W ybór w artości stosunku częstotliwości sygnału nośnego do modulującego

Punkt ten je st konsekw encją zamieszczonej wcześniej analizy (punkt 7.3.1) dotyczącej częstotliwości sygnału nośnego, który dla tego systemu sterowania mieści się w zakresie 6...8 kHz. Ze względu na przyjętą metodę modulacji z synchronizowanym sygnałem nośnym, konieczne je st ustalenie w artości stosunku częstotliwości sygnału nośnego i modulującego, oraz zakresów częstotliwości wyjściowej, w któiych będ ą one obowiązywać.

Niemożliwe je st przy przyjętej metodzie modulacji utrzymać w całym zakresie częstotliw ość sygnału nośnego zbliżoną do podanej wyżej. Pociągałoby to za sobą potrzebę utw orzenia dużej liczby stref, tym większej, im niższa je st częstotliwość minimalna falownika. W tym celu definiuje się zakres roboczy falownika.

Jest to ten zakres częstotliwości wyjściowej, z którą urządzenie najczęściej pracuje. W obszarze roboczym utrzymana je st założona częstotliwość sygnału nośnego (tu 6-8kHz).

Potrzebny je st tu kolejny kompromis pomiędzy szerokością zakresu roboczego falownika, a ilością potrzebnych danych do jeg o realizacji. Im szerszy jest zakres roboczy, tym w iększa je st liczba stref i w iększa niezbędna liczba danych

W przedstawianym systemie mikroprocesorowym na bazie m ikrokontrolera Intel 80C196KC, przeznaczono na dane w pamięci EPROM obszar od adresu 6000H ..0FFFFH, co daje 40960 bajtów. Na potrzebne do realizacji procesu modulacji dane składają się: kody przełączeń zaw orów i czasy pom iędzy przełączeniami. Łączna liczba wymaganych bajtów pamięci określana jest przez zależność (7.12):

/=i

k

(7.12)

N = N p + N l gdzie:

N - łączna ilość bajtów danych

N, - ilość bajtów opisujących czasy między przełączeniam i Np - ilość bajtów opisująca kody przełączeń

rozdział 7 - Mikroprocesorowe sterowanie napędu z falow nikiem napięcia M SI

Rys. 7.28 Przebieg typowej charakterystyki f„= f(7\w) Rys.7.29 Zależność ilości bajtów danych od częstotli­

wości początkowej strefy ro b o c z e j^ /

at -stosunek częstotliwości sygnału nośnego do m odulującego w danej strefie i - numer strefy

k - ilość stref

f x - maksymalna częstotliwość wyjściowa w danej strefie f y - minimalna częstotliwość wyjściowa w danej strefie

Fyryjn - częstotliwość wyjściowa znam ionowa ( 5 0 Hz) u0 - ilość wartości napięcia wyjściowego w zakresie 0 - 380 V

Przyjęto podzielić cafy zakres napięcia wyjściowego na 250 części, co daje gradację 1,52 V. Pozwala to na wygodne przypisanie w artości napięcia wyjściowego poszczególnym w artościom częstotliw ości : co 0,2 Hz przypada jedna wartość napięcia.

fri[H z)

W zależności od założonych granic obszaru roboczego ( f r, ,fr2 ) - patrz rysunek 7.28 - otrzymuje się podział zakresu częstotliwości wyjściowej falownika F*# na strefy, w których stosunek częstotliwości nośnej do modulującej je st stały, co obrazują nam odcinki o różnym nachyleniu. Ilość stref pow iększa się w raz ze zwiększaniem zakresu obszaru roboczego, a przy ustalonej górnej granicy f 2 , w raz ze zm niejszaniem granicy dolnej f r l . Opis param etrów stref można ująć w postaci:

a i =

/ * = — (7-13)

a.

fy(i+¹⁾ = f xi

gdzie A f - szerokość histerezy na granicach stref

Dla założonego braku histerezy na granicach stref (A / = 0) można obliczyć ilość potrzebnych stref zgodnie z zależnością:

