WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Для увеличения предельной частоты формируемого синусоидального тока исследован и реализован метод прямого управления ключами мостового инвертора с использованием релейного регулирования тока. Проведено моделирование релейного регулятора тока в среде MATLAB Simulink и проведены стендовые испытания на макете ВИД с НВ, которые показали хорошие результаты: обеспечивается устойчивая работа регуляторов тока на выходных частотах до 1 кГц; при ослаблении поля или отсутствии нужного запаса напряжения в звене постоянного тока происходит автоматический переход в режим вентильного двигателя с разнополярной 6-и тактной коммутацией и автоматическим регулированием угла коммутации в функции скорости.

Третья глава посвящена разработке наблюдателя на основе скользящего режима для реализации бездатчикового векторного управления.

В первой части главы приведен обзор современных наблюдателей на основе фильтра Калмана, скользящих режимов и адаптивной модели. Дано их сравнение и показаны преимущества и недостатки каждого из методов. На основании проведенного анализа и сформулированных требований определены наиболее рациональные структуры наблюдателей для системы бездатчикового векторного управления, а для реализации системы БВУ ВИД с НВ выбрана комбинация наблюдателя на основе скользящего режима и фильтра Калмана.

Суть предлагаемого метода идентификации заключается в том, что ошибка между расчетным и измеренным токами двигателя, корректируется релейным звеном, образуя скользящий режим стремящийся свести ошибку к нулю. Уравнения наблюдателя построены таким образом, что оказалось возможным разделить уравнения электрического равновесия от уравнения электромагнитного момента и наблюдатель фактически работает только по уравнениям равновесия. Уравнения наблюдателя оказываются независимым от нагрузки на валу, момента инерции механизма, и прочих механических параметров.

Сделано важное замечание, дающее физическую интерпретацию работы наблюдателя. Структурная схема двигателя всегда содержит контур коррекции напряжения со стороны ЭДС. Эту же роль коррекции выполняет релейное звено в наблюдателе. Если значение тока, рассчитанное наблюдателем равно измеренному току, то релейный элемент выдает сигнал равный ЭДС двигателя. Релейный сигнал можно отфильтровать, используя фильтр Калмана для синусно-косинусного сигнала. Для получения сигнала потокосцепления необходимо последовательно с релейным звеном включить интегрирующее звено, или звено близкое к нему по свойствам в области высоких частот – например инерционное звено. На рис. 2 приведена структура предлагаемого наблюдателя с оценкой потокосцепления.

Данный наблюдатель исследован с применением математических методов, в частности теории устойчивости Ляпунова. Получены условия гарантирующие устойчивость работы наблюдателя на основе скользящего режима и математически доказана малая чувствительность такого наблюдателя к неточности задания параметров ВИД с НВ. Рассмотрен вопрос об ограничениях, накладываемых на бездатчиковые системы управления ВИД с НВ при низких скоростях вращения, а также способы работы на низких скоростях.

Рис. 2 Наблюдатель с оценкой потокосцепления.

Рассмотрен и успешно решен важнейший вопрос идентификации состояния многосекционного ВИП на ходу. Данный режим необходим для независимого останова/запуска любой секции в многосекционной машине при условии, что двигатель включен в работу, вращается и есть необходимость подключить дополнительную секцию. Суть метода состоит в приложении к обмотке статора включаемой секции нулевого вектора напряжения с небольшой скважностью и одновременной работе наблюдателя вектора потокосцепления ротора. Преимущество решения – восстановление на ходу не только положения и скорости ротора ВИД, но и попутная идентификация всех переменных состояния наблюдателя и системы БВУ. Метод предполагает установку в звено постоянного тока (ЗПТ) небольшого резистора и силового ключа для исключения повышения напряжения в процессе «подхвата».

Разработанный алгоритм подхвата системы бездатчикового векторного управления потребовал дополнительной доработки наблюдающей системы. Предложена оригинальная структура улучшенного наблюдателя, нечувствительного к неточности задания напряжения рис. 3.

Рис. 3 Структура улучшенного наблюдателя.

Разработанная базовая модель системы векторного управления в среде MATLAB дополнена наблюдающими алгоритмами и проведено ее полное исследование, которое подтвердило правильность синтезированных наблюдателей. Продемонстрирована робастность и устойчивость работы бездатчиковой системы управления, в т.ч. в режиме подхвата.

