resumen de la formación en ascensores de plc
Resumen: Basado en el análisis del modelo matemático del motor asíncrono de ascensor en el sistema de coordenadas giratorio síncrono cuando se considera la pérdida de hierro, mediante el estudio de diferentes condiciones de funcionamiento La relación entre la pérdida del motor y el flujo del rotor logra el control óptimo del motor asíncrono de control vectorial con regulación de velocidad y frecuencia variable. Para mejorar aún más el rendimiento de regulación de velocidad del motor, de acuerdo con los principios básicos del control vectorial del motor, la implementación de hardware del control vectorial se realiza mediante un procesador de señal digital y un módulo de potencia inteligente, y el método de implementación de software del sistema es explicado. Los experimentos muestran que el sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable de control vectorial de motor asíncrono para ascensores funciona sin problemas, tiene buenas características estáticas y dinámicas y puede usarse ampliamente en sistemas de transmisión eléctrica impulsados por motores de ascensor.
Palabras clave: motor asíncrono para ascensor; control vectorial; pérdida de hierro; control óptimo
Control óptimo del motor regulador de velocidad VVVF
Basado en DSP y pulgadas /minuto (abreviatura de pulgadas por minuto)
0 Introducción
Con el desarrollo de la industria de la construcción urbana, los requisitos para el sistema de control de velocidad del motor de ascensor de edificios de gran altura están aumentando. más y más alto. Debido a las limitaciones de los métodos y herramientas de análisis digital, las pérdidas de hierro generalmente se ignoran al establecer modelos matemáticos dinámicos y modelos de simulación de motores asíncronos para ascensores. Los motores asíncronos para ascensores tienen pérdidas de hierro, lo que provocará desviaciones en el par de salida y afectará la precisión del control [1]. Al mismo tiempo, la implementación del control vectorial requiere la realización de muchas funciones en tiempo real, como la transformación de coordenadas, la detección de corriente y velocidad, la estimación del enlace de flujo, la generación de señales PWM y la protección contra fallas, etc. Por lo tanto, el algoritmo de control implica un gran cantidad de cálculos en tiempo real. En el pasado, la estructura de implementación de este sistema de control de motores asíncronos de alto rendimiento para ascensores de CA era bastante compleja [2]. En los últimos años, debido al avance de la microelectrónica y la tecnología informática, especialmente la aparición de procesadores de señales digitales (DSP) y módulos de potencia inteligentes (1PM) con potentes capacidades informáticas, se ha hecho posible diseñar sistemas vectoriales con estructuras simples. Este artículo detalla la composición del hardware del sistema de control de vectores y el método de diseño de software del algoritmo de optimización. Los resultados experimentales muestran que el sistema de control vectorial tiene un excelente rendimiento de regulación de velocidad dinámica y estática, y actualmente es un sistema de regulación de velocidad con un fuerte rendimiento en tiempo real y un rendimiento excelente. El elevador de velocidad de frecuencia variable ahorra energía, tiene una velocidad de elevación rápida, nivelación precisa y buena comodidad, y proporciona garantía de energía.
1 Principio de control
1.1 Modelo matemático de motor asíncrono para ascensores considerando la pérdida de hierro en el eje dq del sistema de coordenadas giratorio síncrono.
Según la teoría del motor de CA, mediante transformación de coordenadas, el motor asíncrono para ascensores puede ser equivalente a un modelo de motor bifásico en el eje dq del sistema de coordenadas giratorio síncrono. En comparación con el modelo de motor de eje dq convencional, se agregan al estator dos devanados equivalentes de pérdida de hierro, de modo que se puede obtener el circuito equivalente de eje dq del motor asíncrono en el sistema de coordenadas de rotación síncrono considerando la pérdida de hierro, como se muestra en la Figura 1. [3 ].
Figura 1 Circuito equivalente del eje dq de un motor asíncrono considerando la pérdida de hierro en un sistema de coordenadas giratorio síncrono
Supongamos que la velocidad de rotación del eje dq es igual a la velocidad angular síncrona ω1 del estator y la velocidad angular ω r del rotor. La velocidad angular del eje DQ con respecto al rotor ωs =ω1-ωr es el deslizamiento. Luego, basándose en el circuito equivalente anterior, se deriva el modelo matemático del motor asíncrono en cualquier sistema de coordenadas de rotación síncrono de dos fases:
Las ecuaciones (a) ~ (e) constituyen las ecuaciones del motor asíncrono en cualquier rotación sincrónica cuando se tiene en cuenta la pérdida de hierro. Modelos matemáticos dinámicos en sistemas de coordenadas giratorias.
1.2 Módulo de Optimización de Flujo
Porque la pérdida total del motor es igual a la diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida, es decir
Se puede ver en la fórmula anterior que, bajo el supuesto de que cuando los parámetros del motor permanecen sin cambios, bajo una cierta frecuencia angular del rotor y un cierto par de carga Te, la pérdida controlable del motor asíncrono está relacionada con el tamaño del enlace de flujo del rotor. Ignorando las pérdidas mecánicas y las pérdidas parásitas, el motor asíncrono tiene la mayor eficiencia cuando la potencia de salida permanece sin cambios [4].
