УДК 62–83–52
ИССЛЕДОВАНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ С НАБЛЮДАТЕЛЯМИ СОСТОЯНИЯ.
Лебедева О.В., Лебедев А.В. студенты 5-го курса; Коцегуб П.Х., д.т.н. профессор.
(Донецкий национальный технический университет, г. Донецк, Украина)
Коцегуб П.Х., Лебедева О.В. Исследование помехоустойчивости электромеханических систем с наблюдателями состояния. // Сборник научных трудов ДонГТУ. Серия: Электротехника и энергия, вып.6: ДонГТУ, 2003
Рассматривается система автоматического регулирования (САР) скорости с двигателем постоянного тока независимого возбуждения, которая получает питание от управляемого вентильного преобразователя. Система построена по принципу подчиненного регулирования и содержит последовательно соединенные контур регулирования тока и скорости. При анализе системы обратной связью по ЭДС двигателя пренебрегают и не учитывают влияние статического момента. Для улучшения динамики обратную связь по току заменяют обратной связью по динамическому току. При этом система становится астатической не только по управляющему воздействию, но и по нагрузке.
Для выделения динамического тока применяются наблюдатели состояния. Известны два наблюдателя состояния (НС): третьего и первого порядка [1,2]. Динамические свойства таких систем практически одинаковы.
Для оценки эффективности применения того или иного наблюдателя рассмотрим помехоустойчивость данных систем. С этой целью считаем, что помеха идет по каналу обратной связи по скорости (например, с датчика скорости-тахогенератора) и является гармоническим сигналом.
Найдем амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) обеих систем от помехи до тока и от помехи до скорости.
Структурная схема системы с НС первого порядка приведена на рисунке 1, а системы с НС третьего порядка представлена на рисунке 2. На рисунках введены следующие обозначения: РС – регулятор скорости; КРТ – контур регулирования тока; НС – наблюдатель состояния; Т
m – электромеханическая постоянная времени привода; Тμ – малая некомпенсируемая постоянная времени контура тока, отнесенная к тиристорному преобразователю: Тт, Тc – постоянные времени интегрирования разомкнутых контуров тока и скорости ( при настройке системы на “модульный оптимум” Тт=2Тμ, Тс=2Тт=4Тμ); L – матрица обратных связей наблюдателя состояния (для НС первого порядка L=Tmωоn, для НС третьего порядка L1=2ωоn – 1, L2=2ωon2 - L1, L3=ωon3 ТmТμ); ωon – среднегеометрический корень НС; f – гармонический сигнал помехи; I и w – полный ток и скорость двигателя, а I^ и w^ их оценки.АЧХ, где по оси частот отложена относительная частота ω/Тμ, приведены:
Графики приведены для трех значений среднегеометрического корня ω
on (ωon=1/(2Тμ), ωon=1/Тμ, ωon=2/Тμ).Из АЧХ, приведеных на рисунках видно, что при одинаковых значениях ω
on коэффициенты передачи помехи по амплитуде в системе с НС первого порядка как по токовому, так и по скоростному каналам меньше, чем в системе с НС третьего порядка. Особенно заметны разница в коэффициентах передачи по каналу помеха-ток.В соответствии с изложенным можно сделать вывод: применения наблюдателей состояния первого порядка предпочтительнее, чем наблюдателей состояния третьего порядка.
Рисунок 1 Структурная схема САР с НС первого порядка
Рисунок 2 – Структурная схема САР с НС третьего порядка
Рисунок 3 –АЧХ САР с НС первого порядка по каналу f-w при различных
значениях среднегеометрического корня.
Рисунок 4 –АЧХ САР с НС первого порядка по каналу f-I при различных
значениях среднегеометрического корня.
Рисунок 5 – АЧХ САР с НС третьего порядка по каналу f-w при
различных значениях среднегеометрического корня.
Рисунок 6 –АЧХ САР с НС третьего порядка по каналу f-I при различных
значениях среднегеометрического корня.
Перечень ссылок