Controlul motoarelor DC folosind o placă de dezvoltare cu DSP

CAPITOLUL 1. INTRODUCERE

Introducerea pe scară largă a automatizării şi robotizării, realizarea noilor tipuri de maşini unelte cu comanda program au condus la necesitatea utilizării unor sisteme de acţionare cât mai rapide şi fiabile.

Actionarea electrică poate fi definită numai dacă se ia în consideraţie întreg ansamblul din care face parte, adică instalaţia industrială şi dacă se ţine seama de scopul principal urmărit: realizarea unui proces tehnologic de producţie. Instalaţia în care se utilizează actionări electrice cuprinde în mod necesar urmatoarele trei parţi: maşina electrică, elementele de transmisie a mişcării şi maşina de lucru. Procesul tehnologic de fabricaţie este realizat de maşina de lucru, care este pusă în mişcare de maşina electrică de acţionare prin intermediul elementelor de transmisie.

În instalaţiile cu acţionare electrică se realizează conversia electromecanică a energiei, maşina electrică îndeplinind rolul de convertor al energiei electrice în energie mecanică şi uneori, în regim de frânare prin recuperare, de convertor al energiei mecanice în energie electrică în funcţie de condiţiile de funcţionare determinate de procesul tehnologic efectuat de mecanismul executor sau de lucru.

În decursul dezvoltării istorice acţionarea electrică a apărut prin înlocuirea motorului hidraulic, cu abur sau cu combustie internă printr-o maşină electrică, obţinându-se acţionarea pe grupe, la care mai multe maşini de lucru sunt acţionate de la aceeaşi maşină electrică. Folosirea maşinilor electrice a permis însă trecerea la acţionarea individuală, în care fiecare maşină de lucru are motorul său de acţionare, obtinându-se avantajul dispunerii utilajelor în flux tehnologic şi înlocuirea vechilor transmisii prin curele la distanţe mari şi voluminoase prin transmisii compacte de angrenaje individuale.

Există diferite tipuri de motoare ce pot fi utilizate în sistemele de comandă echipate cu dispozitive electronice şi fiecare dintre ele pot fi comandate diferit. Elementele de comandă hardware şi software ale unui motor folosit în sistemele electrice de putere ale autoturismelor vor fi diferite faţă de elementele de comandă şi control ale unui motor utilizat pentru sistemul de ventilaţie din interiorul unui laptop.

Motoarele CC fără perii sunt normal mai uşoare şi mai fiabile decât cele cu perii datorită absenţei mecanismului cu perii. Încălzirea este generată în stator astfel încât problemele sunt mult mai simplu de rezolvat (câtă vreme, prin definiţie, într-un mediu staţionar absorbţia de caldură se realizează mult mai uşor). Viteza se modifică prin varierea tensiunii aplicate obţinându-se performanţe de viteză foarte bune şi datorită eliminării pierderilor de energie cauzate de sistemul de perii. În schimb, dezavantajul motoarelor CC fără perii este dat de cerinţa pentru comutare a rotorului ce are nevoie de un modul de comandă. Acest lucru presupune existenţa unui modul electronic de comandă a motorului, practic costul sistemului va creste.

Produsele tipice care folosesc motoare de curent continuu fără perii sunt ventilatoarele PC-urilor şi disk driver-elor, maşinile de spalăt, ventilatoarele şi compresoarele frigiderelor şi aplicaţiile auto precum modulele de tractare şi de transmisie.

Există diferite tipuri de motoare ce prezintă caracteristici diferite. Pe de altă parte, există o mulţime de tipuri de soluţii de comandă şi control al motoarelor.

Un competitor potenţial mai recent al motorului de curent continuu fără perii este motorul cu reluctanţa în comuţaţie. Deşi acest motor poate fi reglat print-o schemă simplă de comutaţie similară cu aceea a motorului de curent continuu fără perii cu undă dreptunghiulară, aceasta nu are drept rezultat cuplu constant sau curent constant de alimentare. Pentru a realiza forme de undă constante pentru aceste mărimi sunt necesare controlere mult mai complexe cu forme de undă specifice fiecărui motor.

În prezenta lucrare am utilizat un procesor de semnal digital de la Texas Instruments TMS320F2812 integrat pe placa de devoltare MSK2812 de la Technosoft pentru controlul şi respectiv reglarea motoarelor. Acesată implementare poare fi utilizată cu succes în acţionări electrice atât industriale cât şi didactice. Pentru exemplificare am ales motorul fără perii de curent continuu de la firma Technosoft.

1.1 Memoriu justificativ

De ce utilizăm DSP-ul?

Trăim într-o lume condusă de informaţii: ştiinţifice, financiare, medicale, sportive şi de divertisment. În zilele noastre, informaţia, fie audio, video sau scrisa este manipulata printr-un mediu unic: tehnologia fară fir, tehnologia sateliţilor, prin cablu, sau bucle digitale de subscriere. Aceste tipuri de media au un lucru în comun, nevoia de a procesa informaţia digitală într-un timp cât mai scurt.

Încă de când primul TMS320 DSP a fost introdus, în 1982, Texas Instrumens a continuat să perfectioneze tehnologia digitală de prelucrare a semnalelor şi aplicaţiile în acest sens pâna când aceasta familie de procesoare de semnal a devenit un standard în industrie.

Caracteristicile care fac un DSP atât de util sunt:

- Operaţii de multiplicare-acumulare într-un singur ciclu

- Viteza mare de lucru

- Procesare în timp real, simulare şi emulare

- Flexibilitate

- Creste performanţele sistemului

- Preţ de cost redus

1.2 Procesor de Semnal Digital şi Procesarea de Semnal Digital

Digital signal processing (DSP) este un subdomeniu al prelucrării de semnal, apărul în urma dezvoltării rapide a tehnologiei VLSI (Verry-Large Scale Integration) care a permis calcul numeric în timp real. Procesarea digitală de semnal implică discretizatrea semnalelor atât în timp (eşantioare) cât şi în amplitudine (cuantificare) şi are la bază teoria semnalelor şi a sistemelor în timp discret.

Avantejele prelucrării de semnal numerice faţă de cea analogică sunt:

- flexibilitate datorită operaţiilor DSP programabile,

- prelucrare off-line,

- sensibilitate redusă la toleranţe/imprecizii hardware,

- capacitate mare de prelucrare a datelor din medii complexe,

- posibilitatea codificării în aplicaţiile din telecomunicaţii