Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением

Марарескул, Александр Владимирович

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением

кандидата технических наук: Марарескул, Александр Владимирович
город: Красноярск
год: 2009
специальность ВАК РФ: 05.09.03
цена: 450 рублей

Диссертация по электротехнике на тему «Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением»

Автореферат диссертации по теме "Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением"

На правах рукописи

Марарескул Александр Владимирович

Индукторный электропривод

двойного питания с фазозависимым управлением

05.09.03 — электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск — 2009

003469790

Работа выполнена в ФГОУ ВПО 'Сибирский федеральный университет", г. Красноярск

Научный руководитель доктор технических наук, доцент,

Бронов Сергей Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Иванчура Владимир Иванович

кандидат технических наук Стрижков Анатолий Михайлович

Ведущая организация: Красноярский филиал ОАО «Электропроект»

(г. Красноярск)

Защита состоится 5 июня 2009 года в 14:00 на заседании диссертационного совета ДМ 212.099.06 при ФГОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" по адресу: ул. академика Киренского, 26а, Красноярск, 660074; ауд. Ж115; факс: (391) 2912-292 (для САПР); e-mail: sovet@front.ru; телефон: (391) 294-66-35.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета по адресу: улица академика Киренского, 26, Красноярск, корпус Г, помещение Г2-74.

Автореферат разослан 4 мая 2009 года.

Учёный секретарь

диссертационного совета

Р. Ю. Царев

Общая характеристика работы

Актуальность (техническая проблема). К электроприводам (ЭП) ряда объектов, например, систем поворота антенн и батарей солнечных космических аппаратов (КА), предъявляются повышенные требования в отношении статической и динамической точности (погрешность отработки угла — доли угловых градусов, отсутствие перерегулирования по углу поворота и скорости), сроку активного существования (САС) не менее 12 лет, массо-габаритных показателей и функциональных возможностей (равномерное вращение на малых скоростях, реверс, удержание объекта в заданном положении), минимизации числа датчиков обратной связи для уменьшения вероятности отказа. В последнее время в ЭП КА используются индукторные двигатели, называемые также синхронными двигателями с электромагнитной редукцией (СДЭР), у которых многофазная обмотка расположена на статоре, а за счёт явной зубчатости статора и ротора обеспечивается эффект электромагнитной редукции — угловая скорость ротора меньше частоты питания в число зубцов ротора (т. е. в 50...100) раз. В результате уменьшаются удары и износ в первой кинематической паре редуктора, что увеличивает САС КА. Недостатком СДЭР является «шагание» на низких скоростях из-за низких частот импульсного питания, и в связи с этим — необходимость сохранения редуктора, хотя и с меньшим передаточным числом.

Усовершенствованием СДЭР является индукторный двигатель двойного питания (ИДЦП), у которого на статоре размещена вторая многофазная обмотка, поэтому угловая скорость ротора пропорциональна не частоте (как у СДЭР), а разности частот первого и второго напряжений. Объединение принципов электромагнитной редукции и двойного питания делает ИДДП уникальным исполнительным двигателем низкоскоростных ЭП: принцип двойного питания обеспечивает равномерное вращение с малыми скоростями при высоких частотах питания (отсутствие «шагового эффекта»), а электромагнитная редукция — увеличение в десятки и сотни раз момента, что позволяет создавать безредукторные ЭП с исчезновением всех погрешностей редуктора (в том числе из-за его износа) и увеличением САС вследствие исчезновения большого числа механических трущихся частей.

При создании ЭП с ИДЦП используются некоторые результаты теории двигателей двойного питания (ДДП) на базе асинхронных двигателей, в развитие которой внесли вклад С. М. Гохберг, В. Т. Касьянов, А. И. Важнов, М. М. Ботвиник, Ю. Г. Шакарян, В. В. Рудаков, И. М. Столяров, В. А. Дартау, Г. Б. Онищенко, Ю. А. Сабинин, Н. Н. Блоцкий, И. Л. Локтева, Ю. П. Сонин, Б. А. Стромин, И. В. Тургенев, И. В. Гуляев, В. А. Барков и др.

Вопросами проектирования ИДЦП и ЭП на его основе успешно занимались такие учёные как А. С. Куракин, П. Ю. Каасик, С. А. Ковчин, В. В. Жуловян, В. В. Гапоненко, Б. П. Соустин, В. И. Пантелеев, В. А. Забуга, С. А. Бронов, С. В. Ченцов, В. В. Суханов и др.

В результате были разработаны методики проектирования ИДЦП, получены их математические модели, предложены способы управления, созданы экспериментальные ЭП. Но все разработки относились к режимам работы при частотно-независимом управлении (ЧНУ), когда угловая скорость ротора определяется задаваемыми извне частотами напряжений. Обеспечивая в этом режиме слабовозмущённое равномерное вращение на низких скоростях, ИДДП проявлял высокую колебательность и склонность к выпаданию из синхронизма (прекращению работы) из-за значительных колебаний угла нагрузки в переходных режимах. Удержание угла нагрузки в допустимых пределах (а двигателя в синхронизме) возможно при увеличении запаса по моменту, что требует увеличения массы и габаритов двигателя. Такой подход применяется сейчас также при использовании СДЭР, но с учётом тенденции к уменьшению отдельных подсистем КА, не является оправданным.

Схожие проблемы применительно к синхронным двигателям с одинарным питанием (СДПМ, СДЭР и др.) часто решаются с использованием так называемого режима бесколлекторного двигателя постоянного тока (БДПТ), в котором частота питания определяется

скоростью вращения ротора (а не наоборот, как при ЧНУ): в настоящее время так называемые вентильно-индукторные двигатели на базе СДЭР в режиме БДПТ производятся массовыми сериями. Для ДЦП возможны разные варианты режима БДПТ, но они слабо изучены. В одном из них, развиваемом научным коллективом под руководством Ю. П. Со-нина, предназначенном для силовых ЭП, основное внимание уделяется энергетическим, а не точностным и динамическим характеристикам. Частотно-векторное и частотно-токовое управления, являющиеся развитием режима БДПТ, не всегда приемлемы из-за большого числа вспомогательных элементов в системе управления. ИДДП обладают рядом специфических свойств, в частности, в них возможно равноправное управление по обеим обмоткам (их параметры близки), в то время как в классических ДЦП, как правило, управляют только по менее мощной цепи ротора. Для ИДЦП режим БДПТ практически не изучен.

Управление по двум обмоткам с использованием обычных электронных устройств затрудняет построение простых и надёжных ЭП, но применение принципов мехатроники на основе микропроцессорной обработки информации уменьшает аппаратную часть ЭП. При этом двигатели должны иметь минимальные естественные ограничения на управление — именно такими являются ИДДП. В микропроцессорных ЭП сложность законов управления несущественна, что открывает возможности для разработки новых способов управления.

Основная идея диссертации заключается в том, что для надёжного удержания в синхронизме в переходных режимах предложен новый способ управления ИДЦП, названный фазозаеисимым, в соответствии с которым вводится обратная связь по углу поворота с воздействием на фазовые сдвиги обоих питающих напряжений, при этом коэффициенты передачи распределяются между фазовыми сдвигами определённым образом, а их значения используются для управления, что в сочетании с другими управляющими координатами позволяет регулировать не только скорость, но также жёсткость механической и вид переходной характеристик без введения дополнительных обратных связей.

Научная проблема заключается в отсутствии теоретически обоснованных рекомендаций по применению предложенного способа фазозависимого управления ИДЦП.

Объект исследования — индукторный электропривод двойного питания с фазозависи-мым управлением.

Предмет исследования — статические, динамические и энергетические характеристики индукторного электропривода двойного питания с фазозависимым управлением.

Цель: исследование статических, динамических и энергетических характеристик индукторного двигателя двойного питания с фазозависимым управлением для разработки рекомендаций по построению систем управления.

Задачи исследования:

1 Разработка методики и алгоритмов автоматизированного получения математических моделей и реализация их с помощью символьного процессора программы МаШСАЕ).

2 Автоматизированное получение комплекса математических моделей ИДДП при фазо-зависимом управлении для статического и динамического режимов в форме нелинейных и линеаризованных уравнений переменных состояния и передаточных функций.

3 Исследование статических механических и динамических характеристик ИДЦП при фазозависимом управлении при различных управляющих координатах, анализ возможностей управления.

4 Исследование потерь в меди обмоток и возможностей их минимизации.

5 Разработка законов управления электроприводом с ИДЦП при фазозависимом управлении для отработки заданных изменений скорости и перемещений.

применением символьного процессора программы MathCAD для автоматизации получения аналитических моделей ИДЦП при фазозависимом управлении; численные методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений с использованием программ MathCAD и Matlab; комплексная автоматизация экспериментальных исследований на базе аппаратуры International Instruments, экспериментального образца двигателя, прецизионного датчика углового положения и программного обеспечения Lab VIEW 8.5.

Основные новые научные результаты, выносимые на защиту:

1 Предложен и теоретически обоснован новый способ фазозависимого управления индукторным двигателем двойного питания, в соответствии с которым обратная связь по углу поворота участвует в формировании фазовых сдвигов обоих питающих напряжений, при этом коэффициент распределения угла поворота между фазовыми сдвигами используется для управления.

2 Разработана и программно реализована в среде MathCAD методика автоматизированного получения в аналитической форме основных математических моделей для индукторного двигателя двойного питания.

3 Получен комплекс математических моделей индукторного двигателя двойного питания при предложенном способе фазозависимого управления для динамических и статических режимов, в различных системах координат, в виде систем нелинейных и линеаризованных дифференциальных уравнений, передаточных функций при различных управляющих координатах, включая коэффициент распределения угла поворота.

4 На основе теоретических и экспериментальных исследований динамических, статических и энергетических характеристик обоснованы алгоритмы управления индукторным двигателем двойного питания с использованием предложенного фазозависимого управления, обеспечивающие требуемые статические и динамические характеристики, минимизацию потерь в меди обмоток в установившемся режиме.

Значение для теории связано с развитием теории электрических машин и электроприводов на область индукторных электроприводов двойного питания с предложенным способом фазозависимого управления, а также с автоматизацией получения аналитических математических моделей и зависимостей.

Значение для практики заключается в том, что обеспечивается возможность формирования заданных статических и переходных характеристик с минимизацией потерь в меди обмоток при использовании единственной обратной связи по углу поворота.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается их удовлетворительным совпадением с результатами исследований на экспериментальной установке при использовании реального ИДЦП и контрольно-измерительного комплекса на базе аппаратуры International Instruments, в ходе чего выявлена адекватность разработанной модели двигателя, близость механических и динамических характеристик.

Результаты диссертации использованы в рамках технического предложения по одному из проектов разработки электроприводов для космических аппаратов в ОАО «Информационные спутниковые системы имени академика М. Ф. Решетнёва», а в части автоматизированного получения математических моделей с использованием символьного процессора — в учебном процессе по дисциплинам «Механика», «Математическое программное обеспечение» и «Основы теории автоматического управления» специальности 230104.65 "Системы автоматизированного проектирования" в научно-учебной лаборатории систем автоматизированного проектирования кафедры систем искусственного интеллекта Института космических и информационных технологий Сибирского федерального университета.

Все теоретические результаты диссертации получены лично автором, экспериментальные исследования выполнены лично при участии сотрудников научно-учебной лаборатории систем автоматизированного проектирования СФУ Авласко П.В. и Поваляева В.А.

