WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Инвертор фаза С

2

Режимы работы силовой части АБП, рассчитываемые при моделировании, приведены в табл. 2.

Таблица 2.

Моделируемые режимы работы АБП.

Режим работы

Сигналы обратных связей

Заряд фильтра от выпрямителя при пуске

uA, uВ, uС, iВЫП, uВЫП

Заряд фильтра от АБ при пуске

iAB, uAB, uAБ

Номинальный рабочий режим агрегата

uCA, iCA, i1A, iHA,

uCВ, iCВ, i1В, iHВ,

uCС, iCС, i1С, iHС,

Режим проверки защиты и реакции на изменение состояния источников питания

uA, uВ, uС, uAБ

Блоки моделей выпрямителя и коммутации АБ используются только при первоначальном включении агрегата и уравнения обратных связей в них имеют вид

. (1)

Коэффициенты F1, F2, F3 определяются режимом работы АБП и принимают значения 0 или 1. Так, при заряде фильтра от выпрямителя F1=1, F2=F3=0 и

(2)

(3)

Здесь iФВЫП(0-) и uСФ(0-) – ток и напряжение в момент до переключения ключа в новое положение, iФВЫП_ПР и uСФ ПР – принужденные составляющие тока и напряжения. В уравнениях с помощью коэффициентов и учтены сопротивления, индуктивности и емкости, образующие цепь заряда элементов фильтра. Источник Е определяется следующим выражением:

,

причем FA, FB, FC принимают значения 0 или 1 в зависимости от того, какая фаза подключается в данный момент. eA, eB, eC - фазные значения напряжений, т.к. вторичные обмотки входного трехфазного трансформатора соединены треугольником и линейное напряжение равно фазному.

Модель блока коммутации АБ имеет два возможных состояния. При F1=0, F2=1, F3=0:

, (4)

, (5)

Здесь ЕАВ – напряжение на аккумуляторной батарее.

Во втором состоянии F1=F2=0, F3=1:

(6)

(7)

Модель инвертора состоит из трех блоков моделей однофазных инверторов по схеме рис.2.

Для блока инвертора уравнения обратных связей имеют следующий вид:

(8)

Здесь коэффициенты F4 и F5 принимают значения 0 и 1, причем F4=1 соответствует открытому состоянию диагонали силовых ключей инвертора, а F5=1 соответствует состоянию, когда все ключи закрыты.

Рис. 2. Схема одной фазы инвертора

Для случая открытого состояния силовых ключей инвертора F4=1, F5=0 выражения для тока через первичную обмотку трансформатора, тока и напряжения на нагрузке, а также тока через выходную сглаживающую емкость будут иметь следующий вид:

, (9)

(10)

и. (11)

Здесь ЕФ – напряжение на входе инвертора, соответствующее напряжению на выходе фильтра.

Если выход инвертора нагружен на параллельную активно-индуктивную нагрузку, то для ее математического описания применен метод переменных состояния:

. (12)

. (13)

Здесь U входной вектор размером m x 1, описывающий m независимых источников; Y– вектор размером р х 1, описывающий р выходов напряжения или тока; Х – вектор размером n x 1, содержащий n независимых вспомогательных переменных; A, B, C, D, D1 – постоянные действительные матрицы соответствующего размера, причем А – всегда квадратная матрица порядка n.

Здесь, U = [ E ]. (14)

Уравнение переменных имеет вид:

. (15)

Таким образом, полученная математическая модель силовой схемы АБП позволяет рассчитывать обратные связи в режиме реального времени. Разработанные блоки модели являются универсальными и могут работать по отдельности. Процесс моделирования происходит с дискретным шагом и жестко привязан к реальному времени. Шаг моделирования зависит от сложности моделируемой схемы и от количества результатов моделирования, подаваемых на цифровую систему управления АБП. Шаг моделирования определяется на этапе разработки модели и в процессе моделирования изменяться не может.

Глава III посвящена разработке структуры аппаратно-программного комплекса тестирования ЦСУ АБП. В структуру комплекса входят: ЭВМ, устройство сопряжения и тестируемая ЦСУ. Рассматривается принцип организации связи модели и тестируемой платы, программа, обеспечивающая связь, архитектура устройства сопряжения, а также алгоритм работы микроконтроллера, входящего в состав устройства сопряжения сигналов.

Силовая схема АБП моделируется в режиме реального времени на ЭВМ, а тестируемая ЦСУ подключается к ЭВМ через устройство сопряжения. Блочно-функциональная схема тестирующего комплекса представлена на рис. 3.