Función convexa de pérdida, por lo que la derivada de la fórmula anterior es igual a cero, y el flujo magnético óptimo con pérdida mínima se puede obtener en...
2 Basado en sistema; en DSP y módulo de potencia inteligente Diseño de hardware
La estructura de hardware del sistema de control vectorial del motor asíncrono del ascensor se muestra en la Figura 2. Todo el sistema consta principalmente de tres módulos: el módulo de conversión de energía del circuito principal con el módulo de energía inteligente PS21867 como núcleo; el módulo de control de operación con DSP como componente principal; el módulo de detección de señal consta de un codificador fotoeléctrico incremental y un sensor Hall; .
Diagrama de estructura hardware del sistema de control vectorial de motor asíncrono de ascensor.
2.1 Módulo de conversión de energía
El circuito principal del sistema adopta un circuito de conversión de voltaje de frecuencia variable de fuente de voltaje AC-DC-AC. El dispositivo de potencia inversor utilizado es el IPM de Mitsubishi (PS21867) en un formato pequeño de paquete dual en línea. Este nuevo tipo de DIP-IPM adopta la última tecnología IGBT de quinta generación, que mejora enormemente su rendimiento estático y dinámico. Y debido a la adopción de la tecnología de diseño de chip de potencia submicrónica más avanzada y la tecnología de diseño de módulo optimizada y tecnología de empaquetado, no solo se puede conectar directamente al terminal MCU de control y arrancar mediante una única fuente de alimentación, sino también su lógica de entrada. puede ser impulsado efectivamente por el nivel bajo se convierte en nivel alto. Esto simplifica enormemente el diseño del circuito de interfaz y mejora la rentabilidad del sistema inversor.
2.2 Unidad de control de funcionamiento
El sistema de control está controlado por el procesador de señal digital TMS320F2407A. TMS320F240 es un microcontrolador de nueva generación diseñado para el control de motores. Tiene un núcleo C2xLP de alto rendimiento con una potencia informática máxima de 40MIPS y adopta una estructura Harvard mejorada y una operación de canalización de cuatro etapas. El administrador de eventos integrado en el chip incluye tres temporizadores bidireccionales independientes, cada uno con registros de comparación independientes, que admiten salidas PWM que generan zonas muertas programables. Dos de los cuatro puertos de captura pueden interactuar directamente con señales del codificador optoelectrónico. Los pulsos de codificación en cuadratura del convertidor; están conectados dos convertidores A/D independientes de 10 bits pueden completar la conversión de dos entradas analógicas en paralelo al mismo tiempo. Se pueden utilizar la interfaz de comunicación serial (SCI) integrada en el chip y la interfaz periférica serial (SPI); comunicarse con hosts, periféricos y multiprocesadores. Estas características sobresalientes del TMS320F240 brindan una solución ideal para el control de motores de alto rendimiento [2].
2.3 Módulo de detección de señal
Dado que el motor controlado adopta una conexión en estrella, solo es necesario detectar corriente bifásica ()[2]. Teniendo en cuenta la velocidad y precisión de la conversión, el sistema utiliza sensores Hall para medir las corrientes del estator ia e ib del motor, convierte ia e ib en señales de voltaje y luego las envía al circuito de conversión de nivel para convertir la señal de corriente bipolar en 0- 3,3 V El nivel unipolar se envía a los puertos de conversión A/D ADCIN2 y ADCIN3 de TMS320LF2407A para muestreo, y luego la señal analógica se convierte en una señal digital y luego se procesan los datos. El circuito de detección utiliza un amplificador operacional de dos etapas LM358. En el sistema de muestreo de velocidad, se utiliza un codificador incremental con una precisión de 1024p/r para detectar la posición del rotor. Las dos señales de pulso ortogonales emitidas por el codificador fotoeléctrico se conectan directamente a QEP 1 y QEP 2 del DSP después de la amplificación diferencial.
Implementación del software del sistema
Después de usar el módulo de potencia inteligente, el circuito principal del sistema es relativamente simple y todos los algoritmos de control se pueden completar en tiempo real en el DSP TMS320LF2407A. . El software de la parte de control DSP LF2407A del sistema está escrito en lenguaje ensamblador bajo el entorno de desarrollo integrado DSP CCS. Todo el software incluye principalmente el programa de inicialización y la subrutina de servicio de interrupción por subdesbordamiento. Su estructura de software se muestra en la Figura 5 y la Figura 6. El programa de inicialización completa la inicialización de las variables de hardware y software del DSP y habilita las interrupciones. El programa de servicio de interrupción se compone de varios módulos funcionales, como procesamiento de señales de detección de velocidad y corriente, ajuste de velocidad y flujo, estimación de flujo, transformación de coordenadas y generación de señales PWM. Cada módulo funcional se ejecuta dentro de un período de tiempo fijo de acuerdo con una determinada relación de secuencia, y el programa se inicia mediante la interrupción por subdesbordamiento de T1CNT.