Результаты диссертации могут быть использованы при создании низкоскоростных электроприводов с повышенными требованиями к точности воспроизведения перемещений, надёжности, отсутствию механических передач, например, для систем поворота антенн и батарей солнечных космических аппаратов, роботов и т. п. Методика автоматизированного получения аналитических моделей с помощью символьного процессора может служить методологической основой для создания автоматизированных рабочих мест электромеханика, а также для преподавания теории электрических машин и электропривода.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационных исследований были представлены на: международных двенадцатой и тринадцатой научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2001 и 2005 гг.); Всероссийской научно-методической конференции с международным участием «Повышение качества высшего профессионального образования» (г. Красноярск, СФУ, 2007 г.); XII Международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва (г. Красноярск, ФГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет», 2008 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из которых: 2 статьи в периодических изданиях по перечню ВАК, 1 статья в сборнике научных трудов; 1 статья в электронном журнале, зарегистрированном в НТЦ "Информрегистр"; 6 работ в трудах международных и всероссийских научно-технических конференций.

Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из 4 разделов, содержит основной текст на 121 е., 84 иллюстрации, 3 таблицы, 4 приложения на 41 е., список использованных источников из 161 наименования.

Содержание работы

Во введении приведены актуальность, объект, предмет, цель и задачи диссертации, перечислены использованные методы исследования, сформулированы полученные в диссертации и выносимые на защиту новые научные результаты, указано их значение для теории и практики, показана их достоверность и обоснованность.

В разделе 1 рассмотрены особенности исполнительных ЭП автономных объектов на примере систем поворота антенн и батарей солнечных космических аппаратов (КА) на основе синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ) и синхронных двигателей с электромагнитной редукцией (СДЭР). Показана сложность обеспечения низкоскоростного слабовозмущённого движения из-за шагового эффекта при импульсном низкочастотном питании, что для антенн и батарей солнечных приводит к механическим колебаниям и ре-зонансам, укорачивающим САС КА. Предложено улучшать характеристики ЭП за счёт использования индукторных двигателей двойного питания (ИДДП), являющихся усовершенствованием применяемых СДЭР и сочетающих принципы электромагнитной редукции и двойного питания (две многофазных обмотки на статоре), но пока слабо изученных. Приведено известное исходное математическое описание ИДДП в виде системы дифференциальных уравнений. Отмечено, что ИДДП при традиционном частотно-независимом управлении (ЧНУ) обеспечивает слабовозмущённое вращение в установившемся режиме на любых скоростях, но значительную колебательность (вплоть до выпадания из синхронизма) в переходных режимах. Для устранения последнего недостатка предложен новый способ фа-зозависимого управления (ФЗУ). Его реализация возможна на основе принципов мехатро-ники, предполагающих объединение электродвигателя, редуктора, датчиков и микропроцессорных регуляторов в единую систему со сложным преобразованием информационных и силовых сигналов. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

В разделе 2 рассмотрены особенности построения ЭП на основе ИДДП с ФЗУ. Получен комплекс математических моделей ИДДП с ФЗУ в виде: нелинейных дифференциальных уравнений в собственных и единой вращающейся системах координат, в виде линеаризо-

ванных уравнений в приращениях и уравнений для установившегося режима, в матричном виде и в виде полных и упрощённых (с учётом соотношения параметров двигателя и режима) передаточных функций при различных сочетаниях входных и выходных координат. Структурная схема индукторного ЭП двойного питания с ФЗУ приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схема индукторного электропривода двойного питания с ФЗУ в общем виде Инверторы формируют импульсные напряжения, но при широтно-импульсной модуляции и высокой частоте несущей токи в обмотках близки к синусоидальным, т. е. создающие их напряжения также могут быть приняты (ко)синусоидальными:

«,.(О = £/,„(<)• cos fa«)]; M') = c/2„«-cos[/?2(0]; 1

И» С) = Ub. (I) ■ COS [/?, (0 -120°]; u2b(t) = vim{t) ■ cos [&(/) -120°]; (1)

и., (0 = t/ta О"cos [Д С) - 240°] i «2«(0 = U*. (0 ■ cos [ft (i) - 240"],J где Ulm, ¡У2л| — амплитуды напряжений; Д, Д, отражают частоты и фазовые сдвиги напряжений; все величины зависят от времени t и могут быть управляющими величинами.

С помощью Датчика углового положения измеряется угол поворота ротора 6R, значение которого используется для задания фазовых сдвигов напряжений:

рг=ви+(кв-\ )-Kptd-eR+el+e2, (2)

где ке — коэффициент распределения угла поворота; ви — текущая фаза первого напряжения, соответствующая уравнению ¿вЛ I dt = аи, в котором аи — «частота возбуждения» первой обмотки; е, и е2 — фазовые сдвиги первого и второго напряжений.

При традиционном ЧНУ автоматически соблюдается задание угла как разности фазовых сдвигов, а скорости — как разности угловых частот питающих напряжений:

coR = (о, - 02) /К^, (3)

где aR — угловая скорость ротора; Кред = ZR sgn(Z„ -Zs), ZR, Zs — число зубцов ротора и статора; ¿а,, т2 — угловые частоты напряжений, значения которых соответствуют уравнениям:

d/3lldt = mi, dj3l/di = ml. (4)

При предложенном ФЗУ равенства (3) принудительно обеспечиваются Блоком распределения управлений согласно (2). Соответствующие им сигналы на входах Систем управления инверторами превращаются в задания амплитуд, частот и фазовых сдвигов напряжений. Управляющими координатами могут быть: коэффициент к0 распределения угла поворота ротора, частота возбуждения т^ первого напряжения, регулируемые фазовые сдвиги е,, ег и амплитуды Ulm, Ulm напряжений. Фазовые сдвиги напряжений определяются углом поворота ротора, поэтому угол нагрузки ви = Д - Д2 - К/М0Г =-ег всегда равен заданному г.г с надёжным удержанием ИДЦП в синхронизме. Введение в оба фазовых сдвига напряжений управляющей координаты с, позволяет с её помощью влиять на переходную составляющую, не изменяя вынужденной составляющей угла поворота.

Традиционно аналитические выражения математических моделей получают вручную. Применительно к ИДЦП с ФЗУ это приводит к громоздким выкладкам. В диссертации для автоматизации выкладок использован символьный процессор программы МаШСАЭ с удобным интерфейсом и представлением полученных результатов в обычной математической нотации, а его мощность достаточна для решения всех поставленных задач. При этом обеспечивается рассмотрение любых режимов, отсутствие ошибок, варьирование применяемых допущений, изменение используемых обозначений. Программирование для символьного процессора схоже с таковым на обычных алгоритмических языках, но имеет ряд особенностей. Поэтому для каждого этапа обобщённого алгоритма (рисунок 2) разработан и программно реализован конкретный алгоритм получения соответствующей модели, написана собственная библиотека символьных процедур.

Рисунок 2 — Обобщённый алгоритм получения математических моделей электромеханических устройств Алгоритмизация символьных выкладок при получении аналитических моделей электромеханических устройств в комплексе выполнена впервые и может считаться новым научным результатом, имеющим как теоретическое, так и практическое значение.

Математические модели ИДЦП с ФЗУ получены при обычных допущениях (в результате исходная модель ИДЦП становится схожей с моделью классического ДДП на основе асинхронного двигателя с фазным ротором): одна из статорных обмоток условно размещается на роторе, обе обмотки неявнополюсные, воздушный зазор равномерный; магнитная проводимость железа бесконечна по сравнению с воздушным зазором; насыщение, гистерезис и вихревые токи отсутствуют; магнитная индукция распределена в пространстве по косинусоидальному закону; имеет место электрическая и геометрическая симметрия для фаз каждой обмотки; форма питающих напряжений — косинусоидальная. Дополнительно учтено реальное соединение обмоток ИДЦП по схеме «звезда без общего провода».

Результатом автоматизированного выполнения алгоритмов первых шести этапов (рисунок 2) является нелинейная модель ИДЦП при ФЗУ в единой синхронной системе координат [ху], вращающейся вместе с вектором первого напряжения, в системе относительных единиц (базовыми единицами являются амплитуды напряжения и тока, угловая частота первого напряжения):

_ _

= V

¿Ог

~сй

сМ1 ' Л

'( У^г.-Ч'иЧ'гу)-,

где 1„ =

ч, ¥и

V > > V,,-

»2, щ, и2„-С05(Е1+Е2) Ри

'гу "г у и2т-ш(е1+£2) Угу

(Л¡7„

<¥2,

■ токи, напряже-

ния, потокосцепления, производные потокосцеплений по времени; М^ — электромагнитный момент; А/„ — статический момент нагрузки; юг — угловая скорость ротора; 0г — угол поворота ротора; сои — угловая частота «возбуждения» (первого напряжения);

4,+кдСЦ <*Аг 0

-ц 0 «к

"А 0

0 "А -[щЛК-

,к =

1/а£, 0 к21а1л 0

0 1/о£, 0 к2 / стЬ\

к, /стЪ2 0 1 /С42 0

0 к,/аЬ2 0 1/о£2

- ¿у, + 0,5Ь/1Л,

= 1,5/,,

--L.il,

а = 1 - 1)т /(¿, Ь2) = 1 - к1 к2, а1 = Я, / а£,, а2 = Д2 / а12; ¿л,, ¿/2 2 — взаимные индуктивности между фазами соответствующих обмоток; ¿/| 2 — взаимная индуктивность между многофазными обмотками; ¿я, ¿/2 — индуктивности соответствующих фазных обмоток; /?,, Д, — активные сопротивления соответствующих фазных обмоток.

Полученная математическая модель используется далее как базовая для получения всех остальных моделей. Незначительные различия между базовыми моделями при ФЗУ и ЧНУ приводят далее к существенным различиям в уравнениях для установившегося режима. В частности, из новых уравнений, в отличие от известных, невозможно получить аналитическое выражение механической характеристики (зависимости угловой скорости ротора от электромагнитного момента), которую приходится рассчитывать численными методами. Существенно меняются также линеаризованные модели в форме передаточных функций.

На этапе линеаризации с помощью символьного процессора автоматически выполняется разложение в ряд Тейлора в окрестностях точки установившегося режима с использованием оригинальных приёмов программирования для автоматического выделения выражений для установившегося режима и уравнений в приращениях для динамического режима.

Для установившегося режима базовыми являются выражения потокосцеплений: _ [с ■ С05(£, „) + </■ „)]£/,„„ + [Ь ■ 5Ш(£, 0 + ег „) - а • ««(е, „ + е20)]Ц 2т0а,к2,

аг+Ьг

Уы

¥гуо

[С ■ 0) - ■ „ )]С/,„„ - [Ь ■ соз(гг, „ + е2 „) + а ■ 5т(е, „ + е2 0 )]Ц2т0а,к2

а1 +Ъг

[Ь ■ 5т(£, „) - а • С05(е, 0 )}Ума2к, + [е • соэ^ 0 + е2 0) + / ■ 5т(г>, 0 + Е20)]Ц2т0

а'+Ь1

[-Ь • С05(£, „) - а • 51п(с1 а)Уыаагк\ + [е ■ эт^ 0 + е20) -/ ■ сж(е1„ + е20)]Ц2„

аг+Ь1

где а = ™1Ям>20 - ааха2; Ъ = IV, 0а2 - и>20аг,; с = м^а, + ста,«2; <1 - IV, 0и£0 + (1 - о-)с£1а2^2 0 + н>, 0а2; е = / = (<0+а12)^20-(сг-1)а1а2^,0; IV,0 = юио + ктшг0; и>20 = <уьо + (4„0-1)иг0; ин-

декс 0 соответствует установившимся значениям; по ним рассчитываются токи и момент:

= -Г^^О^О - У,аР2уо) = М1.0 + М20 + М120 ,

где Мш

М„

аЦЬ^+Ь2)

А. 1,1 ы _ «Л'П.оА

г / 2 . »2ч 1т0> 2.0 Г г / 2 .

