Устройство управления сервоприводом

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………..4

1. Теоретические сведения о сервоприводах и управлении ими….5
2. Синтез структуры управления сервоприводом………………….7
3. Реализация алгоритма на языке AHDL…………………………..8
4. Графическое представление результатов моделирования работы устройства  в симуляторе MAX+plus 10.2……………………………………..9

Заключение………………………………………………………………..11

Список используемой литературы………………………………………12

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

В современном мире часто требуются средства, которые способны быстро выполнять небольшую последовательность вычислительных операций для определения того или иного параметра, что может использоваться, в частности, в системах управления. Применение микропроцессоров здесь было бы избыточным, в то время как построение схем на дискретных элементах достаточно проблематично. В таком случае наиболее эффективным методом решения данных задач  является ПЛИС – программируемая логическая интегральная схема.

В данной курсовой работе требуется разработать устройство управления сервоприводом на основе ПЛИС, со следующими характеристиками:

- угол поворота 0-180;

- разрешающая способность 0,10.

Сервоприводы являются высокотехнологичными и очень перспективными устройствами, широко применяемыми в различных отраслях строительной индустрии в качестве приводов исполнительных механизмов. При их использовании нет необходимости контролировать положение вала двигателя каким-либо образом, что может дать определенную экономическую выгоду, в связи с исключением соответствующего датчика. Положение вала двигателя в сервоприводе, в связи с его конструктивными особенностями, известно заранее.

 

1. Теоретические сведения о сервоприводах и управлении ими

Сервопривод управляется с помощью импульсов переменной длительности. Для посылки импульсов используется сигнальный провод. Параметрами этих импульсов являются минимальная длительность, максимальная длительность и частота повторения. Из-за ограничений во вращении сервопривода, нейтральное положение определяется как положение, в котором сервопривод обладает одинаковым потенциалом вращения в обоих направлениях. Важно отметить, что различные сервоприводы обладают разными ограничениями в своем вращении, но они все имеют нейтральное положение, и это положение всегда находится в районе длительности импульса в 1,5 миллисекунды (1,5 мс).

Рисунок 1

Угол поворота определяется длительностью импульса, который подается по сигнальному проводу. Это называется широтно-импульсной модуляцией. Сервопривод ожидает импульса каждые 20 мс (т.е. работает с частотой 50 Гц). Длительность импульса определяет, насколько далеко должен поворачиваться мотор. Например, импульс в 1,5 мс диктует мотору поворот в положение 90 градусов (нейтральное положение).

Рисунок 2

Когда сервопривод получает команду на перемещение, он перемещается в это положение и удерживает его. Если внешняя сила действует на сервопривод, когда он удерживает заданное положение, сервопривод будет сопротивляться перемещению из этого положения. Максимальная величина силы, которую может выдерживать сервопривод, характеризует вращающий момент сервопривода. Однако, сервопривод не навсегда удерживает свое положение, импульсы позиционирования должны повторяться, информируя сервопривод о сохранении положения.

Когда импульс, посылаемый на сервопривод, становится короче 1,5 мс, сервопривод поворачивает выходной вал на несколько градусов против часовой стрелки и удерживает это положение. Когда импульс шире, чем 1,5 мс, тогда происходит противоположное. Минимальная и максимальная ширина импульса, который управляет сервоприводом, является свойством конкретного сервопривода. Различные марки, и даже различные сервоприводы одной марки, обладают различным минимумом и максимумом. Как правило, ширина минимального импульса составляет примерно 1мс и ширина максимального импульса составляет 2 мс.

Рисунок 3

 

2.Синтез  структуры управления сервоприводом

Для более наглядного представления структуры алгоритма управления сервоприводом синтезируем её. Она будет иметь вид, представленный на рисунке 4.

Рисунок 4

Имея структуру управления сервоприводом, можно приступить к её реализации на ПЛИС.

 

3. Реализация  алгоритма на языке AHDL

SUBDESIGN decode

(gen, in0,in1,in2,in3,in4,in5,in6,in7,in8,in9,in10,in11,in12,in13,in14,in15: INPUT;

tr,out15,out14,out13,out12,out11,out10,out9,out8,out7,out6,out5,out4,out3,out2,out1,out0,a0,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10,a11,a12,a13,a14,a15: OUTPUT;)

VARIABLE

   bf[15..0]  :  DFFE;

   buf  :  DFF;

   res : dffe;

BEGIN

      res.clk=gen;

      res.d=vcc;

      bf[15..0].clrn=res.q;

 

      bf0.clk=gen;

      bf[15..1].clk =!bf[14..0].q;

      bf[15..0].d = !bf[15..0].q;

      out[15..0] = bf[15..0].q;

 

      buf.clk = gen;

      tr =buf.q;

IF (out[15..0] >= 36001)

      THEN

            res.clrn=gnd;

            --bf[15..0].clrn =gnd;

       ELSE

            res.clrn=vcc;  

            --bf[15..0].clrn =vcc;

       END IF;

 

IF ( out[15..0] <= a[15..0])

       THEN

             buf.d=vcc;

        ELSE 

             buf.d=gnd;

      END IF;

 

a[15..0] = in[15..0]+1800;

END;

 

4. Графическое представление результатов моделирования работы устройства  в симуляторе MAX+plus 10.2

 

Импульс при 00:

 

Диаграмма 1

Из диаграммы 1 видно, что при длительности импульса в 1 мс, сервопривод находится в 00, что соответствует параметрам работы устройства.

Импульс при 900:

 

Диаграмма 2

Из диаграммы 2 видно, что при длительности импульса в 1,5 мс, сервопривод перемещается на 900, что соответствует параметрам работы устройства.

 

Импульс при 1800:

 

Диаграмма 3

Из диаграммы 3 видно, что при длительности импульса в 2 мс, сервопривод перемещается на 1800, что соответствует параметрам работы устройства.

Чтобы проверить разрешающую способность устройства, переместим мотор в положение 95,20 и проверим длительность импульса:

 

Диаграмма 4

Из диаграммы 4 видно, что при длительности импульса в 1,52 мс, сервопривод перемещается на 95,20, что соответствует параметрам работы устройства и

 

 

 

Заключение

В данном курсовом проекте был рассмотрен принцип работы устройства управления сервоприводом. Была написана программа работы устройства на языке AHDL, а также графически представлены результаты моделирования работы преобразователя в MAX+plus.

 

Список используемой литературы

1. А.П. Антонов. Язык описания цифровых устройств AlteraHDL. Практический курс. М.: ИП РадиоСофт, 2001 г. – 224 с.;
2. www.altera.com
3. http://radiokot.ru/
4. http://wiki.amperka.ru/