В четвертой главе приведены результаты разработки специализированных аппаратных и программных средств для реализации системы управления ВИП. Дано обоснование выбора микропроцессорного устройства. Показано, что предлагаемые алгоритмы могут быть успешно реализованы на микроконтроллере TMS320F2810 компании Texas Instruments. Рассмотрены требования к архитектуре контроллера системы управления ВИП. Приведены технические данные разработанных контроллеров для управления ВИП. Предложена структура унифицированного программного обеспечения для полноценной реализации систем векторного управления, в том числе бездатчикового.

Приведены примеры построения распределенной системы управления многосекционным ВИД, с реализацией «виртуального мастера» в одной из секций ВИП. Суть предлагаемого метода заключается в том, что «виртуальным мастером», от которого секции принимают задание, является та секция, на которую в текущий момент времени приходит задание скорости, удаленно по сети MODBUS или локально c пульта управления. При этом если такая секция выходит из строя, то задание автоматически перенаправляется в другую секцию, которая в свою очередь становится «виртуальным мастером». За счет применения такого алгоритма обеспечивается резервирование мультипроцессорной системы управления многосекционным ВИП.

Разработана единая технология пуска и подхвата многосекционной машины. Суть ее заключается в том, что в бездатчиковом режиме при пуске сначала включается алгоритм идентификации скорости. Если идентифицируемая скорость находится в зоне работы бездатчиковой системы векторного управления, то происходит переход в режим бездатчикового управления, а если скорость ниже, то происходит синхронный пуск от задатчика интенсивности в разомкнутой частотно-токовой системе.

Дано описание структуры аппаратной части мультипроцессорной системы управления ВИД с НВ, построенной на базе разработанного специализированного контроллера МК 17.3., описаны предложенные методы организации межмодульного взаимодействия отдельных контроллеров секций и интеллектуальных пультов для оперативного управления по локальной сети CAN с протоколом обмена CANopen, методы сопряжения с системами верхнего уровня управления по сети MODBUS RTU.

Важной частью разработки системы БВУ для ВИД с НВ является разработка полноценного ПО для промышленного применения. Созданное программное обеспечение обеспечивает возможность полноценной наладки как силовой части ПЧ отдельно, так и бездатчиковой системы управления ВИД с НВ, содержит весь комплекс защит и предупреждений. В его состав входят дискретные автоматы управления режимами работы привода и релейно-контакторной аппаратурой рабочих станций, разработанные с использованием современных switch технологий.

В пятой главе приведены результаты исследований разработанной системы бездатчикового управления на опытном образце ВИД с НВ «ДВИ-3» в составе лабораторного стенда. Приведены результаты исследования распределенной системы управления на опытно-промышленных мощных многосекционных ВИП. Показаны примеры внедрения в промышленность разработанного комплекса программно-аппаратных средств, для управления мощными многосекционными ВИП.

Лабораторные исследования проводились на кафедре АЭП МЭИ с применением опытно-промышленных образцов двигателей «ДВИ-3» мощностью 2.2кВт производства Ярославского машиностроительного завода. Алгоритмы управления мощными многосекционными ВИД с НВ (до 630 кВт) отрабатывались в процессе приемо-сдаточных испытаний двигателей и комплексных систем управления на испытательном полигоне Сафоновского электромеханического завода.

В главе приведено описание экспериментального стенда и результаты исследования на нем ВИД с НВ в режиме векторного управления с использованием сигнала от датчика положения и без него (бездатчиковый режим). Показано, что векторная система с датчиком положения полностью обеспечивает работоспособность ВИД с НВ в широком диапазоне скоростей (до 5000:1) и момента (до 100:1). Датчиковый вариант системы векторного управление принимается эталонным для сопоставления с результатами исследования бездатчиковой системы. Результаты экспериментальных исследований бездатчиковой системы полностью подтверждают правильность синтезированных наблюдателей структуры системы управления ВИД с НВ в целом (рис. 4, рис. 5).

Экспериментальное исследование мощных многосекционных ВИД с НВ (до 630 кВт) проводилось на заводе изготовителе в испытательном цехе. В качестве нагрузки применялся высоковольтный синхронный генератор (1 МВт). Система управления выполнена на базе 4-х преобразователей частоты «Универсал­–220» объединенных по промышленной сети CAN и осуществляющих согласованное управление 4 секциями многосекционной машины (рис. 6).