+ а,а2(т)2 +(^|0а;2 -1У20а,)г вт

и1„.

, + агаап ■

<гу,2(а2+г>2) ши' 2и оЦЬ2(а +Ь ) Полученные выражения используются для расчёта начальных условий при численном интегрировании, но для аналитических исследований слишком громоздки, поэтому они упрощены с учётом реального соотношения параметров ИДЦП и режима работы (частот питания и скорости ротора):

Щ.0+а1

и>,„+а,

- агс1;

и,.

+а21У|0

¿Л.

, + агод

Л,"2.о

■2.о-агс1а— ЛЛ2

(7)

)(< + а,2)К2о+а22) д/^20 +а2 Упрощённое выражение момента (без учёта составляющих с и (/2т0 близких по величине, имеющих разные знаки и взаимно компенсирующихся): ЬщУы(¿/2„оУКоЦ,2.0 +(",|.0а2 -'"2.0«|)2 ,

м„ = -

щ-

Л^оЧ

IV, „а, -IV, „а,

аЦЬ2(аг +Ь2) ч..........(8)

Выражение (8) позволяет анализировать механическую характеристику М0 = /(а>г0) ИДЦП с ФЗУ при варьировании управляющих величин: амплитуд иыа и С/2т0, частоты возбуждения (входит в «<10 и 1У20), фазового сдвига г.1п (являющегося одновременно углом нагрузки), коэффициента распределения угла поворота ротора кт. Фазовый сдвиг первого напряжения е10 отсутствует, поэтому на установившийся режим работы не влияет.

Автоматически полученная система линеаризованных уравнений в приращениях для предложенного ФЗУ выглядит следующим образом:

— = Ах + Вй + Сг; Л

У = Сх;

(9)

А =

Щ.0 а,к2 0

-'По -а. 0 а,к2

агК 0 -а2

0 "гК ~аг -(к-т-^УРга

К„Ч>гл и -К^ио и

, х =

V: у*

Чд

с =

0 -*2/(O£,) 0 0 , У =

0 1/(о£,) 0 -к2/(аЦ) 0

0 l/(ai2) 0 0 »2,4

, r = M1IA , G =

0 0 1 /(d,) 0 l2yA

-K-mYlyJJ -KjVuJ-1 0

0 0 0 0 l/p

в = cos(c10) 0 V\ yb -Мщ, sinfoo) 0

sinfoj 0 -Via ^«cCOS^li) 0 -fi'roVuo

0 cos(e10 + t20) V2y« -U2masin(el0 + £20)

0 яфц+%) -v2M

0 0 0 0 0 0

и J

где х, и, г, у —векторы состояния, управления, возмущения, выхода (индексом А помечены приращения соответствующих переменных). В матрицы А, В, С, С входят установившиеся значения переменных состояния (индекс 0), рассчитываемые в точке линеаризации. Скорость ротора не имеет аналитического выражения через момент нагрузки и рассчитывается численными методами (при ФЗУ скорость зависит от нагрузки, при традиционном ЧНУ скорость равна разности частот питания и от нагрузки не зависит).

Полученные выражения для ФЗУ отличаются от известных для ЧНУ тем, что: в П отсутствует частота второго напряжения, но присутствует коэффициент распределения угла поворота ротора к„.л, характерный для предложенного ФЗУ; в х отсутствует угол поворота ротора, так как ИДДП с ФЗУ не может находиться в режиме синхронного стояния (невозможно равенство частот обоих напряжений). Поэтому получаемые далее выражения передаточных функций для ФЗУ существенно отличаются от известных для ЧНУ.

Далее выполнено автоматическое преобразование по Лапласу линеаризованной модели ИДЦП при ФЗУ с заменой переменных их изображениями, получена матричная передаточная функция, осуществлён переход к частным передаточным функциям в виде отношения двух полиномов, для которых рассчитаны коэффициентов, нули и полюсы, выделены типовые динамические звенья:

ду, ) Чл(Р) К (l + W)(Oг+2Я.,*W + 1)

XV= = К

(1 + гмр)(Г22ыр2+%г

(l + h.ld,P)(l + T3.2J,P)

аи,{р) V + T^pWIP1 +2SiJi„P + WLP2 + + Ъ'

г,л(Р) 4 Q + ^pWLp2 +2^р + Ш22У +26-^7^+1)'

= Ks ЛР)

(1 + т5Лс„р)(Т2м„рг + 2 д5Лс„Т5М„р+1) (1 + ^PWLP1 + 2S^P + WLP2 + +1)' _У + ЧмРЖ + ЧмР)_.

W,(p) =

a>Jj>) . „ (TiW ^lyJ^P + WLbP1 + 2<T7,M W + ')

M„¿p) Q + r^pW^+lgtJ^p+WLp'+l-g.J^p + xy где riJch, T[ jrh, g: jih — постоянные времени и коэффициенты демпфирования числителя; rlztl, Tia, д.гп — постоянные времени и коэффициенты демпфирования знаменателя.

Передаточные функции предназначены в первую очередь для синтеза системы управления. В них рассматриваются: в качестве выходной координаты — скорость ротора <угЛ; в качестве управляющих координат— коэффициент распределения угла поворота ротора к„х, частота возбуждения шил, фазовые сдвиги напряжений е1Л и е2Д, амплитуды напряжений иык, (У2тД; в качестве возмущения — статический момент Л/„Л.

У разных экземпляров ИДДП, различающихся по мощности в десятки раз, параметры в относительных единицах близки, поэтому полученные выражения являются универсальными. Погрешность упрощённых выражений относительно полных составляет 5... 10%.

В разделе 3 с помощью выражений из раздела 2 исследованы свойства индукторного ЭП двойного питания с ФЗУ, для чего: построены механические характеристики М0 = /(<уго) > рассчитаны постоянные времени и коэффициенты демпфирования передаточных функций в зависимости от управляющих координат в точке линеаризации, выявлен характер воздействия различных управляющих координат на скорость ротора. Наличие шести управляющих координат позволяет строить систему управления, комбинируя их между собой в зависимости от цели управления. Часть типовых динамических звеньев числителя и знаменателя имеют близкие параметры, т. е. взаимно компенсируются. Передаточная функция для £|Л содержит дифференцирующее звено, т. е. влияет только на динамику. Выявлено, что тип некоторых динамических звеньев меняется при изменении некоторых управляющих координат. Поэтому часть управляющих координат может использоваться для регулирования угловой скорости и угла поворота, а часть — для изменения динамических свойств ЭП без введения дополнительных обратных связей.

Анализ механической характеристики позволил оценить возможности управления скоростью ротора и влияние на неё нагрузки. Идеальная механическая характеристика должна быть жёсткой, т. е. с малым наклоном (скорость не должна зависеть от нагрузки), обеспечивать изменение скорости при отсутствии нагрузки (А/0 = 0), быть реверсивной (в первом и третьем квадрантах), линейной, сдвигающейся параллельно самой себе в широком диапазоне пропорционально изменению управляющей координаты. Из шести доступных управляющих координат при ФЗУ механическую характеристику, наиболее приближенную к идеальной, обеспечивает фазовый сдвиг второго напряжения е10 (рисунок 3): скорость пропорциональна е10 с учётом его знака (т. е. обеспечивается реверс).

Рисунок 3 — Механические характеристики ИДДП с ФЗУ при е20 = уаг Выявлено существенное влияние коэффициента распределения угла поворота на свойства ЭП: при 0 < кв < 1 повышаются жёсткость механической характеристики (рисунок 4,а) и колебательность переходного процесса; при кд > 1 переходный процесс имеет апериодический характер при регулировании скорости, например, изменением иы:

= = , (10)

но механические характеристики становятся очень мягкими (рисунок 4,6).

0<к, <1

к.=ОЛ

М ■ ; ■■ и '

а) б)

Рисунок 4 — Механические характеристики ИДДП с ФЗУ при к0 = уаг Таким образом, избыточность управляющих координат позволяет организовать гибкое управление статическими и динамическими свойствами ИДДП с ФЗУ.

В разделе 4 на основе проведённых в предыдущих разделах исследований в качестве применения предложенного ФЗУ разработан комбинированный способ управления ЭП с ИДДП, при котором в установившемся режиме (при постоянной или нулевой скорости) используется традиционное ЧНУ, а на стадии разгона и торможения подключается обратная связь по углу поворота в соответствии с предложенным ФЗУ. Сигнал по углу поворота включается параллельно на каналы управления — по фазовым сдвигам в соответствии с (2) и амплитудам питающих напряжений \\'1 (/;) и \\'2 (р). Управляющие координаты в зависимости от требуемой конечной скорости ротора при разгоне (торможении):

¿ЛМ„(<,+а12Ж2о+<*22)

— агсЪ

то „а, - «'„а .

и,.=и,=.м,

А ¿2

Ко+«|Жо+«г)

(П)

о)

Амплитуды напряжений иы, и2т одинаковые в соответствии с (11). Статический момент может иметь разные знаки, но знаменатель выражения в (11) также будет иметь соответствующий знак и подкоренное выражение всегда будет положительное. В процесс отработки задания ИДДП надёжно удерживается в синхронизме, но имеет место колебательность скорости (рисунок 5, а), что способно вызвать удары в механизмах, колебания и ре-зонансы, а в результате — возможное сокращение САС ЭП и КА.

" • 6).......,........

Рисунок 5 — Отработка перехода с одной скорости на другую Для уменьшения колебательности предложено использовать задатчик интенсивности (ЗИ), позволяющий изменять характер управляющего воздействия (рисунок 6).

^Лр)

Рисунок 6 — Структурная схема включения задатчика интенсивности В качестве ЗИ используется апериодическое звено первого порядка:

, £2Д 0») 1

^(Р) О + ЫР) 13

Необходимо выбрать оптимальную постоянную времени тл из условий уменьшения колебательности, но без увеличения времени регулирования. Для этого с использованием полученных ранее передаточных функций и символьного процессора МаЛСАО найдено аналитическое выражение переходной характеристики для системы на рисунке 6 при ступенчатом входном воздействии е24г и её амплитудное значение:

^ ^ _7^2__

(12)

К.-ТГ^т^ + -2Г2„ггЛ„ -\)(д2„ +1)

е>гЛ0 =

2 , (13)

Задаётся малая величина показателя Ат (порядка 0,1) и численно рассчитывается ги, при котором обеспечивается практически апериодический характер переходного процесса (13) без увеличения его длительности (рисунок 5, б). Это — пример практического использования полученных передаточных функций ИДДП с ФЗУ при проектировании ЭП.

