Модельно-ориентированная разработка системы управления электропривода и её исследование
Аннотация
Представлены материалы по разработке микропроцессорной системы управления электропривода на базе электрических двигателей разных типов. Разработка направлена на достижение характеристик электропривода и функциональности его управления, соответствующих аналогам. В работе использованы средства модельно-ориентированного программирования. Методика их применения заключается в автоматическом генерировании программного обеспечения из математических моделей, в которых предварительно учтена микропроцессорная реализация вычислительных, измерительных и управляющих процессов.
Анализ автоматически сгенерированного программного обеспечения и результаты экспериментальных исследований электропривода на разных этапах его создания показали, что стандартные средства модельно-ориентированного программирования не позволяют в полной мере решить все задачи и в полной мере достигнуть характеристик аналогов. Выявлены особенности автоматически сгенерированного программного обеспечения, приводящие к некорректной работе и снижению рабочих характеристик электропривода. Стандартные средства не позволили разработать программное обеспечение с требуемой степенью детализации. Для устранения указанных недостатков стандартные средства были дополнены пользовательским программным обеспечением, что не противоречит концепции модельно-ориентированного программирования, так как структура программного обеспечения разработана на основе стандартных модельных элементов.
Приведены наиболее яркие примеры доработки или замены стандартных модельных блоков и подсистем на их основе в случае их некорректной работы, громоздкости и недостаточной выразительности. В первую очередь это касается критичных по времени выполнения подсистем программного обеспечения. Устранены коллизии между подсистемами программного обеспечения и достигнуто своевременное обновление информации при их взаимодействии. Применение пользовательского программного обеспечения способствовало рациональному распределению ресурсов микроконтроллера. Некоторые элементы созданы в результате доработки текста автоматически сгенерированных подпрограмм. Экспериментально опробованы и применены различные решения, улучшающие характеристики электропривода и расширяющие функционал его управления. Исследования электропривода показали его примерное соответствие аналогам по функциональности и рабочим характеристикам.
Литература
2. Waijung Blockset [Электрон. ресурс] http://waijung.aimagin.com (дата обращения 15.03.2019).
3. Exponenta [Электрон. ресурс] http://www.exponenta.ru (дата обращения 15.04.2019).
4. Борисевич А.В., Омельченко Н.В. Реализация векторного управления асинхронным электродвигателем на микроконтроллере STM32F4 // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 4. Ч. 1 [Электрон. ресурс] http://web.snauka.ru/ issues/2014/04/33144 (дата обращения 15.04.2019).
5. Krizan J., Ertl L., Bradac M., Jasansky M., Andreev A. Automatic Code Generation from Matlab/Simulink for Critical Applications // Proc. 27th Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. 2014. Pp. 1–6.
6. Horvath K., Kuslits M. Model-based Development of Induction Motor Control Algorithms with Modular Architecture // Proc. IEEE Intern. Power Electronics and Motion Control Conf. 2016. Pp. 133—138.
7. Maxon Motor [Электрон. ресурс] http://www.maxon-motor.com (дата обращения 10.04.2019).
8. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. М.: Издат. дом МЭИ, 2015.
9. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л.: Энергоиздат, 1982.
10. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов. М.: Академия, 2006.
11. Полющенков И.С. Разработка системы управления электропривода на основе метода модельно-ориентированного программирования // Вестник МЭИ. 2016. № 6. С. 87—95.
12. Полющенков И.С. Разработка программного обеспечения для управления электроприводом в технологической системе с применением метода модельно-ориентированного программирования // Вестник МЭИ. 2017. № 4. С. 83—91.
13. STM32 Arm Cortex Microcontrollers [Электрон. ресурс] www.st.com (дата обращения 15.04.2019).
14. Дьяконов В.П. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink/4.5 в математике и моделировании. М.: СОЛОН-Пресс, 2008.
15. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем. М.: Академия, 2004.
16. Терехин В.Б. Моделирование систем электропривода в Simulink (Matlab 7.0.1). Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2010.
17. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем. СПб.: Корона-Принт, 2001.
18. Полющенков И.С. Идентификация математической модели электромеханической системы // Вестник МЭИ. 2019. № 1. С. 69—78.
19. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. М.: Горячая линия – Телеком, 2009.