Рис. 4 Характеристика векторной системы управления с датчиком положения. Разгон от 0 до 1500 об/мин, реверс и последующее торможение до остановки.

Рис. 5 Характеристика бездатчиковой векторной системы управления. Разгон от 75 до 1500 об/мин и последующее торможение через генераторный режим до 300 об/мин.

Рис. 6 Структурная схема многосекционного ВИП

Успешно проведенные испытания позволили перейти к этапу опытно-промышленной эксплуатации. В главе приведены результаты внедрения мощного многосекционного вентильно-индукторного двигателя с независимым возбуждением в качестве отказоустойчивого высоконадежного привода для ответственных применений. В качестве примера взят двигатель установленный на сетевом насосе горячего водоснабжения РТС «Коломенское». Номинальная мощность привода составляет 630 кВт, частота вращения 1500 об/мин. Высокая надежность привода обеспечивается за счет использования двух фидеров и автоматического переброса мощности системой управления на 2 секции секций при отключении питания на одном из фидеров. При таких переходах динамические просадки скорости не превышают 4-5%, что и требуется по условиям технологии.

По техническим требованиям ВИП должен обладать возможностью запуска при вращающемся вале («подхват»). Бездатчиковый подхват исследовался на скорости 800 об/мин. На рис.7 показаны участки идентификации скорости и соответствующие им изменения напряжения на звене постоянного тока. В точке выключения инвертора скорость вала составляет 1300 об/мин. После выключения алгоритм идентификации не работает и значении идентифицируемой скорости по наблюдателю (фильтру Калмана) становится равным 0. В момент выключения секции, значение напряжения на ЗПТ немного поднимается, т.к. уменьшается отбор мощности. При подаче команды «пуск» запускается импульсный алгоритм идентификации положения ротора, который через некоторое время (порядка 0,5с) выдает правильное значение скорости, что видно на спадающем участке тахограммы. На этом участке происходит рост напряжения в ЗПТ, связанный с генераторным режимом работы секции двигателя в режиме подхвата. Предложено, для исключения перенапряжений в ЗПТ использовать маломощный «тормозной» резистор и релейный регулятор напряжения.

Проведенные полномасштабные лабораторные экспериментальные исследования на базе исполнительного двигателя ДВИ-3 и ПЧ «Универсал-7,5», доказали работоспособность предложенных математических, алгоритмических и программных решений системы бездатчикового векторного управления ВИД с НВ.

Применительно к задачам коммунального хозяйства, решаемым с использованием многосекционных ВИД с НВ, доказана возможность исключения датчика обратной связи по положению ротора из контура регулирования, что заметно упрощает конструкцию машины, удешевляет ее и повышает отказоустойчивость привода.

В заключении обобщены основные результаты работы.

В приложении приведены схемы дискретных автоматов для унифицированного ПО, структура системы БВУ для численного моделирования в среде MATLAB Simulink, упрощенные матричные выражения для расчета фильтра Калмана.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты работы и сделанные выводы заключаются в следующем:

  1. Проанализировано математическое описание и дано обоснование использования бездатчиковой векторной системы управления для ВИД с НВ. Разработана и реализована модель системы БВУ в среде MATLAB/Simulink. Модель оптимизирована для реализации на цифровых сигнальных процессорах.
  2. Разработана методика синтеза наблюдателя для системы бездатчикового векторного управления ВИД с НВ. Разработан оригинальный наблюдатель на основе скользящего режима, для которого дано математическое обоснование робастности и устойчивости. Приведено обоснование использования дополнительного фильтра Калмана для выделения потокосцепления из релейного сигнала.
  3. Разработан алгоритм бездатчикового пуска и «подхвата» как отдельных, так и всех секций многосекционного ВИП.
  4. Разработаны элементы модульной аппаратной части системы управления для реализации алгоритмов векторного управления, в том числе бездатчикового режима.
  5. Разработана унифицированная интеллектуальная система управления ВИД с НВ, поддерживающая распределенную систему управления с функцией “виртуального мастера” для работы с многосекционными двигателями.
  6. Разработанный комплекс программно-аппаратных средств прошел полноценное тестирование на лабораторном стенде. Комплекс принят за основу при серийном производстве мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов. Внедрены в промышленность и проходят стадию опытно-промышленной эксплуатации 3 комплекта мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов – 630 кВт, 315 кВт, 400 кВт на базе преобразователей частоты «Универсал-ВИП».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»