Микропроцессорные системы управления электроприводами

М. Т. Алиев      Т. С. Буканова 

 
 
 
 

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ 

УПРАВЛЕНИЯ  ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ 

 

 

 

Учебное пособие 

 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Йошкар-Ола 

2017 

УДК 621.316/319 (075) 
ББК  32.844 – 04 я73 

А 62 

 

Рецензенты: 

кандидат технических наук, доцент кафедры  

радиотехники и связи ПГТУ А. Н. Дедов; 

кандидат технических наук, доцент кафедры  

радиотехники и связи ПГТУ А. В. Зуев 

 

Печатается по решению  

редакционно-издательского совета ПГТУ 

 
 
 

Алиев, М. Т. 

А 62    Микропроцессорные системы управления электроприводами: 

учебное пособие / М.Т. Алиев, Т.С. Буканова. – Йошкар-Ола: Поволжский государственный технологический университет, 2017. – 
128 с. 
ISBN 978-5-8158-1783-8 
 

Изложены основные принципы функционирования, классификация и 

практическое использование микропроцессорных систем управления 
электроприводами; приведены термины и определения, основные электрические параметры и характеристики, схемы управления электроприводами асинхронным и постоянного тока; рассмотрен электропривод на основе двухроторной электрической машины с дифференциальным управлением.  

Для студентов направлений подготовки бакалавров 27.03.04 «Управ
ление в технических системах», 11.03.03 «Конструирование и технология 
электронных средств» и 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» очной 
формы обучения. 

 

 

УДК 621.316/319 (075) 

ББК 32.844 – 04 я73 

 

ISBN 978-5-8158-1783-8  
    © Алиев М.Т., Буканова Т.С., 2017 

© Поволжский государственный 
технологический университет, 2017 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

В настоящее время сложные технологические процессы во мно
гих отраслях промышленности сопровождаются интенсивной эксплуатацией исполнительных устройств. В подавляющем большинстве случаев в качестве исполнительных устройств используют 
электроприводы на основе традиционных конструкций электрических машин. Анализ литературных данных показал, что лишь 10 % 
наиболее распространенных электроприводов оснащены системой 
управления, обеспечивающей контроль параметров по обратной 
сигнальной связи и корректировку входного воздействия на исполнительное устройство.  

Реализация технологических процессов требует организации 

комплекса взаимосвязанного оборудования для потребления, распределения и накопления энергоресурсов. Практическая реализация 
указанных взаимосвязей требует использования альтернативных 
схем управления электрическими машинами. 

Настоящее учебное пособие предназначено для студентов 

направлений подготовки бакалавров 11.03.03 «Конструирование и 
технология электронных средств», 27.03.04 «Управление в технических системах» и 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника» очной 
формы обучения. 

В нем изложены основные принципы функционирования, клас
сификация и практическое использование микропроцессоров и микроконтроллеров управления электроприводами, сложными технологическими процессами.  

Авторы выражают благодарность рецензентам за ряд ценных за
мечаний по улучшению содержания учебного пособия. 

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ  

 

АД   
– асинхронный двигатель 

АЦП 
– аналого-цифровой преобразователь 

ВД   
– вентильный двигатель 

ДЭМ ДУ 
– двухроторная электрическая машина   
с дифференциальным управлением 

КПД  
– коэффициент полезного действия 

МК  
– микроконтроллер 

МП  
– микропроцессор 

ЦАП 
– цифроаналоговый преобразователь 

ШИМ 
– широтно-импульсная модуляция 

ЭД  
– электрический двигатель 

ЭМ  
– электрическая машина 

ЭП  
– электропривод 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Благодаря новейшим достижениям в микроэлектронике, связан
ным с появлением микропроцессоров, модулей памяти, разнообразных интерфейсов, контроллеров и сигнальных процессоров, открылись новые перспективы в развитии средств автоматики и в электромеханических системах, предназначенных для преобразования 
электрической энергии в механическую и обратно. 

В ГОСТ Р 50369-92 электропривод определён как электромеха
ническая система, состоящая из преобразователей электроэнергии, 
электромеханических и механических преобразователей, управляющих и информационных устройств и устройств сопряжения с внешними электрическими, механическими, управляющими и информационными системами, предназначенная для приведения в движение 
исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса. 

