Improvement of pulse-width modulation algorithm for thermal plant control

Abstract

Подано результати аналізу алгоритмів широтно-імпульсної модуляції (ШІМ), а саме ШІМ на базі генератора пилкоподібних коливань та ШІМ на базі інтегрувальнчої ланки та релейного елемента. Наведено математичні залежності для визначення параметрів налаштувань цих алгоритмів. Запропоновано удосконалений алгоритм ШІМ для умов роботи контролера з цілочисельними змінними без фільтра вхідного сигналу. Удосконалений алгоритм забезпечує усунення впливу шумів вхідного аналогового сигналу регулятора на його імпульсний вихідний сигнал, а також дає можливість уникнути таке небажане явище як брязкіт вихідного релейного контакту контролера. Завдяки цьому досягається підвищення надійності функціонування контролера та збільшення часового ресурсу роботи його вихідних релейних контактів. Наведено приклад застосування ШІМ у складі автоматичного регулятора для керування тепловим об’єктом. Продемонстровано переваги удосконаленого алгоритму ШІМ та обґрунтовано доцільність його застосування. Представлено спосіб вибору періоду імпульсів дляШІМ з урахуванням динамічних властивостей об’єкта регулювання.The results of the pulse-width modulation algorithms analysis are presented in the paper. The following two algorithms are analyzed: pulse-width modulator (PWM) based on the sawtooth waveform generator and PWM based on an integrator and a switch element. Mathematical formulae for designing the tuning parameters of PWM algorithms are presented. An improved PWM algorithm is suggested for a programmable logic controller (PLC) operating with integer variables without a filter of the input signal. The improved algorithm provides elimination of the influence of the input signal’s noise on the PLC output signal. PLC output relay contact bouncing is eliminated by means of the improved algorithm. The reliability of PLC is improved and the operation time of PLC output relay contact is prolonged thanks to the improved PWM algorithm. The example of PWM application in an automatic controller for controlling a thermal plant is presented. The advantages of the improved PWM algorithm application are demonstrated. The technique for PWM pulses period defining with taking into account the dynamical properties of the controlled plant is presented.