WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

Для каждого вида наблюдателей на основе скользящего режима проводилась оценка устойчивости по методу Ляпунова.

СВБУ не способна работать в зоне низких скоростей, так как в основе наблюдателя на основе скользящего режима заложено восстановление ЭДС, которая при низких скоростях мала. Было выявлено, что диапазон регулирования скорости в такой системе составляет 10:1, что не соответствует техническому заданию. Поэтому было принято решение использовать на околонулевых скоростях скалярное частотно-токовое управление. Известно, что жесткость механической характеристики (МХ) при таком типе управления на порядок выше, но перегрузочная способность мала, поэтому будем использовать этот режим только в нижнем диапазоне скоростей. Расчетным путем было доказано, что в комбинированной СУ при использовании частотно-токового управления на малых скоростях возможно обеспечение общего требуемого диапазона регулирования скорости 50:1.

Для корректных переходов с одного типа управления на другой разработан соответствующий алгоритм переключения (Рис. 2):

  • пуск системы производится при частотно-токовом управлении;
  • при повышении частоты вращения переключение с частотно-токового управления на СВБУ производится при f2=7 Гц;
  • при понижении частоты вращения переключение с СВБУ на частотно-токовое управление производится при f1=4 Гц.

Рис. 2

Итоговая структура комбинированной бездатчиковой (БД) СУ АД представлена на рис. 3:

Рис. 3

Здесь ЗИ – задатчик интенсивности, РС – регулятор скорости, РТ – регулятор тока, БКП – блок координатных преобразований.

В третьей главе производится экспериментальное исследование влияния неточностей при восстановлении параметров АД на работоспособность разработанной СВБУ в среде Simulink MatLab.

Показано, что параметры наблюдателя потокосцепления ротора зависят исключительно от параметров статорной цепи АД ( ), а параметры наблюдателя скорости существенным образом зависят от сопротивления ротора АД.

Экспериментальные исследования проводились с заданным моментом инерции, равным двойному моменту инерции испытуемого двигателя и моментом сопротивления, равным номинальному моменту АД.

Для проведения эксперимента была проанализирована серия АД 4А и были выбраны два двигателя (с самой малой номинальной мощностью 4АА56В2У3 Рн=0,25 кВт и с наибольшей 4А315S2У3 Рн=160 кВт в представленном ряду). Отклонения каждого из параметров задавались в положительном и отрицательном направлении относительно номинального значения. Проводились пуски АД до тех пор, пока система оставалась работоспособной. В качестве критериев для определения работоспособности системы были предложены следующие:

  • АД пускается на заданную скорость;
  • АД реверсируется;
  • На рабочем участке скорость находится в 15 % коридоре от заданного значения значения.

При анализе чувствительности бездатчиковой СУ к изменению параметров схемы замещения АД с КЗ ротором было получено, что:

  1. Для двигателя малой мощности (0,25 кВт): допустимая ошибка идентификации индуктивности цепи статора составляет + 30%...-200%, допустимая ошибка идентификации сопротивления статора +40%... -20%;
  1. Для двигателя большой мощности (160 кВт): допустимая ошибка при идентификации индуктивности цепи статора составляет + 35% … -110%, допустимая ошибка идентификации сопротивления статора +450% … -95%;
  2. Бездатчиковая СУ более чувствительна к уменьшению параметров, чем к их увеличению;
  1. Допустимая ошибка идентификации сопротивления цепи ротора составляет +/-60% от номинального значения.
  2. При идентификации всех параметров машины с точностью +/-20% гарантируется устойчивость сознанной БД СУ АД.

В четвертой главе приведено алгоритмическое описание ПО разработанной СВБУ.

Упрощенная схема организации ПО СВУ представлена на рис. 4. Структурно программу можно разделить на основное тело программы и некоторое количество процедур обработки прерываний. Основное тело программы состоит из инициализирующей части и фонового замкнутого цикла. Программа инициализирующей части исполняется только один раз при запуске процессора. В фоновом замкнутом цикле, обслуживаются все низкоприоритетные и долго исполняемые задачи, например, такие как работа с энергонезависимой памятью по интерфейсу SPI, поддержка интерфейса с оператором.

Рис. 4

Во время работы программы происходят прерывания по определенным событиям (например, прерывание по периоду ШИМ, прерывание по готовности преобразования АЦП, прерывание по сигналу реперной точки датчика положения (в случае датчиковой СВУ) и др.). Алгоритм СВУ рассчитывается на каждом периоде ШИМ в прерывании по началу периода. Общий объем ПО составляет 16 Кслов. Процедура обработки прерываний занимает 17% периода ШИМ.

Подробно рассмотрены алгоритмы работы модулей наблюдателя на основе скользящего режима, синусно-косинусного фильтра Калмана, системы частотно-токового управления и переключателя структур управления.

В пятой главе представлены экспериментальные результаты, подтверждающие технические параметры синтезированной БД СУ.

