, но он еще не выбран; напряжение на выходе формирователя импульсов 6 (фиг.2г) равно нулю u6(t)=0, а напряжение на выходе апериодического звена 7 (фиг.2д) u7(t) нарастает от нуля и стремится к своему максимальному (экстремальному) значению UЭ≃; в микроконтроллере 8 работает счетчик времени выбора мертвого хода механической передачи ТМХ≃; АЦП в микроконтроллере 8 работает в циклическом режиме и измеряет нарастающий выходной сигнал апериодического звена 7 (фиг.2д) u7(t∈[t1, t2]); следует отметить, что напряжение на выходе апериодического звена 7 в аналитическом форме имеет вид3. In the time interval t∈ [t 1 , t 2 ] (see figure 1 and figure 2) in the built-in controller parameters of the electric drive, the following physical processes occur: electric motor 1 starts and continues to rotate; the starting current of the electric motor 1, the voltage at the sensor 4 u 4 = (t), u 4≈ (t) and the voltage at the output of the peak amplitude detector 5 u 5 (t) decrease exponentially (figa, 2b, 2c); the low-speed shaft of the mechanical transmission 2 remains stationary, since the selection of the back stroke occurs, but it has not yet been selected; the voltage at the output of the pulse shaper 6 (Fig.2d) is zero u 6 (t) = 0, and the voltage at the output of the aperiodic link 7 (Fig.2d) u 7 (t) increases from zero and tends to its maximum (extreme) value U ; in the microcontroller 8, a time counter for selecting the dead stroke of the mechanical transmission T MXX works ; The ADC in the microcontroller 8 operates in a cyclic mode and measures the increasing output signal of the aperiodic link 7 (Fig.2d) u 7 (t∈ [t 1 , t 2 ]); it should be noted that the voltage at the output of the aperiodic link 7 in the analytical form has the form

подставив выражение (1) - TЭД≃ в (3), в момент времени t=t2 (фиг.2д) получено трансцендентное выражение для экстремального значения выходного напряжения апериодического звена 7substituting expression (1) - T ED T in (3), at time t = t 2 (Fig.2d), a transcendental expression is obtained for the extreme value of the output voltage of the aperiodic link 7

4. В момент времени t2 (см. фиг.1 и фиг.2) во встроенном контроллере параметров электропривода происходят следующие процессы: напряжение на датчике 4 u4=(t), u4≈(t) и напряжение на выходе пикового амплитудного детектора 5 u5(t) продолжают уменьшаться по экспоненте (фиг.2а, 2б, 2в), а напряжение на выходе формирователя импульсов 6 остается равным нулю u6(t)=0 (фиг.2г); напряжение на выходе апериодического звена 7 достигает своего экстремального значения u7(t2)=UЭ≃ (фиг 2д), АЦП микроконтроллера 8 измеряет численное значение UЭ≃, которое запоминается в SRAM-памяти данных микроконтроллера 8, а АЦП прекращает работу.4. At time t 2 (see Fig. 1 and Fig. 2), the following processes occur in the built-in controller of electric drive parameters: voltage at the sensor 4 u 4 = (t), u 4≈ (t) and voltage at the output of peak amplitude detector 5 u 5 (t) continue to decrease exponentially (figa, 2b, 2c), and the voltage at the output of the pulse shaper 6 remains equal to zero u 6 (t) = 0 (fig.2g); the voltage at the output of the aperiodic link 7 reaches its extreme value u 7 (t 2 ) = U (Fig. 2e), the ADC of the microcontroller 8 measures the numerical value of U that is stored in the SRAM-memory of the data of the microcontroller 8, and the ADC stops working.

