Дарьенков А. Б., Марков В. В., Титов В. Г.
Нижегородский государственный технический университет

Бездатчиковая система векторного управления с ориентацией по вектору потокосцепления ротора

Для создания глубокорегулируемого высокодинамичного электропривода (ЭП) наиболее целесообразным методом управления является векторное управление с ориентацией по вектору потокосцепления ротора [1]. Функциональная схема такого ЭП в этом случае имеет наименьшее число перекрестных связей, а выражение момента асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором (АД) и скорости сравнительно просты. При этом наиболее просто осуществляется регулирование скорости при стабилизации потокосцепления ротора.

Реализация функциональных и координатных преобразователей ЭП для системы векторного управления на базе аналоговой техники очень сложна. Использование современных средств микропроцессорной техники позволяет разработчикам создавать компактные, многофункциональные и высокоэффективные системы векторного управления.

Для обеспечения универсальности ЭП и повышения его надежности, необходимо осуществлять косвенное измерение текущих значений угловой скорости и потокосцепления ротора с помощью соответствующих идентификаторов.

Очевидно, что указанным требованиям будут отвечать только те преобразователи, в которых при коммутации конденсаторы перезаряжаются по независимому от тока нагрузки контуру, так как в противном случае не будет обеспечена жесткость внешней характеристики.

Входными сигналами разработанного идентификатора являются проекции обобщенных векторов напряжения и тока статора u_sa, u_sb, i_sa, i_sb в двухфазной неподвижной системе координат a, b. Идентификатор описывается системой разностных уравнений (1):

(1)

где T - интервал дискретности, в секундах; y_ra(n), y_rb(n) - мгновенные значения потокосцеплений фаз a и b на интервале n; u_sa(i), u_sb(i), i_sa(i), i_sb(i) - мгновенные значения напряжений и токов фаз a и b на интервале i; , , , где w_0н - номинальная угловая скорость поля статора, x₁, x₂, x_m, R₁, R₂ - параметры АД; , , ; , , .

Использование разработанного устройства в системе векторного управления с ориентацией по вектору потокосцепления ротора не требует дополнительных функциональных преобразователей.

Функциональная схема бездатчиковой системы векторного управления с ориентацией по вектору потокосцепления ротора с предлагаемым идентификатором представлена на рис.1, на котором приняты следующие обозначения:

• ПФ1, ПФ2 - преобразователи фаз;
• БПК1, БПК2 - блоки преобразования координат;
• БВМ - блок выделения модуля потокосцепления ротора;
• ТА - тригонометрический анализатор;
• БК - блок коррекции;
• РП, РС, РТ1, РТ2 - соответственно регуляторы потокосцепления y_r, скорости w_r и проекций обобщенного вектора тока статора i_sa, i_sb.

 

Рис.1. Функциональная схема бездатчиковой системы векторного управления с ориентацией по вектору потокосцепления ротора

Для проверки работоспособности разработанного устройства было проведено его моделирование в пакете Mathcad 7 для АД типа 4А80А4. Проанализированы временные зависимости динамических ошибок идентификатора при М_с = 0 и М_с = М_ном: по проекции потокосцепления ротора на ось a - E_yra(t), по проекции потокосцепления ротора на ось b - E_yrb(t), по скорости ротора - E_w(t).

Анализ показал, что ошибка идентификатора зависит от длительности интервала дискретности Т. Значение T = 10 мкс представляется наиболее оптимальным, так как позволяет наиболее просто реализовать разработанный идентификатор при условии обеспечения допустимых значений ошибок с использованием существующей элементной базы. Полученные для этого значения интервала дискретности максимальные величины динамических ошибок идентификатора соответственно равны: по составляющим потокосцепления ротора - 1.7%, по скорости ротора - 2.5%.

С учетом необходимых вычислительных операций и указанного интервала дискретности для реализации идентификатора был выбран специализированный сигнальный микроконтроллер TMS320F243 фирмы Texas Instruments. На этом же микроконтроллере предполагается реализовать функциональные и координатные преобразователи. Реализация регуляторов системы векторного управления [2] возможна на более дешевом микроконтроллере общего назначения MC68HC916Y1 фирмы Motorola.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. - 136 с.
2. Дарьенков А.Б., Титов В.Г. Разработка микропроцессорной системы векторного управления асинхронным частотно-регулируемым электроприводом. Шестая ежегодная международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика": Тезисы докладов / Москва, МЭИ, 2000 г. - 57с.