Наличие избыточного числа управляющих координат позволило решить задачу минимизации потерь в меди обмоток для режима вращения с постоянной скоростью, наиболее длительного в процессе функционирования ЭП КА. С учётом комбинированного управления задача решалась отдельно для традиционного ЧНУ и для предложенного ФЗУ. В обоих случаях определялось выражение мощности потерь в меди обмоток (через токи и активные сопротивления).

Мощность потерь в меди обмоток при ЧНУ

= 9»

(а,£2 + агЦ) _ 2Ьт (а, + а2)

(14)

ХЬ2 о~ЦЬ2 V Ьт

где д„ = иы / а, =и2т/а>г — одинаковый для обоих напряжений коэффициент пропорциональности между амплитудой и частотой, оптимальное значение которого

,=1

М„Л

(15)

(16)

Мощность потерь в меди обмоток при ФЗУ

р _+___

ФЗУ Ц - [(е>ь + кво)г)2 + а2] ¿22-[К+(^-1К)2+а22]' Для заданной скорости численными методами определяются значения управляющих координат кв, сои, иХт, и2т, при которых потери буду минимальными. Фазовые сдвиги е, и е2 не влияют на потери и могут использоваться как дополнительные сигналы управления.

Описана разработанная методика параметрической идентификации ИДДП. Приведено описание экспериментальной установки (рисунок 7) для проверки адекватности математических моделей ИДДП и работоспособности ЭП с предложенным ФЗУ.

Иссмдуыог ЭЛ/У

Блок ¡аОани» цнщенш

Рисунок 7 — Автоматизированный испытательный стенд На рисунке 7 ЭМУ — электромеханическое устройство (ИДДП); БПЭМУ, БПЗВ — блоки питания ЭМУ и задатчика вращения; БДМП — блок датчиков механических параметров; БУМН — блок управляемой механической нагрузки; ПС — платы сопряжения.

Заключение

Для удовлетворения повышенных требований к ЭП КА в части точности, плавности вращения, энергопотребления, срока активного существования предложено вместо применяемых в настоящее время СДЭР использовать ИДЦП, отличающиеся наличием второй многофазной обмотки на статоре. Достигаемый в СДЭР положительный эффект от электромагнитной редукции дополняется положительным эффектом от принципа двойного питания, что позволяет повысить плавность вращения на малых скоростях вращения ротора, исключив при необходимости механический редуктор. Основная задача диссертации — научное обоснование решений для снижения колебательности угла, скорости и момента ИДДП и повышения устойчивости в переходных режимах— решается использованием предложенного и изученного в диссертации способа управления, названного фазозависи-мым (ФЗУ), схожим с режимом бесколлекторного двигателя постоянного тока, но учитывающим особенности двойного питания. Для предложенного ФЗУ получен комплекс математических моделей ИДДП: в виде нелинейных дифференциальных уравнений в собственных и единой вращающейся системах координат, линеаризованных уравнений в приращениях и уравнений для установившегося режима, в матричном виде и в виде полных и упрощённых (с учётом реально соотношения параметров двигателя и режима) передаточных функций при различных входных и выходных координатах.

Ввиду громоздкости аналитических выкладок все математические преобразования автоматизированы с использованием символьного процессора программы MathCAD, для чего разработан и программно реализован алгоритм символьных преобразований, отработана методика символьных выкладок для анализа электромеханических устройств.

Изучение статических и динамических характеристик ИДДП при фазозависимом управлении позволило выявить особенности управления угловой скоростью ротора при изменении частоты возбуждения, амплитуд и фазовых сдвигов обоих питающих напряжений, коэффициента распределения угла между фазовыми сдвигами питающих напряжений. Сформулированы рекомендации по применению фазового сдвига второго питающего напряжения для регулирования угловой скорости, а амплитуд и фазового сдвига первого питающего напряжения — для уменьшения колебательности в переходных режимах.

Выявлено существенное влияние коэффициента распределения угла поворота между фазовыми сдвигами питающих напряжений на процессы в установившемся и переходном режимах: при его значении меньше 1 обеспечивается эффективное регулирование установившейся скорости, при значении больше 1 — апериодический вид переходного процесса.

Для построения ЭП с высокой точностью воспроизведения скорости и угла поворота предложено использовать комбинированное управление, в соответствии с которым для отработки вращения с постоянной скоростью используется ЧНУ, а для отработки изменения скорости и угла поворота — ФЗУ, для чего на стадии разгона и торможения подключается обратная связь по углу поворота с введением сигнала по углу на два параллельных канала управления— фазовыми сдвигами и амплитудами питающих напряжений. Полученные аналитические и численные модели позволяют рассчитать вид и величину управляющих воздействий в зависимости от желаемых скорости и угла поворота.

Наличие избыточных управляющих координат позволило минимизировать потери в меди обмоток в установившемся режиме (характерном для ЭП КА) для традиционного ЧНУ и для предложенного ФЗУ, что позволило при предложенном комбинированном управлении формировать требуемые динамические и энергетические характеристики ЭП.

Адекватность разработанных математических моделей и работоспособность предложенных алгоритмов управления подтверждены экспериментально с помощью созданного с участием автора стенда на базе аппаратуры International Instruments, образца ИДДП, 17-разрядного датчика углового положения и программного обеспечения Lab VIEW 8.5.

Публикации автора по теме диссертации

Публикации в изданиях по перечню ВАК:

1 Марарескул, A.B. Способы управления индукторными двигателями двойного питания/ Е.Е. Носкова, A.B. Марарескул// Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2007. Вып.2 (15). С.82—87.

2 Марарескул, A.B. Подсистема моделирования системы автоматизированного проектирования прецизионных электроприводов / A.B. Марарескул и др. // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. 2007. Вып.2 (15). С.38—42.

Прочие публикации:

3 Марарескул, A.B. Оптимальный по минимуму потерь в меди обмоток пропорциональный закон двухканального частотного регулирования скорости индукторного двигателя двойного питания / С.А. Бронов, В.В. Суханов, A.B. Марарескул// Информатика и системы управления: сб. науч. тр. Красноярск: ГУ НИИ ИПУ КГТУ, 2003. Вып.9. С.85—91.

4 Марарескул, A.B. Параметрическая идентификация электромеханических устройств [Электронный ресурс] / С.А. Бронов, A.B. Марарескул и др. // Электроника и информационные технологии. Саранск: ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева». 2008. №2. 19 с. Электрон, науч. период, изд.; № гос. регистрации в Государственном регистре баз данных НТЦ «Информрегистр» 0420800067. Режим доступа к журн.: http://fetmag.mrsu.ru. Загл. с экрана.

5 Марарескул, A.B. Асинхронный инверторный электропривод с микропроцессорным управлением / В.А. Лебедев, A.B. Марарескул// Электроприводы переменного тока. Тр. междунар. двенадцатой науч.-техн. конф. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. С. 277—280.

6 Марарескул, A.B. Проектирование прецизионных электроприводов переменного тока для автономных установок / С.А.Бронов, А.В.Марарескул и др. // Электроприводы переменного тока. Тр. междунар. тринадцатой науч.-техн. конф. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. С. 263—266.

7 Марарескул, A.B. Использование среды SIMULINK пакета MatLab в научных исследованиях и учебном процессе на примере моделирования электромеханического устройства/ П.Ю. Казачков, A.B. Марарескул // Повышение качества высшего профессионального образования: Материалы Всероссийской науч.-методич. конф. с междунар. участием, 19— 21 апреля 2007 г., Красноярск: в 2 ч. 4.1. Красноярск: СФУ, 2007. С.293—297.

8 Марарескул, А. В. Некоторые приёмы использования символьных преобразований в среде MathCAD для целей научных исследований и обучения / А. В. Марарескул и др. // Повышение качества высшего профессионального образования: Материалы Всероссийской науч.-метод. конф. с междунар. участием, 19—21 апреля 2007 г., Красноярск: в 2 ч. 4.1. Красноярск: СФУ, 2007. С.278—282.

9 Марарескул, А. В. Фазовый способ управления индукторным двигателем двойного питания / А. В. Марарескул, С. А. Бронов и др. // Решетневские чтения : материалы XII Междунар. науч. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева (10—12 нояб. 2008, г. Красноярск); Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2008. С. 129—131.

10 Марарескул, А. В. Алгоритм автоматизированного получения математической модели электромеханического устройства / С. А. Бронов, А. В. Марарескул и др. // Решетневские чтения : материалы XII Междунар. науч. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнева (10—12 нояб. 2008, г. Красноярск); Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2008. С. 256—257.

Подписано в печать 24.04.2009. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 1. Тираж 100 экз.

ИКИТ Сибирского федерального университета

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Марарескул, Александр Владимирович

Содержание.

Определения, обозначения и сокращения.

Введение.

1 Проблематика, цель и задачи работы.

1.1 Электроприводы автономных объектов и мехатроника как методологическая основа их проектирования.

1.2 Основные составляющие электроприводов и их проектирование с использованием принципов мехатроники.

1.3 Автоматизация проектирования мехатронных систем.

1.4 Индукторные двигатели двойного питания (ИДДП).

1.4.1 Конструкция и принцип действия ИДДП.

1.4.2 Исходное математическое описание ИДДП.

1.5 Способы управления двигателями переменного тока и их применение для ИДДП.

1.5.1 Общая характеристика способов управления ИДДП.

1.5.2 Частотное управление ИДДП.

1.5.3 Амплитудное управление ИДДП.

1.5.4 Частотно-токовое управление двигателем двойного питания.

1.5.5 Частотно-векторное управление двигателем двойного питания.

1.5.6 Частотно-зависимое управление двигателем двойного питания.

1.5.7 Фазовое управление ИДДП.

1.6 Научная проблема, цель и задачи диссертационного исследования.

Выводы по разделу 1.

2 Математическое описание индукторного электропривода двойного питания с фазозавнсимым управлением.

2.1 Реализация фазозависимого управления ИДДП.

2.2 Алгоритмы автоматизированного получения математического описания

ИДДП при фазозависимом управлении.

2.2.1 Обобщённый алгоритм получения математической модели ЭМУ.

2.2.2 Алгоритм автоматизированного формирования двухфазной модели при схеме соединения обмоток «звезда без общего провода».

2.2.3 Алгоритм автоматизированного преобразования к единой системе координат.

2.2.4 Алгоритм автоматической линеаризации, получения уравнений статики и передаточных функций.

Выводы по разделу 2.

3 Механические характеристики и передаточные функции индукторного двигателя двойного питания с фазозавнсимым управлением.

3.1 Механические характеристики ИДДП с фазозавнсимым управлением.

3.1.1 Механические характеристики как предмет исследования с точки зрения управления ИДДП.

3.1.2 Механические характеристики ИДДП с фазозавнсимым управлением при регулировании угловой скорости ротора изменением коэффициента распределения угла поворота ротора.

3.1.3 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при регулировании угловой скорости ротора изменением частоты возбуждения.

3.1.4 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при регулировании угловой скорости ротора изменением фазовых сдвигов напряжений.

3.1.5 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при регулировании угловой скорости ротора изменением амплитуд напряжений.

3.2 Оценка динамических характеристик ИДДП с фазозависимым управлением по передаточным функциям.

3.2.1 Задачи и методы изучения динамических характеристик ИДДП с фазозависимым управлением.

3.2.2 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты амплитуды первого напряо!сения.

3.2.3 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты амплитуды второго напряжения.

3.2.4 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты частоты возбуждения (первого напряэ/сения).