5. В интервале времени t∈[t2, t3] (см фиг.1 и фиг.2) во встроенном контроллере параметров электропривода протекают следующие физические процессы: напряжение на датчике 4 u4=(t∈[t2, t3]), и u4≈(t∈[t2, t3]) и напряжение на выходе пикового амплитудного детектора 5 u5(t∈[t2, t3]) продолжают уменьшаться по экспоненте (фиг.2а, 2б, 2в),; тихоходный вал механической передачи 2 продолжает оставаться неподвижным, так как продолжается выбор мертвого хода, но он еще не выбран; напряжение на выходе формирователя 6 равно нулю u6(t)=0 (фиг.2г); микроконтроллер 8 продолжает отсчет времени выбора мертвого хода TMX≃ механической передачи 2.5. In the time interval t∈ [t 2 , t 3 ] (see figure 1 and figure 2) in the built-in controller of the parameters of the electric drive, the following physical processes occur: voltage at the sensor 4 u 4 = (t∈ [t 2 , t 3 ]), and u 4≈ (t∈ [t 2 , t 3 ]) and the voltage at the output of the peak amplitude detector 5 u 5 (t∈ [t 2 , t 3 ]) continue to decrease exponentially (Figs. 2a, 2b, 2c) ;; the low-speed shaft of the mechanical transmission 2 continues to remain motionless, as the selection of the back stroke continues, but it has not yet been selected; the voltage at the output of the shaper 6 is zero u 6 (t) = 0 (Fig.2g); the microcontroller 8 continues the countdown of the selection of the deadlock T MX≃ mechanical transmission 2.

6. В момент времени t3 (см. фиг.1 и фиг.2) во встроенном контроллере параметров электропривода происходят следующие процессы: закончен выбор мертвого хода механической передачи 2, приходят во вращение тихоходный вал механической передачи 2 и нагрузка 3; нагрузка на электродвигатель 1 скачкообразно возрастает и формируется второй импульс напряжения на датчике 4, а на выходе пикового амплитудного детектора 5 импульс u5(t3)=U5max=U4max≈=U4max= (см. фиг.2а, 2б, 2в), поступающий на формирователь импульсов 6; формирователь импульсов 6 вырабатывает (фиг.2г) второй короткий импульс u6(t3)=U6max, поступающий на микроконтроллер 8, который прекращает отсчет времени выбора мертвого хода ТМХ≃=t3-t1 и запоминает его численное значение в своей SRAM-памяти данных; таким образом, в этот момент времени в SRAM-памяти данных микроконтроллера 8 оказываются записанным численное значения UЭ≃ и ТМХ≃=t3-t1.6. At time t 3 (see FIG. 1 and FIG. 2), the following processes occur in the built-in controller of electric drive parameters: the selection of the dead-end of mechanical transmission 2 is completed, the low-speed shaft of mechanical transmission 2 and load 3 come into rotation; the load on the motor 1 increases stepwise and a second voltage pulse is generated at the sensor 4, and at the output of the peak amplitude detector 5, the pulse u 5 (t 3 ) = U 5max = U 4max≈ = U 4max = (see Fig. 2a, 2b, 2c ) entering the pulse shaper 6; the pulse shaper 6 generates (Fig. 2d) a second short pulse u 6 (t 3 ) = U 6max , which arrives at the microcontroller 8, which stops the countdown of the dead-time selection Т МХ≃ = t 3 -t 1 and remembers its numerical value in its SRAM data memory Thus, at this moment in time, in the SRAM-memory of the data of the microcontroller 8, the numerical values of U E≃ and T MX≃ = t 3 -t 1 are recorded.

