автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Модельное проектирование и разработка вентильного электропривода с улучшенными энергетическими характеристиками

На правахрукописи

Жг

005056947

ГАВРИЛОВ РОМАН СЕРГЕЕВИЧ

МОДЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ВЕНТИЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С УЛУЧШЕННЫМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 05.02.02 -Машиноведение, системы приводов и детали машин

АВТОРЕФЕРЕАТ Диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

1 3 ДЕК 2012

Санкт-Петербург 2012

005056947

Работа выполнена на кафедре «Мехатроника и робототехника» Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Герман-Галкин Сергей Германович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитриев Борис Фёдорович

кандидат технических наук Мордовченко Дмитрий Дмитриевич

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственныйэлектротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ)»

диссертационного совета Д.212.010.03 Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова по адресу:190005, Санкт-Петербург, 1ая Красноармейская ул., д. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова Автореферат разослан «» 2012 г.

Учёный секретарь

Диссертационного Совета

Ю. В. Петров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Исследование и использование космического пространства является сегодня одним из приоритетных направлений деятельности Российской Федерации, обеспечивающим развитие экономики, науки и техники, укрепление обороноспособности. Непременным условием решения любой из задач космической деятельности является, в том числе, наличие высокотехнологичных средств радиосвязи и оптического наблюдения за космическими объектами.

Повышение точности, надёжности и быстродействия современных оптических и радиотелескопов достигается за счёт применениябезредукторных электроприводовна базе высокомоментных вентильных двигателей (ВД), позволяющих минимизировать количествопромежуточных механических связей между исполнительным двигателем и рабочим механизмом.

Вентильный двигатель состоит из синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов, датчика положения ротора (ДПР), преобразователя координат (ПК), силового полупроводникового преобразователя(СПП) и замкнутого контура синхронизации управления СПП (КСУСПП).

Система управления (СУ) вентильного электропривода (ВЭП) строится по подчиненному принципу и кроме контура синхронизации управления СПП содержит контур положения, контур скорости и, как правило, подчиненный ему контур тока. В замкнутой СУ электромагнитные и энергетические характеристики, быстродействие, статическая и динамическая точность ВЭП зависят от структуры и параметров регуляторов в каждом контуре.

Исследование этих свойств представляет собой одну из актуальных задач проектирования энергоэффективного электропривода.

Проектирование прецизионных электроприводов с ВД для современных оптических комплексов, обладающих значительными моментами инерции, требует решения вопросов электромагнитной совместимости электропривода с питающей сетью. Эти вопросы становятся всё более актуальными для систем, работающих на автономных объектах, ввиду их ограниченного энергоресурса. ^

Одним из перспективных направлений повышения энергетической эффективности привода, при сохранении его динамических показателей, является применение активных полупроводниковых преобразователей (АП).

Применение АП как вторичного источника питания ВЭП позволяет обеспечить:

- двухстороннюю энергетическую связь между цепями переменного и

постоянного тока;

- синусоидальную форму потребляемого из сети тока;

- коэффициент мощности близкий к единице во всех режимах работы

электропривода;

- компенсацию реактивной мощности потребителей в сети.

Обеспечение перечисленных свойств базируется на исследовании регулировочных, выходных (нагрузочных), электромагнитных и энергетических характеристик АП.

Исследование свойств АП в разомкнутых и замкнутых системах представляет собой актуальную задачу при проектировании энергоэффективного вентильного электропривода.

Вентильный электропривод вместе с АП представляет собой многосвязную, нелинейную, импульсную систему с дискретно изменяющимися параметрами. Точное количественное исследование таких систем может быть осуществлено только методами численного моделирования.

На сегодняшний день разработано множество программных продуктов (ПП), в которых реализованы принципы объектно-ориентированного проектирования электромеханических систем, в том числе ПП Matlab с приложениями Simulink, SimPowerSystem, SimScape, Real-Time Workshop и др.

Модельно-ориентированное проектирование позволяет разрабатывать и моделировать конструктивно сложные системы, работающие в различных режимах, проводить тесты, которые невозможно провести на реальном объекте из-за различных ограничений, в том числе связанных с безопасностью.

Таким образом, третьей актуальной задачей, которая рассматривается в диссертации, является разработка алгоритма модельного проектирования энергоэффективного, безредукторного, вентильного электропривода двухкоординатного опорно-поворотного устройства (ОГГУ) оптического комплекса автономного объекта.

Объект исследования

Объектом исследования является безредукторный электропривод с высокомоментным вентильным двигателем опорно-поворотного устройства автономного объекта.

Предмет исследований

Предметом исследования являются электромагнитные, механические, энергетические и динамические характеристики ВЭП и АП в замкнутых системах управления.

Пель и задачи исследования

Целью диссертационной работы является разработка вентильного электропривода опорно-поворотного устройства оптического комплекса автономного объекта, обеспечивающего заданные по техническому заданию динамические и энергетические характеристики.

Для достижения указанной цели решены следующие задачи:

¡.Проведено исследование электромагнитных, механических, энергетических и спектральных характеристик ВЭП в различных замкнутых структурах.

2. Проведено исследование электромагнитных, регулировочных, внешних, энергетическихи спектральных характеристик АП с разомкнутой и замкнутой системой управления.

3. Выработаны рекомендации по выбору структур СУ ВЭП и АП, обеспечивающих наилучшие энергетические свойства.

4. Разработаны адекватные модели ВЭП и АП, на которых проведено исследование основных характеристик с учётом импульсных процессов в СПП.

5. Экспериментально проверены результаты теоретических и модельных исследований на изготовленном опытном образце привода.