3.2.5 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты фазовых сдвигов напряжений.

3.2.6 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты коэффициента распределения угла поворота ротора.

3.2.7 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при воздействии возмущения в виде статического момента нагрузки.

Выводы по разделу 3.

4 Практическая реализация теоретических результатов.

4.1 Использование режима работы ИДДП с фазозависимым управлением.

4.1.1 Комбинированное управление позиционированием ротора.

4.1.2 Минимизация потери в меди в статическом режиме при комбинированном управлении позиционированием ротора.

4.2 Экспериментальные исследования.

4.2.1 Экспериментальный стенд для исследования свойств ИДДП.

4.2.2 Параметрическая идентификация электромеханических устройств.

4.2.3 Экспериментальная проверка адекватности математического описания ИДДП для фазозависимого управления.

Выводы по разделу 4.

Введение 2009 год, диссертация по электротехнике, Марарескул, Александр Владимирович

Актуальность (техническая проблема). К электроприводам систем поворота антенн (СПА) и батарей солнечных (СПБС) космических аппаратов (КА) предъявляются повышенные требования в отношении статической и динамической точности (погрешность отработки угла — доли угловых градусов, отсутствие перерегулирования по углу поворота и скорости), надёжности (не менее 12 лет активной службы), массогабаритных показателей и функциональных возможностей (равномерное вращение на малых скоростях, реверс, удержание объекта в заданном положении), работа без датчиков обратной связи или с единственным датчиком угла поворота. Ввиду того, что по соображениям надёжности считается нецелесообразным использование в КА сложных систем управления с большим числом датчиков и контуров регулирования (т. е. с большим числом контактов и проводников), совершенствование электроприводов для КА идёт в основном за счёт улучшения элементной базы— электродвигателей, датчиков углового положения, устройств электропитания и механических редукторов. В последнее время в качестве исполнительных электродвигателей широко используются индукторные двигатели, называемые также синхронными двигателями с электромагнитной редукцией (СДЭР), у которых многофазная обмотка расположена на статоре, а за счёт явно выраженной зубчатости статора и ротора обеспечивается эффект электромагнитной редукции (т. е. угловая скорость ротора меньше частоты питания). Главное достоинство таких двигателей — низкая номинальная угловая скорость при повышенных значениях электромагнитного момента: коэффициент электромагнитной редукции равен числу зубцов ротора и составляет от 40 до 100 и более. Таким образом, уменьшается'угловая скорость первой кинематической пары редуктора, что уменьшает удары и износ в ней. Это позволяет существенно уменьшить передаточное число механического редуктора и тем самым — повысить надёжность работы всего электропривода. Недостатком СДЭР является то, что требуемые очень низкие (ползучие) скорости вращения обеспечиваются низкими частотами импульсного питания, так как угловая скорость пропорциональна частоте питания. Это приводит к возникновению шагового эффекта. Во избежание этого приходится сохранять механический редуктор (тогда можно задавать более высокие частоты питания), что уменьшает положительный эффект от использования электромагнитной редукции и негативно сказывается на надёжности и массо-габаритных показателях электропривода.

Одной из разновидностей индукторных двигателей является индукторный двигатель двойного питания (ИДДП), у которого на статоре располагаются две многофазных обмотки. В результате ИДДП может использоваться в режиме двойного питания аналогично асинхронному двигателю с фазным ротором (АДДГТ), когда угловая скорость ротора пропорциональна не частоте (как у СДЭР), а разности частот первого и второго питающих напряжений. Соединение в ИДДП принципов электромагнитной редукции и двойного питания делает его уникальным исполнительным элементом низкоскоростных электроприводов: за счёт принципа двойного питания обеспечивается равномерное вращение с как угодно малыми (в том числе "ползучими") скоростями ротора при сравнительно высоких частотах питания, а за счёт электромагнитной редукции — увеличение в десятки раз номинального электромагнитного момента. В целом это позволяет перейти к так называемым безредукторным электроприводам, в которых механический редуктор вообще отсутствует или имеет небольшое передаточное число, определяемое не целью снижения скорости, а иными функциональными потребностями — например, необходимостью изменения направления вращения, создания эффекта самоторможения и т. п. В результате значительно уменьшаются или полностью исчезают все погрешности, вносимые редуктором (в том числе и в процессе его износа), а также повышается надёжность электропривода из-за исчезновения большого числа вращающихся и трущихся механических частей, проблем со смазкой. Но в настоящее время теория ЭП с ИДДП недостаточная развита, что требует дополнительных исследований.

При создании электроприводов с ИДДП используются некоторые результаты теории классического АДДП, в развитие которой большой вклад внесли С. М. Гохберг, В. Т. Касьянов, А. И. Важнов, М. М. Ботвиник, Ю. Г. Шакарян, В. В. Рудаков, И. М. Столяров,

B. А. Дартау, Г. Б. Онищенко, Ю. А. Сабинин, Н. Н. Блоцкий, И. J1. Локтева,ТО. П. Сонин, Б. А. Стромин, И. В. Тургенев, И. В. Гуляев, В. А. Барков и др. .-/'•

Вопросами проектирования ИДДП и электроприводов на его основе в .I960—1990-е годы успешно занимались в Ленинградском институте авиационного приборостроения (ныне Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения), Ленинградском политехническом институте (ныне Санкт-Перебургский государственный технический университет), Новосибирском электротехническом институте (ныне Новосибирский государственный технический университет), Красноярском политехническом институте (ныне Сибирский федеральный университет) такие учёные как А. •

C. Куракин, П. Ю. Каасик, С. А. Ковчин, В. В. Жуловян, В. В. Гапоненко, Б. П. Соустин,. В. И. Пантелеев, В. А. Забуга, С. А. Бронов, С. В. Ченцов, В. В. Суханов и др.

В результате были разработаны методики проектирования двигателей, получены их математические модели, предложены некоторые способы управления, исследованы свойства ИДДП, создан отдельные опытные варианты электроприводов. Но все разработки касались синхронного реэ/сима работы при частотно-независимом управлении, когда угловая скорость ротора определяется задаваемыми извне частотами питающих напряжений: Обеспечивая в этом режиме слабовозмущённое равномерное вращение на. низких скоростях, ИДДП проявлял высокую колебательность и склонность к выпаданию из синхронизма (прекращению нормальной работы) из-за значительных колебаний угла нагрузки: при переходе на новую скорость или отработке углового перемещения.

Удержание угла нагрузки в допустимых пределах (а двигателя в синхронизме), в переходных режимах возможно при увеличении запаса по моменту, но это означает увеличение массы и габаритов двигателя. Такой подход применяется в настоящее время, в том числе, при использовании СДЭР, но с учётом общей тенденции к миниатюризации отдельных подсистем КА, не является оправданным:

Известно, что аналогичные проблемы применительно к синхронным двигателям с одинарным питанием (синхронным двигателям с постоянными магнитами, СДЭР и др.) решаются, в частности, использованием так называемого режима вентильного двигателя ВД (или аналогичного ему режима бесколлекторного двигателя постоянного тока БДПТ), в котором частота питания определяется скоростью вращения ротора (а не наоборот, как в синхронном режиме при частотно-независимом управлении. В настоящее время так называемые вентильно-индукторные двигатели (ВИД) на базе СДЭР выпускаются на различные мощности массовыми сериями всеми ведущими мировыми производителями электродвигателей. Для двигателей с одинарным питанием вариантов использования режима БДПТ немного, но применительно к двигателям двойного питания их становится существенно больше и они почти не изучены. Имеются разработки, связанные с применением частотно-векторного управления (TRANSVEKTOR фирмы «Сименс»), частотно-токового управления (В. Н. Бродовский, Е. С. Иванов), которые фактически являются развитием режима БДПТ, но предполагают сложную систему управления с использованием нескольких датчиков и преобразователей сигналов, что делает применение их в рассматриваемом классе электроприводов нежелательным. Интересные результаты в направлении использования режима БДПТ для классических АДДП получены научным коллективом под руководством Ю. П. Сонина, но рассматриваемые электроприводы являются силовыми и в них внимание уделяется, прежде всего, энергетическим характеристикам, в то время как для рассматриваемого класса электроприводов основными требованиями являются равномерность вращения, статическая и динамическая точность. Специфика ИДДП также в том, что в ИДДП существует возможность равноправного управления по обеим обмоткам (их параметры могут быть практически одинаковыми), в то время как в АДДП желательно управлять по цепи ротора, всегда менее мощной по сравнению с цепью статора.

Управление по двум каналам (двум обмоткам) ИДДП с использованием обычных блоков электроники в виде отдельных устройств существенно усложняет задачу построения простых и надёжных электроприводов, что для КА представляется существенным недостатком, по применение принципов мехатроники на основе микропроцессорной (с помощью микроконтроллера) обработки информации и формирования законов изменения управляющих величин позволяет минимизировать аппаратную часть системы управления. При этом важно, чтобы исполнительные двигатели имели минимальные естественные конструктивные ограничения на управление — именно такими двигателями являются ИДДП. В случае микропроцессорного управления сложность законов управления не играет решающей роли, что открывает возможности для использования новых способов управления ИДДП.

Основная идея диссертации заключается в том, что для надёжного удержания в синхронизме в переходных режимах предложен новый способ управления ИДДП, названный фазозависимым, в соответствии с которым вводится обратная связь по углу поворота с воздействием на фазовые сдвиги обоих питающих напряжений, при этом коэффициенты передачи распределяются между фазовыми сдвигами определённым образом, а их значения используются для управления, что в сочетании с другими управляющими координатами позволяет регулировать не только скорость, но также жёсткость механической и вид переходной характеристик без введения дополнительных обратных связей.

Научная проблема заключается в отсутствии теоретически обоснованных рекомендаций по применению предложенного способа фазозависимого управления ИДДП.

Объект исследования — индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением.

Задачи исследования:

1 Разработка методики и алгоритмов автоматизированного получения математических моделей и реализация их с помощью символьного процессора программы MathCAD.

2 Автоматизированное получение комплекса математических моделей ИДДП при фазозависимом управлении для статического и динамического режимов в форме нелинейных и линеаризованных уравнений переменных состояния и передаточных функций.

3 Исследование статических механических и динамических характеристик ИДДП при фазозависимом управлении при различных управляющих координатах, анализ возможностей управления.

4 Исследование потерь в меди обмоток и возможностей их минимизации.

5 Разработка законов управления электроприводом с ИДДП при фазозависимом управлении для отработки заданных изменений скорости и перемещений.

Методы исследования: теория обобщённого электромеханического преобразователя энергии для анализа электромеханических процессов в ИДДП с фазозависимым управлением; метод переменных состояния в сочетании с аппаратом передаточных функций для анализа и синтеза динамических характеристик электропривода; компьютерная алгебра с применением символьного процессора программы MathCAD для автоматизации получения аналитических моделей ИДДП при ФЗУ; численные методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений с использованием программ MathCAD и Matlab; комплексная автоматизация экспериментальных исследований на базе аппаратуры National Instruments, экспериментального образца двигателя, прецизионного датчика углового положения и программного обеспечения LabVIEW 8.5.