При работе комплекса происходит двунаправленная передача данных между тестируемой ЦСУ и ЭВМ в режиме многоконтурных обратных связей. Сигналы управления силовыми ключами преобразователя от ЦСУ подаются на входной порт ЭВМ и обрабатываются моделью силовой схемы. Сигналы обратных связей и переменные состояния АБП рассчитываются моделью и передаются через устройство сопряжения на аналоговые входы системы управления. Устройство сопряжения управляет потоками данных и осуществляет преобразование сигналов управления и результатов моделирования соответственно в цифровой и аналоговый вид.

Рис.3. Блочно-функциональная схема тестирующего комплекса

Перечень и размерность информационных потоков устройства сопряжения представлены в табл. 3.

Особенность работы в режиме замкнутых обратных связей заключается в привязке процесса моделирования к реальному времени. Операционная система ЭВМ имеет иерархическую систему внутренних приоритетов, и по этой причине нельзя гарантировать соответствие процесса выполнения программы расчета сигналов обратных связей реальному времени.

Таблица 3.

Информационные потоки устройства сопряжения

Наименование

Количество линий

1. Поток связи ЭВМ и блока последовательного интерфейса связи SCI

2

2. Шина данных, поступающих от микроконтроллера на параллельные регистры

8

3. Шина управления, проводящая сигналы от микроконтроллера на управление работой блока параллельных регистров

18

4. Сигнал управления работой цифро-аналогового преобразователя

1

5. Поток результатов моделирования на ЦСУ

24

6. Поток сигналов управления силовыми ключами от ЦСУ

16

Привязка к реальному времени осуществляется микроконтроллером устройства сопряжения. Он настроен на прерывание от таймера с постоянной частотой. Кроме того, микроконтроллер обрабатывает прерывания от модулей последовательного приема данных SCIA и SCIB. В целях увеличения скорости передачи данных и уменьшение длины передаваемого слова устанавливается безадресный режим без бита четности и одним стоповым битом. Длина передаваемого слова равна 8 битам данных плюс стартовый и стоповый биты.

В устройстве сопряжения используется микроконтроллер TMS320F2811 производства фирмы Texas Instruments. ЦСУ АБП выполнена на микроконтроллерах фирмы Texas Instruments TMS320F2811 и TMS320LF2406.

Настройка устройства сопряжения на решение поставленной задачи осуществляется командами, поступающими от ЭВМ в ходе инициализации модели по следующим параметрам: количество используемых ЦАП, число сигналов от проверяемой платы и их трассировка, параметры блоков модели, параметры вывода данных с модели. После окончания инициализации все основные действия выполняются при обслуживании прерываний от таймера и модулей связи SCI.

Основная программа представляет собой бесконечный цикл, в основные задачи которого входят организация связи и обмена данными между блоками, а также управление процессом моделирования. Блок работы с пользователем обеспечивает вывод на экран сообщений о ходе процесса моделирования, и принимает от него управляющие команды на включение и изменение параметров модели. Блок записи результатов моделирования в файл обеспечивает сохранение на жесткий диск данных, полученных в результате моделирования. Блок работы с СОМ-портами обеспечивает связь ЭВМ с устройством сопряжения. Он содержит инициализацию портов и подпрограммы записи и чтения, а также обеспечивает установку соединения, контроль над передачей данных и повторное соединение, если возникла ошибка связи. Блок модель является единственным блоком, который создается под определенную задачу. Модель взаимодействует с моделирующей программой с помощью специальных массивов данных. В модель заложена проверка различных состояний ЦСУ, в том числе аварийных.

Глава IV содержит результаты модельного и натурного экспериментов по исследованию разработанного аппаратно-программного комплекса совместно с ЦСУ АБП. Исследованы переходные и установившиеся режимы и произведена оценка адекватности модельных решений агрегату АБП-16-50МТх3-УХЛ4.

В установившемся режиме на выходе АБП обеспечиваются: точность стабилизации выходного напряжения 2%, высокочастотные пульсации выходного напряжения не более 2В, коэффициент гармоник не более 3%. Установлена адекватность модели силовой схемы АБП существующему преобразователю. Так, на рис.4 представлены сигналы на входе ЦСУ, полученные при помощи модели и реальной силовой схемы.