) m in

f r l

rozdział 7 - M ikroprocesorowe sterowanie napędu z falow nikiem napięcia M S I

D la określonego zakresu średnich częstotliwości przełączeń (fmm, f max) 6...8 kH z i górnej granicy obszaru roboczego f r2 wyznaczono granice stref dla kilku możliwych f rl i policzono ilość niezbędnych do zgrom adzenia danych. Wyniki obliczeń przedstaw iono w tabeli 7.4.

tabela 7.4 - p rzy k ład o w e w a rto śc i ilości d anych w zależności od p a ra m e tró w m o d u lacji

Lp. frl k

w zó r (7.14)

k (p rak ty czn ie)

strefy(obliczenia prak ty czn e) ilość d anych N szerokość pierwszej strefy będzie rów na szerokości histerezy.

Interesująca charakterystyka przedstawiająca zależność ilości danych potrzebnych do realizacji procesu modulacji N, od w artości częstotliwości początkowej strefy roboczej/,/, została przedstaw iona n a rysunku 7.29.

Dane te są podstaw ą do dalszej części procesu optymalizacji. Ze względu na dostępną pam ięć dla danych 40960 bajtów, możliwe byłoby przyjęcie wartości f r, = 38 Hz, co nie jest jednak zgodne z założeniem, że f i < 20 Hz. Przyjmuje się w ięc wartość f r/ = 20 Hz, która standardowo wymaga zgrom adzenia ponad 82 tys.

bajtów, trzeba więc zredukować liczbę danych.

Jedną z możliwości jest zmiana gradacji wartości napięcia wyjściowego, co pow oduje proporcjonalne zmniejszenie danych - ilości czasów między przełączeniami. Przy trzykrotnym jej zw iększeniu, dane

rozdział 7 - M ikroprocesorowe sterowanie napędu z falow nikiem napięcia MS7

mieszczą się w założonej przestrzeni adresowej. Powoduje to z drugiej strony w yraźne zniekształcenie charakterystyki Uzad - g (fzcJ ) z liniowej, w schodkową.

Rozwiązanie tego problem u można uzyskać także poprzez interpolację tablic czasów, na podstawie części które są zgromadzone. W ten sposób można odtworzyć brakujące, zachowując poprzednio założoną gradację co 1,52V. Trzeba pam iętać, że taka operacja interpolacji liniowej, będzie pow odow ała błędy w obliczonych czasach, tym większe, im większy jest skok w napięciu zadanym, pom iędzy kolejnym i zgromadzonymi w E PR O M -ie tablicami. Porów nanie wartości tablic obliczonych w klasyczny sposób i interpolow anych na podstawie zredukowanych, pozw ala stwierdzić, że dla pięciokrotnie zmniejszonej gradacji, błąd je st mniejszy od rozdzielczości układu szybkich wyjść przełączającego zawory tzn. < 1 ps.

Taki wynik pozw ala na uznanie, że niedokładność w przełączaniu zaworów, a co za tym idzie dodatkowe zniekształcenia w widmie harm onicznych napięcia wyjściowego, będą mniejsze niż te w ynikające z typowych wartości czasu m artwego, stosow anych w przypadku półmostków z tranzystorami IGBT ( 0.5..2 ps).

Przyjęto, że w ystarczy przechowanie co piątej tablicy, czyli z gradacją 7,6V, aby dokładnie odtworzyć pozostałe potrzebne. U bocznym skutkiem interpolacji jest przedłużenie procesu obliczania, dla danej częstotliwości wyjściowej, tablic czasów między przełączeniami, wykorzystywanych w przerw aniu [B4j.

Końcowym efektem procesu polioptymałizacji jest przyjęcie zakresu roboczego częstotliwości wyjściowej 20...70 Hz, gdzie średnia częstotliwość przełączeń wynosi 6...8 kHz. Podstawowe dane dotyczące podziału na strefy znajdują się w odpowiednim rzędzie tabeli 7.4. Po zredukowaniu, liczba zgrom adzonych danych wynosi 26114 bajtów , co daje dodatkowe możliwości rozbudowy programu, względem wstępnych założeń. Zakresy odpowiadające poszczególnym strefom przedstawiono na rysunku 7.30.

Rys.7.30 K ońcow a charakterystyka /„ = g ( f f ) po procesie optymalizacji