Основные новые научные результаты, выносимые на защиту:

4 На основе теоретических и экспериментальных исследований динамических, статических и энергетических характерисшк обоснованы алгоритмы управления индукторным двигателем двойного питания с использованием предложенного фазозависимого управления, обеспечивающие требуемые статические и динамические характеристики, минимизацию потерь в меди обмоток в установившемся режиме.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается их удовлетворительным совпадением с результатами исследований на экспериментальной установке при использовании реального ИДДП и контрольно-измерительного комплекса на базе аппаратуры National Instruments, в ходе чего выявлена адекватность разработанной модели двигателя, близость механических и динамических характеристик.

Результаты диссертации в части применения аппаратно-программного комплекса экспериментальной установки использованы в учебном процессе по дисциплинам «Механика», а в части программного комплекса для автоматизированного получения математических моделей электромеханических устройств в символьном виде — в учебных дисциплинах «Математическое программное обеспечение» и «Основы теории автоматического управления» специальности 230104.65 "Системы автоматизированного проектирования" в научно-учебной лаборатории систем автоматизированного проектирования кафедры систем искусственного интеллекта Института космических и информационных технологий Сибирского федерального университета.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационных исследований были представлены на: международных двенадцатой и тринадцатой научно-технических конференциях «Электроприводы переменного тока» (г. Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2001 и 2005 гг.); Всероссийской научно-методической конференции с международным участием «Повышение качества высшего профессионального образования» (г. Красноярск, СФУ, 2007 г.); XII Международной научной конференции, посвящённой памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решетнёва (г. Красноярск, ФГОУ ВПО «Сибирский государственный аэрокосмический университет», 2008 г.).

Заключение диссертация на тему "Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением"

Выводы по разделу 4

1 На основе теоретических и экспериментальных исследований динамических, статических и энергетических характеристик обоснованы алгоритмы управления индукторным двигателем двойного питания, обеспечивающие требуемые статические характеристики, низкую колебательность переходных характеристик и минимизацию потерь в меди в установившемся режиме.

2 Предложена универсальная методика параметрической идентификации электромеханических устройств применительно к ИДДП.

3 Экспериментальные исследования на лабораторном стенде подтвердили справедливость получен и [,!х теоретических результатов для ИДДП в режиме фазозависимого управления.

Заключение

Для удовлетворения повышенных требований к ЭП КА в части точности, плавности вращения, энергопотребления, срока активного существования предложено вместо применяемых в настоящее время СДЭР использовать ИДДП, отличающиеся наличием второй многофазной обмотки на статоре. Достигаемый в СДЭР положительный эффект от электромагнитной редукции дополняется положительным эффектом от принципа двойного питания, что позволяет повысить плавность вращения на малых скоростях вращения ротора, исключив при необходимости механический редуктор. Основная задача диссертации— научное обоснование решений для снижения колебательности угла, скорости и момента ИДДП и повышения устойчивости в переходных режимах — решается использованием предложенного и изученного в диссертации способа управления, названного фазозависимым (ФЗУ), схожим с режимом бесколлекторного двигателя постоянного тока, но учитывающим особенности двойного питания. Для предложенного ФЗУ получен комплекс математических моделей ИДДП: в виде нелинейных дифференциальных уравнений в собственных и единой вращающейся системах координат, линеаризованных уравнений в приращениях и уравнений для установившегося режима, в матричном виде и в виде полных и упрощённых (с учётом реально соотношения параметров двигателя и режима) передаточных функций при различных входных и выходных координатах.

Для построения ЭП с высокой точностью воспроизведения скорости и угла поворота предложено использовать комбинированное управление, в соответствии с которым для отработки вращения с постоянной скоростью используется ЧНУ, а для отработки изменения скорости и угла поворота— ФЗУ, для чего на стадии разгона и торможения подключается обратная связь по углу поворота с введением сигнала по углу на два параллельных канала управления — фазовыми сдвигами и амплитудами питающих напряжений. Полученные аналитические и численные модели позволяют рассчитать вид и величину управляющих воздействий в зависимости от желаемых скорости и угла поворота.

Адекватность разработанных математических моделей и работоспособность предложенных алгоритмов управления подтверждены экспериментально с помощью созданного с участием автора стенда на базе аппаратуры National Instruments, образца ИДДП, 17-разрядного датчика углового положения и программного обеспечения Lab VIEW 8.5. Л

Библиография Марарескул, Александр Владимирович, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Используемая литература

2. Kovacs, К. P. Digital model of a synchronous machine with variable saturation / K. P. Kovacs // Arch. Electrotechn. (W.-Berlin). — 1983. — 66. — № 3. — P. 63—66.

3. Opri§or, M. S. Double-supply induction machine voltage adjustment steady-state load torque / M. S. Opri§or// "3 Nat. Conf. Electr. Drives, Bra§ov, May 28-30, 1982.": Рос. Vol.1. — Bra§ov, 1982, —P. 87—92.

4. A. c. 186018 СССР. Способ управления бесколлекторным транзисторным электроприводом постоянного тока / В. Н. Бродовский, Ю. А. Кузнецов. — Опубл. 1966.

5. А. с. 193604 СССР, МКИ Н 02 k, Н 02 п. Способ частотного управления моментом асинхронного двигателя / В. Н. Бродовский, Е. С. Иванов, М. И. Пятков, Г. П. Тарасов. — № 953864/24-7; Заявлено 09.09.1963; Опубл. 13.03.1967, Бюл. № 7.

6. А. с. 245889 СССР. Способ частотного управления электродвигателем / В. Н. Бродовский, А. С. Жилин, Е. С. Иванов, Д. М. Морозов, М. И. Пятков. — Опубл. 1969.

7. Аракелян, А. К. Определение положения ротора в высокоскоростных бездатчико-вых вентильно-индукторных электроприводах / А. К. Аракелян, Т. Г. Глухенький // Электричество. — 2003. — № 4. — С. 27—3.

8. Аракелян, А. К. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором / А. К. Аракелян, А. А. Афанасьев, М. Г. Чиликин. —М.: Энергия, 1977. —223 с.

9. Астафьев, JL И. Бесконтактная переменно-полюсная электромашина / JI. И. Астафьев // Электротехника. — 1998. —№4 — С. 11—17.

10. Афанасьев, А. А. Вентильный двигатель для погружения насосов нефтяных скважин/ А.А.Афанасьев, М. И. Альтшуллер, А.Н.Воробьев// Электричество.— 1998.— №8. —С. 30—34.

11. Афанасьев, А. А. Линейные преобразования переменных в теории вентильно- • индукторного двигателя / А. А Афанасьев // Электричество. — 2004. — № 4. — С. 27—34.

12. Беленький, А. Д. Управление приводами системы ориентации солнечных батарей научно-энергетической платформы международной космической станции / А. Д. Беленький, В. Н. Васильева // Электротехника. — 1999. — № 6 — С. 6—11.

13. Бернштейн, А. Я. Разработка тиристорных электроприводов с вентильными двигателями и непосредственными преобразователями тока / А. Я. Бернштейн, И. И. Гудимова, 3. Г. Зайцев // Электротехника. — 1996. — № 5. — С. 42—44.

14. Блоцкий, Н.Н. Машины двойного питания. Итоги науки и техники. Сер. Электрические машины и трансформаторы — Т.2. / Н.Н Блоцкий, И.А. Лабунец, Ю.Г Шакарян — М.: ВИНИТИ АН СССР, 1979.- 124 с.

15. Борцов, Ю. А. Адаптивный цифровой следящий электропривод с вентильным двигателем \ Ю. А. Борцов, С. В. Федоров // Электротехника. — 1997. —№8. — С. ?—?.

16. Ботвинник, М. М. Асинхронизированная синхронная машина/ М. М. Ботвинник. —М., Л. : Госэнергоиздат, 1960. — 72 с.

17. Ботвинник, М. М. Управляемая машина переменного тока/ М.М.Ботвинник, 10. Г. Шакарян. — М. : Наука, 1969. — 140 с.

18. Бродовский, В. Н. Приводы с частотно-токовым управлением / В. Н. Бродовский, Е. С. Иванов. — М.: Энергия, 1974. — 168 с.

19. Бронов, С. А. Прецизионные позиционные электроприводы с двигателями двойного питания: автореф. дис. . док. техн. наук: 05.09.03 / С. А. Бронов.—■ Красноярск,1999. —40 с.

20. Бронов, С. А. Регулируемые электроприводы переменного тока: монография / С. А. Бронов, В. И. Овсянников, Б. П. Соустин. — Красноярск : КГТУ, 1998. — 273 с. — ISBN 5-7636-0130-0.

21. Бронов, С. А. Способы управления двигателем двойного питания / С. А. Бронов // Информатика и системы управления : межвуз. сб. науч. тр. / Под ред. Б. П. Соустина. — Красноярск : НИИ ИПУ, 2000. — Вып. 5. — С. 26—33.

22. Бронов, С. А. Электропривод для приборов с индукторным двигателем двойного питания в квазишаговом режиме / С. А. Бронов // Изв. вузов. Приборостроение. — 2004. — Т. 47, № 4. — С.61—65.

23. Бут, Д. А. Модификации вентильно-индукторных двигателей и особенности их расчетных моделей / Д. А. Бут // Электричество. — 2000. — № 7. — С. 34—44.

24. Бычков, М. Г. Анализ вентильно-индукторного электропривода с учетом локального насыщения магнитной системы / М. Г. Бычков // Электричество. — 1998. — № 6. — С. 50—54.

25. Бычков, М. Г. Расчетные соотношения для определения главных размеров вен-тильно-индукторной машины / М. Г. Бычков, Сусси Риах Самир // Электротехника. —2000.—№3—С. 15—19.

26. Бычков, М. Г. Универсальная модульная микропроцессорная система управления вентильно-индукторным двигателем / М. Г. Бычков, Р. В. Фукалов // Электричество. — 2004. — № 8. — С. 23—31.

27. Бычков, М. Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода / М. Г. Бычков // Электричество. — 1997. — № 8. — С. 35—45.

28. Важнов, А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока/ А. И. Важнов. —Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980. — 256 с.

29. Введение в мехатропику : учеб. пособие / Под ред. А. К. Тугенгольда. — 2-е изд. — Ростов-на-Дону : Изд. центр ДГТУ, 2002.

30. Вилячкин, JI. В. Компьютерная модель асинхронного вентильного каскада/ JI. В. Вилячкин, Ю. П. Галишников // Электротехника. — 1997. —№9. — С. 40—45.

31. Виноградов, А. Б. Учет потери в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделирование динамических процессов в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе / А. Б. Виноградов // Электротехника. — 2005. — № 5. — С. 57-—62.

32. Воронин, С. Г. Математическая модель для определения координат в электроприводе с вентильным двигателем постоянного тока / С. Г. Воронин, А. Р. Кузьмичев // Электричество. — 2000. — № 3. — С. 34—38.

33. Воронин, С. Г. Управление коммутацией вентильного двигателя по сигналам ЭДС вращения / С. Г. Воронин // Электричество. — 2000. — № 9. — С. 53—59.

34. Высоцкий, В. Е. Системы автоматизированного проектирования бесконтактных вентильных двигателей постоянного тока / В. Е. Высоцкий, П. В. Тулупов, В. Е. Верещагин // Электричество. — 2003. — № 10. — С. 25—36.

35. Гаврилов, С. В. Компьютерные технологии исследования многозвенных мехатронных систем / С. В. Гаврилов, В. А. Коноплев. — СПб. : Наука, 2004. — 191 с. — ISBN 5-02-024997-1.