7. В интервале времени при t>t3 (см. фиг.1 и фиг.2) микроконтроллер 8 по своему алгоритму работы выполняет расчеты по двум выражениям (4) и (2), которые для удобства изложения сущности 7. In the time interval at t> t 3 (see Fig. 1 and Fig. 2), the microcontroller 8, according to its operating algorithm, performs calculations according to two expressions (4) and (2), which, for the convenience of presenting the essence

где в рассматриваемом интервале времени:where in the considered time interval:

- известны и записаны в FLASH-память программ микроконтроллера 8:- known and recorded in the FLASH-memory of the programs of microcontroller 8:

ΩН≃ - номинальная скорость вращения электродвигателя постоянного или переменного тока 1;Ω Н≃ - rated rotation speed of a direct or alternating current electric motor 1;

ТАЗ - постоянная времени апериодического звена первого порядка 7;T AZ - time constant of the aperiodic link of the first order 7;

k=U1≃/U0≃ - кратность пускового напряжения на датчике контроля 4 электропривода постоянного или переменного тока,k = U 1≃ / U 0≃ is the multiplicity of the starting voltage at the control sensor 4 of the electric drive of direct or alternating current,

- измерены и записаны в SRAM-памяти данных микроконтроллера 8:- measured and recorded in the SRAM-memory data of the microcontroller 8:

ТMX≃ - время выбора мертвого хода α механической передачи 2 электропривода постоянного или переменного тока;T MX≃ - the time of selection of the deadlock α mechanical transmission 2 electric drives of direct or alternating current;

UЭ≃ - численное значение экстремального напряжения выходного сигнала апериодического звена 7 в электроприводе постоянного или переменного тока,U Э≃ is the numerical value of the extreme voltage of the output signal of the aperiodic link 7 in an electric drive of direct or alternating current,

- неизвестны и являются искомыми величинами в выражениях (4) и (2):- unknown and are the sought quantities in the expressions (4) and (2):

ТЭД≃ - электромеханической постоянной времени электродвигателя постоянного или переменного тока в трансцендентном уравнении (4),T ED≃ - electromechanical time constant of an electric motor of direct or alternating current in the transcendental equation (4),

α - мертвый ход механической передачи электропривода постоянного или переменного тока в выражении (2).α is the dead stroke of the mechanical transmission of an electric drive of direct or alternating current in the expression (2).

Алгоритм работы микроконтроллера 8 сводится к последовательному решению уравнений (4) и (2):The algorithm of the microcontroller 8 is reduced to the sequential solution of equations (4) and (2):

1. В уравнении (4), кроме искомого параметра ТЭД≃, все другие параметры известны, но (4) относительно ТЭД≃ является трансцендентным уравнением. В алгоритме работы микроконтроллера 8 уравнение (4) решается численным методом с применением оптимизации шагов решения методом половинного разбиения. Для получения ТЭД≃ численным методом с точностью до тысячной доли секунды необходимо 10-12 шагов половинного разбиения. В результате полученное численное значение электромеханической постоянной времени электродвигателя 1 постоянного или переменного тока ТЭД≃ остается в SRAM-памяти данных, записывается в EEPROM-памяти данных микроконтроллера 8 и высвечивается в четырех старших разрядах девятиразрядного знакового индикатора 9. с точностью до одной миллисекунды.1. In equation (4), in addition to the desired parameter T ED≃ , all other parameters are known, but (4) with respect to T ED≃ is a transcendental equation. In the operation algorithm of microcontroller 8, equation (4) is solved numerically using the optimization of the solution steps by the half-partitioning method. To obtain T ED≃ by a numerical method with an accuracy of a thousandth of a second, 10-12 steps of half splitting are necessary. As a result, the obtained numerical value of the electromechanical time constant of the electric motor 1 of direct or alternating current T ED Э remains in the SRAM data memory, is recorded in the EEPROM data memory of the microcontroller 8, and is displayed in the four high bits of the nine-digit sign indicator 9. with an accuracy of one millisecond.