Наличие широкой номенклатуры микропроцессоров, модулей 

памяти, разнообразных интерфейсов, контроллеров и сигнальных 
процессоров дает возможность создавать на их основе специализированные вычислительные и управляющие устройства, пригодные 
для использования в самых различных областях науки и техники. 

В данном учебном пособии изложены принципы построения 

дискретных систем управления электроприводами на основе классической и фаззи-логики, рассмотрены способы оптимального 
управления по динамическим показателям электроприводов постоянного и переменного тока, приведены примеры систем классического, адаптивного и фаззи-управления в электроприводе.  

1. КЛАССИФИКАЦИЯ СОВРЕМЕННЫХ 

ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 

 

1.1. Термины и определения 

 

ГОСТ Р 50369-92 устанавливает термины и определения 

понятий в области электроприводов (ЭП): 

- преобразователь электрической энергии (преобразователь элек
троэнергии) – электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и/или показателей качества; 

- двигатель ЭП – электромеханический преобразователь, предна
значенный для преобразования электрической энергии в механическую; 

- механическая передача ЭП – механический преобразователь, 

предназначенный для передачи механической энергии от электродвигателя (ЭД) к исполнительному органу рабочей машины и согласованию вида и скоростей их движения; 

- управляющее устройство ЭП – устройство, предназначенное 

для формирования управляющих воздействий в ЭП;  

- информационное устройство ЭП – устройство, предназначен
ное для получения, преобразования, хранения, распределения и выдачи информации о переменных ЭП, технологического процесса и 
сопредельных систем для использования в системе управления ЭП и 
внешних информационных системах;  

- устройство сопряжения ЭП – совокупность электрических и 

механических элементов, обеспечивающих взаимодействие с сопредельными системами и отдельных частей ЭП;  

- система управления ЭП – совокупность управляющих и ин
формационных устройств и устройств сопряжения ЭП, предназначенных для управления электромеханическим преобразованием 

энергии с целью обеспечения заданного движения исполнительного 
органа рабочей машины;  

- система управления ЭП – внешняя по отношению к ЭП система 

управления более высокого уровня, поставляющая необходимую для 
функционирования ЭП информацию. 

По функциональному назначению выделяют следующие 

виды электроприводов: 

- ЭП вращательного движения, обеспечивающий вращательное 

движение исполнительного органа рабочей машины; 

- ЭП поступательного движения, обеспечивающий поступатель
ное линейное движение исполнительного органа рабочей машины; 

- ЭП возвратно-поступательного движения, обеспечивающий 

возвратно-поступательное движение исполнительного органа рабочей машины; 

- ЭП непрерывного движения, обеспечивающий непрерывное 

движение исполнительного органа рабочей машины; 

- ЭП дискретного движения, обеспечивающий дискретное пере
мещение исполнительного органа рабочей машины; 

- моментный ЭП, обеспечивающий заданный момент или усилие 

на исполнительном органе рабочей машины; 

- позиционный ЭП, обеспечивающий перемещение и установку 

исполнительного органа рабочей машины в заданное положение; 

- реверсивный ЭП, обеспечивающий движение исполнительного 

органа рабочей машины в любом из двух противоположных направлений; 

- нереверсивный ЭП, обеспечивающий движение исполнительно
го органа рабочей машины только в одном направлении; 

- регулируемый ЭП, обеспечивающий управляемое изменение ко
ординат движения исполнительного органа рабочей машины; 

- нерегулируемый ЭП, не обеспечивающий управляемое измене
ние координат движения исполнительного органа рабочей машины; 

- многоскоростной ЭП, обеспечивающий движение исполни
тельного органа рабочей машины с любой из двух или более фиксированных скоростей; 

- многокоординатный ЭП, обеспечивающий движение исполни
тельного органа рабочей машины по двум или более пространственным координатам; 

- ЭП согласованного движения, обеспечивающий согласованное 

движение двух или более исполнительных органов рабочей машины; 