36. Гаинцев, Ю. В. Еще раз о вентильно-индукторном электроприводе / Ю. В. Гаинцев // Электротехника. — 1998. — № 6. — С. 25—28.

37. Гаррис, М. Системы относительных единиц в теории электрических машин: пер. с англ. / М. Гаррис, П. Лауренсон, Дж. Стефенсон. — М. : Энергия, 1975. — 120 с.

38. Геча, В. Я. Динамика трехмоментного привода солнечных батарей с упругими элементами / В. Я. Геча, А. Н. Аронзон, Е. А Канунникова// Электротехника. — 2003. — №2, —С. 7—12.

39. Глазырин М.В. Построение систем векторного управления электроприводов на базе машины двойного питания: Автореф. дис. . канд. техн. наук. / М.В Глазырин- Новосибирск, 1997 19 с.

40. Голландцев, Ю. А. Пульсации пускового момента вентильного индукторно-реактивного двигателя / Ю. А. Голландцев // Электричество. — 2003. — № 6. — С. 37— 42.

41. Горбунов, В. А. Космический аппарат «Ресурс-01» № 4 / В. А. Горбунов // Электротехника. — 1999. — № 6 — С. 3—6.

42. Джус, Н. И. Оценка законов вентильного регулирования / Н. И. Джус // Электротехника. — 1998. — № 4 — С. 46—47.

43. Докунин, A. JI. Экспериментальные тепловые модели вентильно-индукторных электродвигателей / A. JI. Докупин // Электричество. — 2004. — № 7. — С. 64-—65.

44. Домрачёв, В. Г. Цифро-аналоговые системы позиционирования (Электромеха-тронные преобразователи) / В. Г. Домрачёв, Ю. С. Смирнов. — М. : Энергоатомиздат, 1990. —240 с.

45. Егоров, О. Д. Конструирование мехатронных модулей : учебник / О. Д. Егоров, Ю. В. Подураев. — М. : МГТУ "СТАНКИН", 2004. — 360 с.

46. Жуловян, В. В. Сравнительный анализ двигателей с электромагнитной редукцией частоты вращения и двигателей с катящимся ротором / В. В Жуловян, А. Ф. Шевченко // Электротехника. — 1998. —№ 4 — С. 1—4.

47. Жуловян, В. В. Высокомоментные двигатели переменного тока с электромагнитной редукцией частоты вращения : автореф. дис. . д-ра тех. наук / В. В. Жуловян. — М., 1978. —40 с.

48. Зачихин, Б. С. Анализ магнитных систем бесконтактных синхронных машин / Б. С. Зачихин // Электричество. — 2003. — № 12. — С. 30—34.

49. Зачихин, Б. С. Традиционные и компьютерные методы проектирования бесконтактных синхронных маши / Б. С. Зачихин, А. Д. Куприянов, Е. В. Сыроежкин // Электричество. — 2002. — № 5. — С. 61—71.

50. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник для вузов. В двух томах. Т. 1. / А. В. Иванов-Смоленский. — 3-е изд., стереот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. — 652 с. — ISBN 5-903072-52-6 (т. 1), 5-903072-50-Х.

51. Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины : учебник для вузов. В двух томах. Т. 2. / А. В. Иванов-Смоленский. — 3-е изд., стереот. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. — 532 с. — ISBN 5-903072-67-4 (т. 1), 5-903072-66-6.

52. Илюхин, Ю. В. Создание высокоэффективных систем управления исполнительными движениями роботов и мехатронных устройств на основе технологически обусловленного метода синтеза : дис. . д-ра техн. наук / Ю. В. Илюхин. — М.: МГТУ "СТАН-КИН", 2001.

53. Ишматов, 3. Ш. Использование метода полиноминальных уравнений для синтеза микропроцессорных систем управления электроприводами / 3. Ш. Ишматов // Электротехника. — 2003. — № 6. — С. 33—39.

54. Каасик, П. 10. Асинхронные индукторные микродвигатели устройств автоматики / П. Ю. Каасик, И. В. Блинов. — JL: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. — 152 с.

55. Каасик, П. 10. Индукторные двигатели двойного питания / П. Ю. Касик // Бесконтактные электрические машины. — Вып. 10. — Рига: Зинатне, 1971. — С. 227—246.

56. Каасик, П. Ю. Тихоходные безредукторные микроэлектродвигатели / П. 10. Каасик. —Л.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1974. — 136 с.

57. Каасик, П. Ю. Уравнения для исследования режимов работы тихоходных безре-дукторных двигателей / П. Ю. Касик // Электродвигатели малой мощности : сб. статей. — Л.: Наука, 1971. —С. 203—217.

58. Ковач, К. П. Переходные процессы в машинах переменного тока: пер. с нем. / К. П. Ковач, И. Рац. — М.; Л. : Госэнергоиздат, 1963. — 744 с.

59. Ковчин, С. А. Безредукторные системы точного электропривода / С. А. Ковчин, А. Н. Кривцов, Е. Л. Веселков // Автоматизированный электропривод : сб. ст. — М.: МДНТП, 1972,—С. 107—113.

60. Ковчин, С. А. Основные вопросы теории и принципы построения точных систем электропривода: автореф. дис. . д-ра техн. наук / С. А. Ковчин.— Л.: ЛПИ, 1973.— 44 с.

61. Козярук, А. Е. Высокоэффективный бесконтактный электропривод с цифровым векторным управлением / А. Е. Козярук // Электротехника. — 1996. —№7. — С. 12—16.

62. Константинов, В. Г. Вентильные двигатели с аналоговыми и цифровыми системами регулирования, управления для электроприводов автономных объектов / В. Г. Константинов, В. С. Крылов // Электротехника. — 1996. —№ 5. — С. 32—41.

63. Копылов, И. П. Синхронизированный однофазный асинхронный двигатель / И. П. Копылов, С. С. Горностаева // Электротехника. — 2001. — № 10 — С. 1—4.

64. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин : учебник для вузов / И. П. Копылов.— 3-е изд., перераб. и доп.— М. : Высшая школа, 2001.— 327 с. — ISBN 5-06-003861-0.

65. Копылов, И. П. Асинхронизированный вентильный двигатель с ортогональным управлением / И. П. Копылов, Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев, А. А. Вострухин // Электротехника. — 2002. — № 9. — С. 2—5.

66. Копылов, И. П. Асинхронизированный вентильный двигатель с поддержанием неизменного результирующего потока / И. П. Копылов, Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев, Г. М.Тутаев // Электротехника. — 2000. — № 8 — С. 59—62.

67. Копылов, И. П. Асинхронизированный синхронный двигатель / И. П. Копылов, Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев, В. В. Асташкин // Электротехника. — 1999. — № 2 — С. 10— 13.

68. Копылов, И. П. Бесконтактный асинхронизированный синхронный двигатель / И. П. Копылов, Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев // Электротехника. — 1999. — № 9 — С. 29— 32.

69. Котов, Д. Г. Синтез регуляторов состояния для систем модального управления заданной статической точности / Д. Г. Котов, В. В. Тютиков, С. В. Тарарыкин // Электричество. — 2004. — № 8. — С. 33—43.

70. Красовский, А. Б. Применение имитационного моделирования для исследования вентильно-индукторного электропривода / А. Б. Красовский // Электричество. — 2003. — №3. — С. 35—44.

71. Красовский, А. Б. Анализ процесса отключения фазной обмотки вентильно-индукторного двигателя при локальном насыщении зубцовой зоны / А. Б. Красовский // Электричество. — 2001. — № 5. — С. 41—47.

72. Красовский, А. Б. Исследование пульсаций момента в вентильно-индукторном электроприводе / А. Б. Красовский, М. Г. Бычков II Электричество. — 2001. — № 10. —-С. 33—43.

73. Красовский, А. Б. Получение максимальной выходной мощности вентильно-индукторного электропривода средствами управлении / А. Б. Красовский // Электричество. — 2002. — № 9. — С. 29—35.

74. Кузнецов, В. А. Дискретная математическая модель вентильно-индукторного двигателя / В. А. Кузнецов, А. В. Матвеев // Электричество. — 2000. —№8. — С. 22—27.

75. Кузнецов, В. А. К вопросу определения числа витков обмотки фазы вентильного индукторного двигателя / В. А. Кузнецов, А. В. Матвеев // Электротехника. — 2000. — №3 —С. 10—15.

76. Кузьмичев, В. А. Проектирование вентильно-индукторного электродвигателя для электровелосипеда / В. А Кузьмичев, Е. В. Нестеров // Электричество. — 2004. —- № 4. — С. 51—53.

77. Куликов, Н. И. Исследование и разработка быстродействующих вентильных двигателей / Н. И. Куликов, Т. А. Елизарова, Т. В. Куликова // Электричество. — 2002 — №5 —С. 11—21.

78. Куракин, А. С. О принципе действия редукторных двигателей / А. С. Куракин, Ф. М. Юферов // Изв. вузов. Электромеханика. — 1964. —№2. — С. 193—208.

79. Куракин, А. С. Редукторные электродвигатели на зубцовых гармониках поля : ав-тореф. дис. . канд. тех. наук / А. С. Куракин. — М., 1964.

80. Кучинский, В. Г. Сравнительная оценка гребных вентильных двигателей традиционного исполнения и машин с поперечным магнитным потоком / Кучинский В. Г // Электричество. — 2004. — № 7. — С. 39—41.

81. Литвиненко, А. М. Симметричные орбитальные электромеханические системы с дисковым якорем / А. М. Литвиненко // Электротехника. — 2001. — № 4— С. 12—17.

82. Локтева, И. Л. Принципы построения систем регулирования электроприводов с двигателями переменного тока/ И.Л.Локтева, Г. Б. Онищенко, Т.-В. Плотникова, Ю. Г. Шакарян // Электричество. — 1976. — № 5. — С. 6—12.

83. Малафеев, С. И. Математическая модель двухфазного вентильно-индукторного двигателя / С. И Малафеев, А. В. Захаров // Электротехника. — 2004. — № 5. — С. 31— 35.

84. Маслеников, В. С. Трапецеидальная форма ЭДС вращения вентильных двигателей / В. С. Маслеников // Электротехника. — 2001. — № 8 — С. 25—29.

85. Маслеников, В. С. Проектирование вентильных двигателей по габоритному критерию / В. С. Маслеников // Электротехника. — 1996. —№6. — С. 19—21.

86. Мехатроника: пер. с япон. / Т. Исии, И. Симояма, X. Иноуэ и др. — М. : Мир, 1988. — 318 с. — ISBN 5-03-000059-3.

87. Мещеряков, В. Н. Асинхронно-вентильный каскад с инвертором в цепи статора и общим звеном постоянного тока / В. Н Мещеряков, В. В. Федоров // Электротехника. — 1998,— №6. — С. 47—51.

88. Набиев, Ф. М. Электрические машины: учеб. пособие для высш. учеб. заведений / Ф. М. Набиев; под ред. проф. И. И. Алиев. — М.: ИП РадиоСофт, 2008. — 292 с. — ISBN 5-93037-172-5.

89. Нестерин, В. А. Бездатчиковый вентильный электропривод вентилятора отопите-ля автомобиля /В. А. Нестерин, Н. В. Донской, А. Г. Бабак// Электротехника. — 2001. — № 2. — С. 27—30

90. Овчинников, И. Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе : курс лекций / И. Е. Овчинников. — СПб.: КОРОНА-Век, 2007. — 336 с. — ISBN 5-79310344-9.