Для этого был разработан и изготовлен экспериментальный стенд, в состав которого вошли: АД серии IMOFA 90L4 с номинальной мощностью 1.5 кВт, ДПТ с независимым возбуждением серии 4П5112М2ГУХЛ4 с номинальной мощностью 2.2 кВт и ПЧ «Универсал-3.7 кВт» на базе микроконтроллера 17.1 (Рис. 5) с процессором TMS320F2810.

Серийный ПЧ был укомплектован более производительным контроллером (150 млн. оп.\с) для снятия ограничений по вычислительным ресурсам процессора при реализации СВБУ АД.

Рис. 5

Нагрузка обеспечивалась ДПТ в режиме динамического торможения. При управлении инвертором использовалась 6-ти секторная ШИМ базовых векторов с несущей частотой 2,5 кГц – 5 кГц.

Экспериментально получены статические механические характеристики (Рис. 6), 1 – СВБУ, 2 – работа в системе частотно-токового управления.

Рис. 6

Подтвержден общий диапазон регулирования скорости 50:1:

(6)

Исследовались динамические характеристики созданного привода при пуске на заданную скорость во всем диапазоне скоростей, определялся диапазон регулирования пускового момента. На рис. 7 показан пуск на скорость в режиме частотно-токового управления, а на рис. 8 – на номинальную скорость. Виден момент переключения структур управления.

Рис. 7

Рис. 8

Сравнивались переходные процессы в датчиковом варианте привода (результаты моделирования в среде MatLab и реальный эксперимент), бездатчиковом варианте (результаты моделирования в среде MatLab и реальный эксперимент) и процессы, полученные в режиме датчикового и бездатчикового векторного управления при заданных пусковых моментах. На рис. 9, 10 представлены результаты такого сравнения при номинальном пусковом моменте (а – датчиковая СУ, б – бездтчиковая).

Результаты экспериментального исследования подтвердили возможность создания асинхронных ЭП с БД СУ работоспособной в диапазоне регулирования скорости 50:1 и момента 10:1.

Рис. 9

Рис. 10

Получены динамические характеристики СВБУ АД при набросе нагрузки - рис. 11 (наброс номинальной нагрузки).

Рис. 11

Робастность, то есть нечувствительность системы к изменению параметров схемы замещения АД с КЗ ротором на 25%, заложенных в СУ, подтверждена серией экспериментов.

В заключении обобщены основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

В работе получены следующие научные результаты:

    1. Разработана бездатчиковая СУ АД с КЗ ротором, обеспечивающая диапазон регулирования 50:1 и отличающаяся:

а) оригинальной комбинированной структурой наблюдателя на основе скользящего режима, содержащего релейный элемент, реальное дифференцирующее звено и синусно-косинусный наблюдатель Калмана для фильтрации выходных составляющих сигнала потокосцепления ротора;

б) переключающейся структурой, построенной на основе системы частотно-токового управления на околонулевых скоростях и СВБУ на базе разработанного наблюдателя в остальном диапазоне;

  1. Создана математическая модель ПЧ-АД, позволяющая синтезировать регуляторы СВБУ и коэффициенты наблюдателя на основе скользящего режима и фильтра Калмана;
  2. Экспериментально доказано, что для двигателей мощностью выше 1,5 кВт в диапазоне отклонений +/- 25% индуктивности статора, активных сопротивлений цепи статора и ротора разработанная бездатчиковая СУ сохраняет устойчивость;
  3. Создан экспериментальный стенд, на котором подтвержден расчетный диапазон регулирования скорости бездатчиковой СУ 50:1, и диапазон регулирования момента 10:1.
  4. Разработанный алгоритм управления и ПО включены в библиотеку базовых алгоритмов при проектировании серийных ПЧ «Универсал» и «Конвир».

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

  1. Шеломкова Л.В., Алямкин Д.И. Система векторного бездатчикового управления асинхронным двигателем с переключаемой структурой // Электричество 2008. № 5. С. 30-35
  2. Козаченко В.Ф., Шеломкова Л.В. Цифровые наблюдатели для систем бездатчикового векторного управления // Труды XII Международной научн.-техн. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика»: Тез. Докл. В 3-х т., Издательство МЭИ, 2006, т. 2, с. 152-153
  3. Алямкин Д.И., Дроздов А.В., Шеломкова Л.В. Цифровые наблюдатели для систем бездатчикового векторного управления асинхронными двигателями // Труды МЭИ. Электропривод и системы управления – 2006. – Вып.682. – с. 27-33
  4. Козаченко В.Ф., Шеломкова Л.В. Система векторного бездатчикового управления асинхронным двигателем // Труды XIV Международной научн.-техн. конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика»: Тез. Докл. В 3-х т., Издательство МЭИ, 2008, т. 2, с. 133-134

Печ. л. Тираж Заказ

Pages:     | 1 ||






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