2. Уравнение (2) относительно искомого параметра α легко решается в аналитическом виде. В алгоритме работы микроконтроллера 8 в правую часть выражения (2) подставляются известные численные значения параметров: ΩН≃ - из FLASH-память программ, а ТЭД≃ и ТMX≃ - из SRAM-памяти данных микроконтроллера 8. В результате полученное численное значение мертвого хода механической передачи 2 электропривода постоянного или переменного тока α записывается в SRAM-память данных, переписывается в EEPROM-память данных микроконтроллера 8 и высвечивается в четырех младших разрядах девятиразрядного знакового индикатора 9 с точностью до тысячной доли градуса.2. Equation (2) with respect to the desired parameter α ≃ is easily solved in an analytical form. In the algorithm of operation of microcontroller 8, the known numerical values of parameters are substituted into the right side of expression (2): Ω Н≃ - from the FLASH-memory of the programs, and Т ЭД≃ and Т MX≃ - from the SRAM-memory of the data of the microcontroller 8. As a result, the obtained numerical value the dead-end of a mechanical transmission 2 of an electric drive of direct or alternating current α ≃ is written to the SRAM data memory, it is written to the EEPROM data memory of the microcontroller 8 and displayed in the four least significant bits of the nine-digit sign indicator 9 up to a thousandth of a gram Dusa.

За счет исключения из прототипа узла выявления экстремума напряжения и микроконтроллера ATmega8515L, не имеющего АЦП и имеющего 40 выводов и включения в полезную модель (фиг.1) современного восьмибитного микроконтроллера фирмы «Atmel» серии ATmega8L с десятибитным АЦП, FLASH-памятью программ - 8 Кбайт, EEPROM-памятью данных - 512 байт, SRAM-памятью данных - 1024 байта (в 2 раза больше чем в прототипе), имеющего 28 выводов, обеспечена возможность:Due to the exclusion from the prototype of the node for detecting the voltage extreme and the ATmega8515L microcontroller that does not have an ADC and has 40 pins and includes in the utility model (Fig. 1) a modern eight-bit Atmel microcontroller of the ATmega8L series with a ten-bit ADC, program memory FLASH-memory - 8 Kbytes , EEPROM-data memory - 512 bytes, SRAM-data memory - 1024 bytes (2 times more than in the prototype), which has 28 pins, it is possible to:

- уменьшения систематической ошибки измерения и вычисления параметров электропривода ТЭД≃ и α с 0,39%, характерных для восьмибитного представления информации в прототипе, до 0,098%≈0,1% (т.е. уменьшение почти в 4 раза) - в полезной модели за счет применения микроконтроллера ATmega8L с десятибитной структуры АЦП;- reducing the systematic error of measuring and calculating the parameters of the electric drive T ED≃ and α from 0.39%, typical for the eight-bit representation of information in the prototype, to 0.098% ≈0.1% (i.e., a decrease of almost 4 times) - Utility model through the use of an ATmega8L microcontroller with a ten-bit ADC structure;

- уменьшение сложности, а следовательно и стоимости полезной модели на 10-15% по сравнению с прототипом за счет применения микроконтроллера с 28 выводами вместо 40 выводов (при расширенных функциональных возможностях микроконтроллер полезной модели на 15-20% дешевле микроконтроллера прототипа) и исключения из схемы прототипа узла выявления экстремума напряжения, состоящего из операционного усилитель и другие радиоэлементов.- reducing the complexity and, consequently, the cost of a utility model by 10-15% compared to the prototype due to the use of a microcontroller with 28 leads instead of 40 conclusions (with expanded functionality, the utility model microcontroller is 15-20% cheaper than the prototype microcontroller) and exclusions from the circuit a prototype node for detecting an extreme voltage, consisting of an operational amplifier and other radioelements.

Claims (1)