91. Овчинников, И. Е. особенности проектирования вентильных двигателей дискового типа для робототехники и станкостроения / И. Е. Овчинников, Р. Е. Евсеев // Электротехника. — 1995. — № 8. — С. 2—7.

92. Онищенко, Г. Б. Методы исследования переходных процессов вентильных каскадов / Г. Б. Онищенко, И. Л. Локтева, В. И. Новиков // Электричество. — 1973. —№ 3.

93. Панкратов, В. В. Математическое моделирование асинхронных электрических машин и машин двойного питания / В. В. Панкратов, Е. А. Зима // Электротехника. — 2003. — № 9. — С. 19—24.

94. Пантелеев, В. И. Исполнительный электропривод с индукторными двигателями двойного питания / В. И. Пантелеев, Б. П. Соустин, В. А. Забуга. — Красноярск: Изд-во Красноярского университета, 1990. — 184 с.

95. Пантелеев, В. И. Электропривод переменного тока в прецизионных следящих системах : автореф. дис. . д-ра техн. наук / В. И. Пантелеев. — Красноярск, 1993. — 41 с.

96. Подураев, Ю. В. Анализ и проектирование мехатронных систем на основе критерия функционально-структурной интеграции / Ю. В. Подураев // Мехатроника. Автоматизация. Управление. — 2002. — № 4.

97. Подураев, Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение. :учеб. пособие / Ю. В. Подураев. — 2-е изд., стер. — М.: Машиностроение, 2007. — 256 с. — ISBN 978-5-21703388-1.

98. Подураев, Ю. В. Принципы построения и современные тенденции развития мехатронных систем / Ю. В. Подураев, В. С. Кулешов // Мехатроника. — 2000. — № 1.

99. Постников, И. М. Обобщённая теория и переходные процессы электрических машин: учебник для вузов / И. М. Постников. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : Высшая школа, 1975. —319 с.

100. Постников, В. А. Исследование динамических режимов шаговых и вентильных двигателей малой мощности на базе модели обобщенной синхронной и машины / В. А. Постников, В. В. Семисалов // Электричество. — 2002. — № 5. — С. 53—60.

101. Радиосистемы межпланетных космических аппаратов/ Под. ред.

102. A. С. Виницкого. —М.: Радио и связь, 1993. — 328 с.

103. Распопов, В. Я. Микромеханические приборы: учеб. пособие/ В. Я. Распопов. — М.: Машиностроение, 2007. — 400 с. — ISBN 5-217-03360-6.

104. Раушенбах, Г. Справочник по проектированию солнечных батарей: Пер. с англ. / Г. Раушенбах. -— М.: Энергоатомиздат, 1983. — 360 с.

105. Рудаков, В. В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением/

106. B. В. Рудаков, И. М. Столяров, В. А. Дартау. — Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. — 136 с.

107. Сабинин, Ю. А. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы/ Ю. А. Сабинин, В. Л. Грузов. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. — 128 с.

108. Садовой, А. В. Релейная система векторного управления следящим электроприводом на базе машины двойного питания / А. В. Садовой, А. Л. Дерец, Ю. Ю. Шрамко // Электротехника. — 1999. — № 5 — С. 47—52.

109. Системы электропривода высокой точности/ В. В. Андрущук, С. А. Ковчин, А. П. Кривцов, В. Н. Шарахин // Изв. вузов. Электромеханика. — 1967. ■—№ 5.

110. Смирнов, Ю. В. Определение основных параметров электромагнитного вен-тильно-индукторного двигателя / Ю. В. Смирнов // Электротехника. — 2002. — № 11. —1. C. 32—36.

111. Смирнов, Ю. В. Линейные вентильно-индукторные двигатели / Ю. В. Смирнов // Электричество. — 2002. — №11. — С. 37-—44.

112. Смирнов, Ю. В. Электромагнитный вентильно-индукторный двигатель/ Ю. В. Смирнов // Электротехника. — 2000. — № 3 — С. 20—22.

113. Соколовский, Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием : учебник для студ. высш. учеб. заведений / Г. Г. Соколовский. — М. : Издательский центр "Академия", 2006. — 272 с. — ISBN 5-7695-2306-9.

114. Соловьев, В. А. Вентильный электродвигатель с обратной связью по токам фазных обмоток / В. А. Соловьев // Электричество. — 1995. —№ 1. — С. 56—61.

115. Сонин, 10. П. Бесконтактный асинхронизированный вентильный двигатель / Ю. П. Сонин, Ю. И. Юшков, Ю. И. Прусаков // Электричество. — 1989. — №11.-— С. 41—46.

116. Сонин, 10. П. Исследование асинхронизированного вентильного двигателя / Ю. П. Сонин, Б. А. Стромин, И.В.Тургенев, И.В.Гуляев // Электротехника.— 1982 — № 10.-С. 49-51

117. Сонин, Ю. П. Перегрузочная способность машины двойного питания в режиме вентильного двигателя/ Ю. П. Сонин, Ю.И.Прусаков// Электричество.— 1986.— № 7. — С. 57—59.

118. Сонин, Ю. П. Пусковые характеристики машины двойного питания в режиме вентильного двигателя/ Ю. П. Сонин, Ю.И.Прусаков// Электричество.— 1988.— №3. —С. 61—65.

119. Сонин, Ю. П. Расчётная мощность бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя и определение его основных размеров / Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев // Электротехника. — 1998. —№4. — С. 4—6.

120. Сонин, Ю. П. Статические характеристики бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя / Ю. П. Сонин, В. Ф. Байнев, И. В. Гуляев // Электротехника. — 1994. — № 9. — С. 15—20.

121. Сонин, Ю. П. Статические характеристики машины двойного питания в режиме вентильного двигателя / Ю. П. Сонин // Электричество. — 1985. — № 4. — С. 60—62.

122. Сонин, Ю. П. Расчетная мощность бесконтактного асинхронизированного вентильного двигателя и определение его основных размеров / Ю. П. Сонин, И. В. Гуляев // Электротехника. — 1998. — № 4 — С. 4—6.

123. Состояние и перспективы развития теории систем точного электропривода/ С. А. Ковчин, В. М. Пинчук, В. И. Прихно, И. М. Семёнов, И. Ф. Мищенко, JI. В. Напираев, В. В. Григорьев, В. Н. Дроздов, Е. А. Танский // Электричество. — 1976. — № 5. — С. 34—39.

124. Стома, С. А. Электромеханические системы ориентации солнечных батарей искусственных спутников Земли / С. А. Стома, В. Я. Авербух, Э. А. Лещинский // Электротехника. — 1996. —№ 5. с. 14—19.

125. Стома, С. А. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока в электронасо-пых агрегатах космических аппаратов / С. А. Стома, В. В. Кудрявцев, В. Н. Кузьмин // Электротехника. — 1999. — № 6 — С. 11—14.

126. Суханов, В. В. Электропривод на базе двигателя двойного питания с электромагнитной редукцией скорости вращения: автореф. дис. . канд. тех. наук/ В. В. Суханов. —Томск, 1985. — 16 с.

127. Тарарыкин, С. В. Синтез регуляторов состояния для систем модального управления заданной статической точности / С. В. Тарарыкин, В. В. Тютиков, Д. Г. Котов // Электричество. — 2004. —№ 11. — С. 56—62.

128. Терехов, В. М. Системы управления электроприводов / В. М. Терехов, О. И. Осипов.— 2-е изд.— М. : Издательский центр "Академия", 2006. — 304 с.— ISBN 57695-2911-3.

129. Трифонов, Ю. В. Опыт эксплуатации космических систем и аппаратов «Электро» и «Ресурс-0» Ю. В. Трифанов, А. В. Горбунов // Электротехника. — 1996. — № 5. — С. 4—11.

130. Федотов, А. И. Дискретные математические модели синхронной машины с вентильной системой самовозбуждения. 4.1 / А. И. Федотов, Р. Р. Каримов, Е. А. Федотов // Электричество. —2004. —№ 9. — С. 34—40.

131. Федотов, А. И. Дискретные математические модели синхронной машины с вентильной системой самовозбуждения. 4.2 / А. И. Федотов, Р. Р. Каримов, Е. А. Федотов // Электричество. — 2004. — № 11. — С. 33—40.

132. Филиппова, Н. Г. Модальный анализ устойчивости энергосистем: критерии устойчивости и локализации собственных значений / Н. Г. Филиппова, Е. В. Тузлукова // Электричество. —2004. —№ 11. — С. 2—15.

133. Хэнкок, Н. Матричный анализ электрических машин: пер. с англ. / Н. Хэнкок. —М. : Энергия, 1967. — 224 с.

134. Шабаев, В. А. Экспериментальное исследование двухфазных нереверсивных вентильно-индукторных двигателей / В. А. Шабаев, А. В. Захаров // Электротехника. — 2003. — № 2. — С. 44—47.

135. Шабаев, В. А. Алгоритмы управления вентильно-индукторным электроприводом, обеспечивающие уменьшение неравномерности электромагнитного момента / В. А. Шабаев, М. В. Лазарев, А. В. Захаров // Электротехника. — 2005. —№ 5. — С. 54—57.

136. Шабаев, В. А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя/ В. А. Шабаев // Электротехника. — 2005. — № 5. — С. 62—64.

137. Шакарян, Ю. Г. Асинхронизированные синхронные машины/ Ю. Г. Шакарян. —М.: Энергоатомиздат, 1984. — 192 с.

138. Шалобаев, Е. В. К вопросу об определении мехатроники и иерархии мехатрон-ных объектов / Е. В. Шалобаев. —Датчики и системы. — 2001. —№ 7.

139. Шереметьевский, Н. Н. Высоконадежная система ориентации солнечных батарей для орбитальных станций «Салю» и «Мир» / Н. Н. Шереметьевский, С. А. Стома, В. П. Курилович // Электротехника. — 1996.—-№ 5. — С. 11—14.

140. Шрейнер, Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер. — Екатеринбург : УРО РАН, 2000. — 654 с. — ISBN 5-7691-1111-9.

141. Штайнбурин, Д. Лабораторная установка для компьютерного исследования вентильных следящих приводов в ходе обучения и подготовки специалистов / Д. Штайнбурин // Электротехника. — 1996. — № 7. — С. 54—57.

142. Hughes, Austin. Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications / Austin Hughes. — 3th edition. — London : Elsevier Inc., 2008. — 410 p. — ISBN 978-0-75064718-2.

143. Gottlieb, Irving M. Electric Motors & Control Techniques// Irving M. Gottlieb.— 2nd ed. —New York, San Francisco, Washington : TAB Books input of McGraw-Hill, 1994. — 294 p. — ISBN 0-07-024011-6.

144. Bose, Bimal K. Power Electronics and Motor Drives // Bimal K. Bose. — London : Elsevier Inc., 2006. — 917 p. — ISBN 978-0-12-0884058-6.

145. Публикации автора по теме диссертации

146. Публикации в изданиях по перечню ВАК:

147. Марарескул, А. В. Способы управления индукторными двигателями двойного питания / Е. Е. Носкова, А. В. Марарескул // Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета имени академика М. Ф. Решетнева. — 2007. —■ Вып. 2 (15). — С. 82—87.

Похожие работы

Электротехника
05.09.00