Figura 3 Diagrama de flujo del programa de inicialización
Figura 4 Diagrama de flujo de la subrutina del servicio de interrupción por subdesbordamiento
3.1 Diseño del regulador PI
El ajuste de PI es El controlador más utilizado en sistemas de control de motores. El propósito del regulador es eliminar la desviación entre la salida y la entrada. El algoritmo después de la discretización digital es el siguiente:
Donde KP es la ganancia proporcional, KI es la ganancia integral y t es la ganancia. tiempo de muestreo. El principio se muestra en la Figura 5.
Figura 5 Regulador PI para evitar la saturación integral
3.2 Optimización del diseño del controlador
El propósito de optimizar la salida del controlador es mejorar la eficiencia del programa, utilizando programación C Mixta con ensamblador, escribiendo subrutinas de división y extracción en lenguaje ensamblador. Primero encuentre el flujo magnético óptimo y luego encuentre la corriente de excitación óptima según el estado estacionario.
3.3 Cálculo de la posición del flujo del rotor
El rendimiento del control del sistema de control vectorial depende en gran medida de la precisión de la orientación del campo magnético. El sistema utiliza el modelo de velocidad actual en el sistema de coordenadas de flujo del rotor para estimar el ángulo de posición del flujo del rotor para lograr la orientación correcta del campo magnético. La ecuación del modelo de observación de flujo es: donde es la constante de tiempo del rotor, Fs es la relación entre la frecuencia angular del flujo del rotor y la frecuencia angular nominal, ωn es la frecuencia angular eléctrica nominal y n es la relación de la velocidad real del rotor a la velocidad nominal del rotor.
3.4 Módulo SVPWM
Cada administrador de eventos de TMS320LF2407A tiene tres unidades de comparación completas que pueden generar seis formas de onda PWM con zonas muertas programables. Cuando se conocen los componentes y los números de sector del vector de voltaje de fase del estator, la tecnología SVPWM del vector espacial de voltaje puede generar la señal de control PWM para controlar el inversor.
4 Análisis y resultados experimentales
El prototipo experimental es un sistema de regulación de velocidad del motor asíncrono con control vectorial de ascensor con variador de frecuencia de 2,2 KW, y la estrategia de control de optimización de la eficiencia se utiliza para realizar experimentos de operación estatal.
En este experimento, el motor funcionó sin carga, la velocidad inicial se fijó en 1600 r/min y, 1,4 s después de un funcionamiento estable, se fijó en 1400 r/min. Las Figuras 6 y 7 son las formas de onda experimentales de la corriente de la línea de salida y el voltaje de la línea de salida, respectivamente.
Figura 6 Corriente de línea de salida
Figura 7 Voltaje de línea de salida
Se puede ver en los resultados experimentales de la Figura 6 y la Figura 7 que la corriente de salida es una buena onda sinusoidal, el voltaje de salida es una onda sinusoidal modulada por ancho de pulso. La onda fundamental es el componente principal absoluto y los componentes armónicos son menores. Se demuestra la efectividad y viabilidad del método de control propuesto en este trabajo.
5 Conclusión
Con base en el análisis del modelo matemático de motores asíncronos considerando la pérdida de hierro y el algoritmo de optimización de flujo, se construyó un sistema de regulación de velocidad de frecuencia variable con control vectorial basado en DSP e IPM. Diseñado, resolviendo efectivamente el problema en tiempo real causado por una cantidad excesiva de cálculo en la implementación real del control de vectores. El sistema de control tiene una estructura de hardware simple, es estable y confiable y tiene las ventajas de una respuesta dinámica rápida y una alta precisión de control. Es una solución de implementación de control vectorial ideal que puede usarse ampliamente en accionamientos eléctricos con motores de ascensores como dispositivos de accionamiento, obteniendo así un rendimiento de control de velocidad de alta precisión y proporcionando energía a los ascensores para ahorrar energía, velocidad de elevación rápida, nivelación precisa y buena comodidad. Asegurar.
Referencias
[1] Matsuse Yuki, Taniguchi S, Yoshizumi T. Control vectorial de velocidad sin sensores para el funcionamiento eficiente de motores de inducción considerando pérdidas en el hierro. Revista del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos Industriales. Aplicación, 2001 37(2):548-557.
Wang Xiaoming, Wang Ling. Control DSP del motor[M]. Beijing: Prensa de la Universidad de Beihang, 2004.
[3]Li Ying, Shi Weiguo. Investigación sobre eficiencia operativa y control de ahorro de energía de motores de frecuencia variable [J]. Automatización de transmisiones eléctricas, 1999, 21 (1): 21-25.
Cui Naxin. Investigación sobre control de respuesta rápida de motores asíncronos de variadores de frecuencia de mínima pérdida [D]. Shandong: Escuela de Ingeniería y Ciencias del Control, Universidad de Shandong, 2005.