- главный ЭП, обеспечивающий движение исполнительного орга
на рабочей машины, выполняющего главную технологическую операцию; 

- вспомогательный ЭП, обеспечивающий движение исполни
тельного органа рабочей машины, выполняющего вспомогательную 
технологическую операцию; 

- следящий ЭП, обеспечивающий перемещение исполнительного 

органа рабочей машины в соответствии с произвольно изменяющимися задающими сигналами; 

- программно-управляемый ЭП, обеспечивающий перемещение 

исполнительного органа рабочей машины в соответствии с заданной 
программой; 

- адаптивный ЭП, автоматически избирающий структуру и/или 

параметры своей системы управления при изменении возмущающих 
воздействий; 

- ЭП с регулированием энергетических показателей, работающий 

с заданным законом изменения одного или нескольких своих энергетических показателей; 

- неавтоматизированный ЭП, все операции управления которым 

выполняет оператор; 

- автоматизированный ЭП, часть операций управления в кото
ром выполняют соответствующие устройства управления без участия оператора. 

По физическим принципам преобразования электри
ческой энергии в механическую различают: 

- электромашинный ЭП, в котором преобразование электриче
ской энергии в механическую осуществляется электрическими машинами (ЭМ) на основе взаимодействия электромагнитных полей и 
проводников с током; 

- электромагнитный ЭП, в котором преобразование электриче
ской энергии в механическую осуществляется устройством на основе взаимодействия электромагнитного поля и ферромагнитных тел; 

- электростатический ЭП, в котором преобразование электриче
ской энергии в механическую осуществляется устройством на основе взаимодействия электростатического поля и электрических зарядов; 

- пьезоэлектрический ЭП, в котором преобразование электриче
ской энергии в механическую осуществляется устройствами на основе пьезоэлектрического эффекта; 

- ЭП с разомкнутой системой управления, в котором отсутствует 

обратная связь по регулируемой координате ЭП или по возмущению, воздействующая на управляющее устройство; 

- электрический вал – взаимосвязанный ЭП, обеспечивающий 

синхронное движение двух или более исполнительных органов рабочей машины, не имеющих механической связи; 

- редукторный ЭП, механическая передача которого содержит 

редуктор; 

- маховичный ЭП вращательного движения, механическая пере
дача которого содержит маховик; 

- дифференциальный ЭП – многодвигательный ЭП, у которого 

скорость и момент на исполнительном органе рабочей машины алгебраически суммируются с помощью механического дифференциала; 

- групповой ЭП, обеспечивающий движение исполнительных ор
ганов нескольких рабочих машин или нескольких исполнительных 
органов одной рабочей машины; 

- индивидуальный ЭП, обеспечивающий движение одного испол
нительного органа рабочей машины; 

- взаимосвязанный ЭП – два или несколько электрически или ме
ханически связанных между собой ЭП, при работе которых поддерживается заданное соотношение их скоростей и/или нагрузок, и/или 
положения исполнительных органов рабочих машин; 

- многодвигательный ЭП, содержащий несколько ЭД, механиче
ская связь между которыми осуществляется через исполнительный 
орган рабочей машины; 

- электрический каскад, регулируемый ЭП с асинхронным двига
телем (АД) с фазным ротором, в котором энергия скольжения возвращается в электрическую сеть; 

- электромеханический каскад, регулируемый ЭП с АД с фазным 

ротором, в котором энергия скольжения преобразуется в механическую и передается на вал этого двигателя; 

- ЭП с общим преобразователем, преобразователь электроэнер
гии которого питает два или несколько двигателей; 

- ЭП с общим суммирующим усилителем – регулируемый ЭП, в 

преобразовательном информационном устройстве которого сигналы 
управляющего воздействия и обратных связей по регулируемым координатам ЭП суммируются на одном общем усилителе; 

- ЭП с подчиненным регулированием координат – регулируемый 

ЭП, в управляющем устройстве которого регуляторы по числу регулируемых координат ЭП соединяются последовательно, образуя систему замкнутых контуров регулирования, в которой выходной сигнал регулятора внешнего контура является входным сигналом регулятора внутреннего, подчиненного ему контура;