Рис.4. Сигналы на входе ЦСУ, полученные при помощи модели и реальной силовой схемы

Математические и физические модели дают идентичные мгновенные значения всех сигналов, обрабатываемых ЦСУ АБП, обеспечивают заданный диапазон частоты сигналов обратных связей. Мгновенные значения сигналов лежат в диапазоне, определяемом в паспортных данных АБП.

Исследованы режимы пуска АБП от выпрямителя и АБ. На рис.5 представлены диаграммы тока и напряжения фильтра при пуске от выпрямителя.

Рис.5. Диаграммы тока и напряжения фильтра при пуске от выпрямителя

На рис.6 представлены пусковые диаграммы тока и напряжения при заряде фильтра от блока коммутации АБ.

Диаграммы получены при использовании модели реального времени и полностью соответствуют диаграммам реального агрегата. Заряд фильтра осуществляется без нагрузки, инвертор подключается к выходу фильтра через минуту после окончания заряда.

Рис.6. Диаграммы тока и напряжения фильтра при пуске от АБ

Исследованы режимы работы АБП при пропадании сети и аккумуляторной батареи, исследованы процессы динамического увеличения и уменьшения нагрузки, изменение ее характера, а также короткое замыкание и аварийные режимы. Зависимость тока нагрузки при изменении ее сопротивления в модели адекватна диаграмме изменения тока нагрузки в реальном АБП. Частотный анализ результатов тестирования ЦСУ не выявил расхождения по частоте и фазе периодических сигналов обратных связей АБП и результатов моделирования.

Проведенное тестирование всех указанных режимов ЦСУ АБП показало, что разработанный комплекс позволяет производить тестирование и отладку ЦСУ в режимах реального времени.

Основные выводы и результаты работы

1. Разработан аппаратно-программный комплекс тестирования в режиме реального времени ЦСУ. Структура комплекса позволяет подключать тестируемое устройство к ЭВМ через устройство сопряжения.

2. Разработана математическая модель силовой схемы АБП для работы в режиме реального времени. Модель учитывает все основные функциональные особенности реального АБП и позволяет в реальном времени получать мгновенные значения сигналов обратных связей.

3. Разработано программное обеспечение для моделирования в режиме реального времени на ЭВМ. Программное обеспечение позволяет интегрировать в него модели различных схем АБП.

4. Разработано устройство сопряжения ЭВМ и тестируемой ЦСУ. Устройство сопряжения содержит достаточное число каналов ввода/вывода (24/16), имеет универсальную структуру и может быть использовано для сопряжения с ЦСУ, построенными на контроллерах любого типа.

5. Разработано программное обеспечение для устройства сопряжения, позволяющее настраивать его на работу с используемой моделью и типом ЦСУ.

6. Исследован разработанный тестирующий комплекс на ЦСУ АБП. При тестировании ЦСУ АБП были проверены все ее режимы работы.

Публикации по теме диссертации

в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

    1. Пустыльняк, И.А. Тестирование цифровых систем управления агрегатов бесперебойного питания / И.А. Пустыльняк // Электро. – 2008. - №1. – С. 33-35.
    2. Карасев, А.В. Тестирование цифровых систем управления агрегатов бесперебойного питания / А.В. Карасев, И.А. Пустыльняк // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2008. - №32, Вып.1. – С. 81-85.

в других изданиях:

    1. Пустыльняк, И.А. Аппаратно-программный комплекс тестирования в режиме РВ цифровых систем управления агрегатов бесперебойного питания / И.А. Пустыльняк // Автоматизация в промышленности. - 2007. - №5. – С. 24-27.

4. Пустыльняк, И.А. Микропроцессорные системы в силовой электронике: применение PIC-микроконтроллера для контроля заряда фильтра / И.А. Пустыльняк // Естественно-технические исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. науч. тр. Саранск: Ковылк. тип., 2004. - Вып.IV. – С. 25-28.

5. Пустыльняк, И.А. Программирование микропроцессоров TMS320 с помощью внутрисхемного эмулятора SDSP-PP / И.А. Пустыльняк // Технические и естественные науки: проблемы, теория, эксперимент: межвуз. сб. науч. тр. Саранск: Ковылк. тип., 2004. - Вып.III. – С. 62-65.

6. Пустыльняк, И.А. Микропроцессорные системы управления: описание встроенного ШИМ-модуля микроконтроллеров TMS320LF2406 фирмы TEXAS INSTRUMENTS / И.А. Пустыльняк // Естественно-научные исследования: теория, методы, практика: межвуз. сб. науч. тр. Саранск: РНИИЦ., 2004. - Вып.III. – С. 9-12.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»