Встроенный контроллер параметров электропривода, содержащего электродвигатель постоянного или переменного тока, соединенный с нагрузкой через контролируемую механическую передачу, датчик контроля, встроенный в электродвигатель, пиковый амплитудный детектор, вход которого подключен к датчику контроля, формирователь импульсов, вход которого соединен с выходом пикового амплитудного детектора, апериодическое звено первого порядка, вход которого подключен к выходу пикового амплитудного детектора, девятиразрядный семисегментный знаковый индикатор АЛС356А, отличающийся тем, что введен восьмибитный микроконтроллер ATmega8L с десятибитным АЦП, FLASH-памятью программ, EEPROM- и SRAM-памятью данных, первая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход, подключена к выходу формирователя импульсов, вторая линия порта микроконтроллера, настроенная как вход АЦП, подключена к выходу апериодического звена первого порядка, а семнадцать линий портов микроконтроллера, настроенных как выход, подключены к девятиразрядному семисегментному знаковому индикатору.
Figure 00000001
An integrated parameter controller of an electric drive containing an AC or DC motor connected to the load through a controlled mechanical transmission, a control sensor integrated in the motor, a peak amplitude detector, the input of which is connected to the control sensor, a pulse shaper, the input of which is connected to the output of the peak amplitude detector, aperiodic link of the first order, the input of which is connected to the output of the peak amplitude detector, a nine-digit seven-segment sign ALS356A indicator, characterized in that an eight-bit ATmega8L microcontroller with a ten-bit ADC, program FLASH memory, EEPROM and SRAM data memory, the first line of the microcontroller port configured as input, connected to the output of the pulse former, the second line of the microcontroller port, configured as an ADC input, it is connected to the output of the first-order aperiodic link, and seventeen microcontroller port lines configured as output are connected to a nine-digit seven-segment sign indicator.
Figure 00000001
RU2012120970/07U 2012-05-22 2012-05-22 EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS RU121085U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120970/07U RU121085U1 (en) 2012-05-22 2012-05-22 EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120970/07U RU121085U1 (en) 2012-05-22 2012-05-22 EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU121085U1 true RU121085U1 (en) 2012-10-10

Family

ID=47079985

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012120970/07U RU121085U1 (en) 2012-05-22 2012-05-22 EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU121085U1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1292887C (en) Monitoring device for injection forming machine
CN106452247B (en) Method and device for identifying rotational inertia of permanent magnet synchronous motor
CN112051830B (en) Servo driver aging test method, system, device and storage medium
EP3291037A3 (en) Control device and control system
RU121085U1 (en) EMBEDDED CONTROLLER OF ELECTRIC DRIVE PARAMETERS
CN103033639B (en) Measuring method of rotating speed of self-adaption motor for switching hysteresis loop
CN103916104A (en) PWM signal generating circuit, printer, and PWM signal generating method
US10216151B2 (en) Power consumption-amount estimation apparatus
CN111752531B (en) Integer division device and motor control device
CN105356795A (en) System and method for acquiring motor speed feedback signal
RU108237U1 (en) INTEGRATED OBJECT PARAMETER CONTROLLER
CN106160588B (en) High-precision motor driving system and method thereof
CN106374788B (en) Control device for a permanently excited synchronous motor
RU138501U1 (en) BUILT-IN CONTROLLER OF ELECTROMECHANICAL CONSTANT TIME OF DC AND AC MOTORS AND THE DEAD STROKE OF MECHANICAL TRANSMISSION OF ELECTRIC DRIVE
CN110426065A (en) Absolute type encoder
Ho et al. The implementation of a measurement system for brushless DC motor parameters
CN110261806B (en) Driver, frequency converter, and calibration method and control method of driver
RU77121U1 (en) ELECTRIC MOTOR TRANSMISSION DEVICE FOR ELECTRIC MOTOR TRANSMISSION AND DEAD STROKE
RU72586U1 (en) TWO-LINK DC ELECTRIC DRIVE WITH BUILT-IN CONTROL DEVICE
CN112398406A (en) Motor operation control method and device, storage medium and electronic equipment
CN110601605A (en) Method, device and system for controlling motor
Wang et al. An improved variable M/T method based on speed estimation for optical incremental encoders
JP2012191684A (en) Pulse generating circuit and motor device
Kołek et al. Velocity estimation for slow motion devices equipped with encoder
RU76181U1 (en) EMBEDDED CONTROL DEVICE AND ARCHIVING CONTROL RESULTS

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130523