Синтез і дослідження алгоритмів векторного керування асинхронним електроприводом зі спостерігачами стану

Бондаренко О.О., магістрант;

Толочко О.І., проф., д.т.н.; Чекавський Г.С., доц., к.т.н.

(Донецький національний технічний університет, м. Донецьк, Україна)

Конференция "Электромеханические системы автоматизации" ДонНТУ 25-29 апреля 2005

В останній час, у зв'зку з розвитком елементної бази та появою програмних засобів, які полегшують аналіз та синтез складних систем, значно поширився інтерес до систем автоматичного керування зі спостерігачами стану (CC) [1]. Необхідність використання CC зумовлена їх здібністю оцінювати значення координат, які неможливо або дуже важко виміряти безпосередньо (за допомогою відповідних датчиків). Наявність додаткової інформації про систему дозволяє поліпшити якість регулювання і поширює можливості для автоматизації технологічних процесів.

Метою роботи є проектування і розробка систем векторного керування швидкістю асинхронного двигуна (АД), які є астатичними за навантаженням, шляхом використання в них спостерігачів стану.

Для цього в роботі вирішені такі задачі:

• синтезовані СС повного порядку, які дозволяють оцінювати значення динамічного моменту;

• розроблено рекомендації щодо синтезу регуляторів в системах векторного керування асинхронним електроприводом зі зворотним зв'язком за динамічним моментом;

• виконано порівняльний аналіз роботи системи з різними СС;

• розроблені рекомендації щодо технічної реалізації таких систем.

В результаті роботи розроблено математичну модель АД в системі координат d, q, що орієнтована за вектором потокозчеплення ротора встановлено, яка дозволяє побудувати два канали регулювання - амплітудою потокозчеплення ротора та моментом АД. На базі цієї моделі за умови лінеаризації і розв'язання каналів регулювання розроблені структурні схеми СС повного порядка.

Доведено, що синтез регуляторів системи керування за умови відсутності взаємного впливу каналів регулювання може бути виконаний за правилами синтезу регуляторів систем підпорядкованого регулювання. Розроблено модель пристрої компенсації ВПЗ двигуна, і оцінений вплив кожного зі зв'язків на динамічні властивості.

Синтез регуляторів каналу регулювання потокозчеплення виконується незалежно від синтезу регуляторів каналу регулювання швидкості. Встановлено, що найбільша розбіжність при оцінці величини динамічного моменту має місце в режимі ступінчатого прикладання навантаження до валу АД. При цьому мають місце похибки вимірення, які найбільші у початковий період перехідного процесу (похибка може досягати Мн). Більш точним є оцінка за допомогою СС першого порядку. Але ці положення слід застосовувати разом із питанням складності технічної реалізації з урахуванням необхідності введення додаткових вимірювальних пристроїв.

Технічна реалізація системи векторного керування зі зворотнім зв'язком за динамічним моментом в загальному випадку не відрізняється від традиційною. Але в нашому випадку слід звернути увагу на такі моменти:

Для спрощення технічної реалізації систем векторного керування і з оглядом на складнощі, що пов'язані із вимірюванням сигналу потокозчеплення, сигнал якого буде використовуватися як у самій системі, так і в СС, запропоновано застосування ідентифікаторів сигналу амплітуди потокозчеплення [2]. Був проведений аналіз можливих структур ідентифікаторів. Обрана модель ідентифікатору дозволяє з великою точністю оцінювати значення потокозчеплення і є найменш залежними від зміни параметрів АД в процесі його роботи.

При практичній реалізації СС першого порядку додаткових пристроїв до схеми непотрібно. Якщо розглядати СС другого порядку, то для його реалізації додатково до схеми необхідні давач напруги статора та перетворювач координат напруги 3-2. Для реалізації СС третього порядку, додатково необхідно лише перетворювач координат напруги 3-2. Для СС третього порядку при його реалізації додаткових пристроїв непотрібно. Таким чином для системи ВК АД доцільно використовувати СС першого порядку та СС третього порядку, тому що для їх реалізації додаткових пристроїв непотрібно.

В результаті розроблена також цифрова модель блоку компенсації ВПЗ двигуна, і його принципова схема при аналоговій реалізації. Синтезовані СС першого, другого та третього порядків, які достатньо точно встановлюють значення динамічного моменту як в усталених, так і в перехідних режимах, і можуть бути рекомендовані до застосування у замкнених системах, які забезпечують досить плавну зміну керуючого впливу.

Перелік посилань

1. Плахтина О.Г. та ін. Частотно-керовані асинхронні та синхронні електроприводи: Навч. посібник. - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2002. - 228 с.

2. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением - Ленигр. отд-ние, 1987. - 136 с.