20. Егупов Н.Д. Методы классической и современной теории управления. Т. 2. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000.
---
Для цитирования: Полющенков И.С. Модельно-ориентированная разработка системы управления электропривода и её исследование // Вестник МЭИ. 2020. № 3. С. 65—74. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-3-65-74.
#
1. Model-Based Design [Elektron. Resurs] www.math-works.com (Data Obrashcheniya 15.04.2019).
2. Waijung Blockset [Elektron. Resurs] http://waijung.aimagin.com (Data Obrashcheniya 15.03.2019).
3. Exponenta [Elektron. resurs] http://www.exponenta.ru (data obrashcheniya 15.04.2019). (in Russian).
4. Borisevich A.V., Omel'chenko N.V. Realizatsiya Vektornogo Upravleniya Asinkhronnym Elektrodvigatelem na Mikrokontrollere STM32F4. Sovremennye Nauchnye Issledovaniya i Innovatsii. 2014;4;1 [Elektron. Resurs] http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33144 (Data Obrashche- niya 15.04.2019). (in Russian).
5. Krizan J., Ertl L., Bradac M., Jasansky M., Andreev A. Automatic Code Generation from Matlab/ Simulink for Critical Applications. Proc. 27th Canadian Conf. Electrical and Computer Eng. 2014:1–6.
6. Horvath K., Kuslits M. Model-based Development of Induction Motor Control Algorithms with Modular Architecture. Proc. IEEE Intern. Power Electronics and Motion Control Conf. 2016:133—138.
7. Maxon Motor [Elektron. Resurs] http://www.maxon-motor.com (Data Obrashcheniya 10.04.2019).
8. Anuchin A.S. Sistemy Upravleniya Elektroprivodov. M.: Izdat. Dom MEI, 2015. (in Russian).
9. Basharin A.V., Novikov V.A., Sokolovskiy G.G. Upravlenie Elektroprivodami. L.: Energoizdat, 1982. (in Russian).
10. Terekhov V.M., Osipov O.I. Sistemy Upravleniya Elektroprivodov. M.: Akademiya, 2006. (in Russian).
11. Polyushchenkov I.S. Razrabotka Sistemy Upravleniya Elektroprivoda na Osnove Metoda Model'no-orientirovannogo Programmirovaniya. Vestnik MEI. 2016;6:87—95. (in Russian).
12. Polyushchenkov I.S. Razrabotka Programmnogo Obespecheniya dlya Upravleniya Elektroprivodom v Tekhnologicheskoy Sisteme s Primeneniem Metoda Model'no-orientirovannogo Programmirovaniya. Vestnik MEI. 2017; 4: 83—91. (in Russian).
13. STM32 Arm Cortex Microcontrollers [Elektron. Resurs] www.st.com (Data Obrashcheniya 15.04.2019).
14. D'yakonov V.P. Matlab 6/6.1/6.5 + Simulink/4.5 v Matematike i Modelirovanii. M.: SOLON-Press, 2008. (in Russian).
15. Rozanov Yu.K., Sokolova E.M. Elektronnye Ustroystva Elektromekhanicheskikh Sistem. M.: Akademiya, 2004. (in Russian).
16. Terekhin V.B. Modelirovanie Sistem Elektroprivoda v Simulink (Matlab 7.0.1). Tomsk: Izd-vo Tomskogo Рolitekhn. un-ta, 2010. (in Russian).
17. German-Galkin S.G. Komp'yuternoe Modelirovanie Poluprovodnikovykh Sistem. SPb.: Korona-Print, 2001. (in Russian).
18. Polyushchenkov I.S. Identifikatsiya Matematicheskoy Modeli Elektromekhanicheskoy Sistemy. Vestnik MEI. 2019;1:69—78. (in Russian).
19. Denisenko V.V. Komp'yuternoe Upravlenie Tekhnologicheskim Protsessom, Eksperimentom, Oborudovaniem. M.: Goryachaya liniya – Telekom, 2009. (in Russian).
20. Egupov N.D. Metody Klassicheskoy i Sovremennoy Teorii Upravleniya. T. 2. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2000. (in Russian).
---
For citation: Polyushchenkov I.S. Model-Oriented Designing of an Electric Drive Control System and Its Investigation. Bulletin of MPEI. 2020;3:65—74. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-3-65-74.
