В соответствии с ТЗ изобразим функциональную схему привода (Рис П1.1). С приходом системной команды записи WR (Write) вычислительного устройства (ВУ) информация с шины ВУ записывается в регистр управления (РУ). Биты D0 и D1 содержат информацию управления двигателем – Start/Stop и Left/Right. Биты D2-D5, содержащие 4-разрядный код скорости вращения двигателя, поступают в ШИМ-контроллер, где формируется цифровой ШИМ сигнал, частота повторения которого задается генератором импульсов (ГИ), а длительность импульса пропорциональна двоичному коду. Такой контроллер обеспечивает 24=16 градаций скорости вращения.
Цифровые сигналы Start/Stop и Left/Right и ШИМ поступают в схему-драйвер двигателя и управляют скоростью и направлением вращения двигателя. Вал двигателя механически связан с устройством контроля положения привода в пространстве (на рис П1.1 пунктирная линия), в состав которого входит датчик угла поворотов (энкодер) и концевые выключатели ESL и ESR. Информация о положении привода в пространстве фиксируется в регистре состояния (РС). Эта информация считывается ВУ при подаче системной команды чтения RD (READ).
Рис П1.1. Функциональная схема привода
Состояние концевых выключателей ESL или ESR равное 0 указывает, что платформа привода вышла за границы рабочего пространства влево или вправо. Сигналы концевых выключателей блокируют драйвер двигателя таким образом, что при ESL=0 у привода блокируется перемещение влево, но вправо перемещение остается разрешенным. При ESR=0 блокируется перемещение вправо, но влево остается разрешенным.
При моделировании в EWB нет возможности использовать цифровой энкодер. Поэтому в рамках данной работы используем аналого-цифровой вариант энкодера, функциональная схема которого показана на рис П1.2.
Аналоговый сигнал с DC Motor, пропорциональный скорости вращения двигателя интегрируется в аналоговом интеграторе и оцифровывается в АЦП (библиотечные элементы EWB). В результате на выходе имеем двоичный код пропорциональный числу оборотов двигателя (углу поворота платформы привода).
Концевые выключатели L и R представляют собой компаратор (библиотечный элемент EWB), на вход которого подано напряжение с интегратора, которое сравнивается с опорным напряжением Uоп1 и Uоп2. С выходов компараторов снимается логический сигнал достижения приводом крайних положений L и R.
Последовательность разработки и объем исследований можно представить из нижеприведенной диаграммы.
П2. Исследование модели электродвигателя DC Motor “Ideal”
В корзине компонентов EWB Miscellaneous (разнообразные) содержится модель электродвигателя постоянного тока DC motor, содержащую обмотку возбуждения или статор (field), обмотку якоря или ротора (armature) и вывод, имитирующий выходной вал, с которого снимается сигнал Uo. Показания вольтметра Uo в вольтах соответствуют скорости вращения (Об/мин) (см. HELP на DC Motor).
Рис П2.1. Графическое изображение электродвигателя.
Направление вращения можно изменять, переключая направление тока статора и ротора.
Скорость вращения можно регулировать, изменяя величину тока через обмотки двигателя.
Схема включения двигателя, приведенная в HELP для компонента DC Motor, показана ниже.
Рис П2.2. Схема включения двигателя из статьи HELP
Соберем рекомендованную схему управления двигателем на основе имеющейся в библиотеке единственной модели двигателя DC Motor “Ideal”. Информация из статьи Help явно недостаточно для понимания свойств модели, тем боле для разработки собственной модели двигателя с заданными характеристиками.
Совет!!!
EWB использует два вида условных изображений электронных компонент - ANSI (Американский стандарт) и DIN (европейский стандарт). Характерный пример: резистор изображается в виде ломаной линии в стандарте ANSI и прямоугольником в стандарте DIN. Для переключения режима отображения элементов следует открыть текстовым редактором Блокнот файл конфигурации EWB.ini в каталоге папки EWB. По умолчанию включена система ANSI. Для отображения компонент в системе DIN необходимо допечатать строку DIN=ON, сохранить изменения и перезагрузить EWB.
Меню параметров модели Component Property (рис П2.3) появляется после двойного щелчка левой клавишей мыши по выделенному компоненту. Теперь становится понятным, почему в рекомендованной схеме включения выбран источник питания 120 В (или точнее 115 В согласно модели).
Ряд параметров описывают электрические свойства обмоток двигателя (токи, напряжения и сопротивления). Другая часть параметров относится к механическим характеристикам самого двигателя и параметрам внешней нагрузки.
Сопротивление обмотки якоря (Ом)
Индуктивность якоря (Гн)
Сопротивление обмотки возбуждения (Ом)
Индуктивность обмотки возбуждения (Гн)
Момент трения скольжения (Н*м*с/рад)
Момент инерции вращения (Н*м*с/рад)
Номинальная скорость вращения (об/мин)
Напряжение на обмотке ротора (В)
Ток в обмотке ротора (А)
Напряжение на обмотке возбуждения (В)
Момент вращения нагрузки (Н*м)
(Внешний момент вращения, приложенный к нагрузке)
Рис П2.3. Меню Component Property DC Motor model ‘Ideal’
Чтобы разработать собственную модель двигателя необходимо понять взаимозависимость между параметрами. Для этого выполним более детально экспериментальное исследование модели DC Motor model ‘Ideal’, что и изложено ниже.
