В настоящее время широко применяются системы автоматического регулирования электродвигателей с использованием различных видов силовых преобразователей. Исследование и создание новых систем автоматического регулирования (САР) является сложной и дорогостоящей задачей. Очень много времени и средств уходит на создание, отладку, доводку опытных образцов. Ускорить и упростить этот процесс может математическое моделирование объекта. Оно проводится с целью анализа рабочих режимов и, при необходимости, уточнения параметров САР. Современные методики синтеза САР основаны на создании математической модели объекта, поэтому важно, чтобы модель характеризовала все важные свойства объекта.
Наиболее динамические процессы происходят в силовом преобразователе. Но его обычно моделируют в виде инерционного звена. Такая модель не отражает всех особенностей работы преобразователя. В результате, после проектирования приходится выполнять подстройку параметров САР к конкретным техническим условиям. Создание детальной модели силового преобразователя, которая учитывает все особенности работы и динамические свойства преобразователя, позволит рассчитать параметры САР еще на этапе проектирования. Поэтому детальное моделирование и создание актуальных моделей является важной и актуальной задачей.
В 1981г. над созданием модели преобразователя работала Толочко Ольга Ивановна. Она создала модель на операционных усилителях и обнарружила значительные расхождения в работе моделлей САР с адекватной моделью преобразователя и с моделью силового преобразоваеля в виде апериодического звена. Силовой преобразователь обладает не только инерционностью но и имеет свои особенности работы при малой нагрузке, в режиме прерывистого тока и т.д.
Целью работы является исследование систем регулируемого электропривода. Для этого необходимо создание адекватных моделей в современных системах моделирования основных видов силовых преобразователей, которые применяются в электроприводе постоянного и переменного тока и отображают их (силовых преобразователей) работу в контексте работы всей САР.
Для создания адекватной модели необходимо учитывать следующие особенности работы преобразователя:
1. Нелинейность регулировочной характеристики силового преобразователя
2. Дискретный закон изменения напряжения на выходе преобразователя. Для каждого тиристора выходное напряжение может изменятся только один раз за пол периода.
3. Динамическая нелинейность – интервал между двумя импульсами выходного нелинейно зависит от скорости наростания входного напряжения.
4. Если используется преобразователь на не полностью управляемых ключах (Тиристорах), то необходимо учитывать односторонний характер управления (только на открытие тиристора)
5. Нелинейный характер работы, связанный с работой вентилей, проявляющийся в режиме прерывистых токов.
6. Наличие пульсаций в кривой выпрямленного напряжения
Для учета всех этих особенностей необходимо моделировать работу каждого элемента силового преобразователя.
Наиболее перспективным подходом к моделированию является структурное моделирование - представление объекта в виде структурной схемы. При этом целесообразно сохранять математический и физический смысл входных и выходных координат и направление передачи сигналов. Выходное напряжение зависит от параметров напряжения питающей сети, сигнала управления и тока нагрузки, который определяет текущий режим работы САР. Для моделирования САР разработаны модели разных видов силовых элементов: диодов (для схем неуправляемых выпрямителей), транзисторов (для схем управляемых выпрямителей и инверторов) и транзисторов (для управляемых выпрямителей и ШИМ), отражающих важные особенности работы этих элементов. При моделировании важно учитывать внутренние связи элементов силового выпрямителя и их взаимное влияние друг на друга.
Модели, выполненные в приложении Simulink програмного пакета Matlab представленны на рисунке 1.
При анализе работы моделей выявлены существенные расхождения при моделировании адекватных преобразователей и моделировании силового преобразователя как звена запаздывания (рисунок 2). Из чего можно сделать выводы:
1. При структурном моделировании целесообразно сохранять связи между отдельными элементами, которые обусловленны функциональной схемой. Это позволяет легко перейти при моделировании к исследованию статических и динамических свойств системы электропривода с учетом реальных особенностей работы силового преобразователя.
2. С помощью структурного моделирования могут быть полученны уточненные модели силовых преобразователей как нелинейных дискретных элементов в составе систем электроприводов, которые адекватно отражают их основные свойства
При дальнейших исследованиях будут созданы новые модели преобразователей, выполненых на различных элементах и по различным схемам и возможности для анализа, синтеза и проектирования систем электропривода.При исследовании работы САР с использование адекватных моделей ожидается получить более точные результаты при синтезе новых САР. Создать библиотеку моделей,адекватно отражающих особенности работы всех элементов САР. Такая библиотека открываетширокие возможности для исследования работы САР в различных режимах. А так же упрощение расчетов, с сохранением высокой точности при стандартных режимах работы Системы
1. Толочко О.И. Исследование и разработка систем вентильного электропривода для механизмов обжимных прокатных станов: Диссертация. - Москва, 1981. - 192с.
2. Башарин А. В., Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов.— Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. — 392 с, ил.
3. Справочник по преобразовательной технике. Под ред. И. М. Чиженко. К.«Технiка», 1978. 447 с.
4. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическими процессами/Под ред. В. И. Крупо-вича, Ю. Г. Барыбина, М. Л. Самовера. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоиздат, 1982.—416 с, ил. — (Электроустановки промышленных предприятий).
5. Комплектные тиристорные электроприводы: Справочник/И. X. Евзеров, А. С. Горобец, Б. И. Мо-шкович и др.; Под ред. канд. техн. наук В. М. Пе-рельмутера. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 319 с: ил.
6. Горбачёв Г. Н., Чаплыгин Е. Е. Промышленная электроника: Учебник для вузов/Под ред. В. А. Лабунцова. — М.: Энергоатом-издат, 1988. — 320 с: ил.
7. Гостев В. И. Системы управления с цифровыми регуляторами Справочник. — К.: Тэхника, 1990.—280 с.
8. Справочное пособие по электротехнике и основам электроники: Учеб. пособие для неэлектротех-нич. спец. вузов/П. В. Ермуратский, А. А. Косякин, В. С. Листвин и др.; Под ред. А. В. Нетушила.— М.: Высш. шк., 1986.-248 с: ил.
9. Электротехнический справочник. В 3-х т. Т. 1. Общие вопросы. Электротехнические материалы/ Под общ. ред. профессоров МЭИ В. Г. Герасимова, П. Г. Грудинского, Л. А. Жукова и др. — 6-е изд., испр. и доп. — М.: Энергия, 1980. — 520 с, ил.
10 Бесекерский В.А.Цифровые автоматические системы.1976