Методы и средства,применяемые при проведении исследования

Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории электропривода, нелинейных систем, автоматическогоуправления. Расчётные исследования выполнены в ПП Matlab-Simulink. Экспериментальные исследования выполнены на макете опорно-поворотного устройства, изготовленного на предприятии ОАО «КБСМ». Для обработки экспериментальных данных использовалась программа Fluke View.

Научная новизна

Основной научный результат диссертации заключается в разработке научно-методического инструментария, позволившего провести аналитические и модельные исследования для определения статических, динамических и энергетических характеристик электропривода, в том числе:

1. получены аналитические уравнения для расчёта основных характеристик вентильного электропривода с замкнутой системой управления и активного преобразователя с разомкнутой и замкнутой системой управления. Характеристики, рассчитанные по этим уравнениям, позволили провести сравнение и определить структуры, обеспечивающие оптимальные энергетические свойства системы.

2. по уравнениям разработаны адекватные модели ВЭП и АП в ПП Matlab-Simulink, позволившие рассчитать потери на переключение в полупроводниковых элементах СПП ВЭП и АП, а также гармонический состав токов в источнике питания и якорных обмотках ВД.

3. на разработанных моделях ВЭП проведено исследование динамики электропривода, синтезированы и рассчитаны параметры регуляторов.

4. разработаны модели АП с замкнутой системой управления, позволившие, синтезировать и рассчитать параметры регуляторов, обеспечившие постоянство напряжения в звене постоянного тока в установившихся и переходных режимах.

5. разработана и исследована полная модель вентильного электропривода азимутальной оси ОПУ с учетом двухмассовости механической части и

дискретности системы управления.

6. совокупность перечисленных новых научных положений представляет собой методику модельно-ориентированного проектирования энергоэффективного электропривода на базе высокомоментного вентильного двигателя.

Достоверность научных выводов и рекомендаций

Достоверность научных выводов и рекомендаций диссертации подтверждаются корректным использованием математического аппарата, моделированием и экспериментальными исследованиями опытного образца

вентильного электропривода двухкоординатного ОПУ, достаточной апробацией и публикациями полученных результатов.

Практическая значимость работы

1. Рассчитаны и построены электромагнитные, механические и энергетические характеристики вентильного электропривода. Проведено сравнение этих характеристик в различных замкнутых структурах управления приводом и предложена структура, обеспечивающая оптимальные энергетические свойства.

2. Рассчитаны и построены электромагнитные, регулировочные, нагрузочные и энергетические характеристики активного преобразователя с разомкнутой и замкнутой системой управления. Проведено сравнение этих характеристик и предложены структуры, обеспечивающие оптимальные энергетические свойства преобразователя.

3. Разработаны модели электропривода азимутальной оси ОПУ с замкнутой цифровой системой управления. Проведено модельное исследование статических, динамических и энергетических характеристик привода.

4. Разработанные модели дают возможность получить динамические, энергетические и другие характеристики системы на ранних этапах проектирования, проработать несколько вариантов системы управления.

Практическое подтверждение научной новизны

1. Предлагаемая методика модельного проектирования использовалась ОАО «КБСМ» при проведении расчётов электроприводов опорно-поворотных устройств СМ-830 и СМ-836 (акт внедрения от 08.12.2011 г.).Разработанные модели позволили снизить временные и финансовые затраты на разработку электроприводов ОПУ СМ-830 и СМ-836 за счёт исключения этапа макетирования и эскизного проекта.

2. Получен патент на полезную модель «Преобразователь переменного трёхфазного напряжения в постоянное» №119546 от 20.03.2012.

3. Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2012616738 от 27.07.2012 г. «Управление ЮВТ-транзисторами трёхфазного мостового инвертора преобразователя переменного трёхфазного напряжения в постоянное».

Апробация результатов работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались:

• на международной конференции «Экстремальная робототехника, нано-микро- и макророботы», Дивноморское, октябрь 2009 г.;

• на второй научно-технической конференции «Старт в будущее», Санкт-Петербург ОАО «КБСМ», апрель 2011 г.;

• намеждународной научно-технической конференции «Пятые Уткинские чтения», Санкт-Петербург, БГТУ «ВОЕНМЕХ», май 2011 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 научных статей, из них две работы опубликованы в изданиях, рекомендуемых ВАК, две в сборниках трудов международных конференций.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Аналитические уравнения для расчёта основных характеристик вентильного электропривода с замкнутой системой управления.

2. Аналитические уравнения для расчёта основных характеристик активного преобразователя напряжения с разомкнутой и замкнутой системой управления.

3. Модели вентильного электропривода и активного преобразователя.

4. Алгоритм (методика) модельно-ориентированного проектирования энергоэффективного безредукторного электропривода с высокомоментным вентильным двигателем.

Структура и объём работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы, включающего 127 источников, и приложений. Основная часть работы изложена на 167 страницах машинописного текста. В текст диссертации включены 119 рисунков и 14 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введенииобоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, даны характеристика и краткое описание работы.

В первой главепроведён обзор опорно-поворотных устройств оптических и оптоэлектронных комплексов, рассмотрены их системы приводов. По результатам обзора сделан вывод, что перспективным направлением развития электропривода оптоэлектронных комплексов является безредукторный электропривод на базе вентильного двигателя. Выполнен анализ современного состояния и перспектив развития вентильного электропривода.

Сформулированы исходные данные для проектирования электропривода двухкоординатного опорно-поворотного устройства, работающего от автономного источника питания. Обосновывается методика модельно-ориентированного проектирования, включающая аналитические исследования и построение моделей электропривода в ПП Ма^аЬ-БипиПпк.

Во второй главе проведено аналитическое исследование ВД в проектируемом электроприводе с учётом запаздывания, вносимого микроконтроллером (МК), ДПР, ПК и СПП, на его механические, электромагнитные и энергетические характеристики. Исходной является система дифференциальных уравнений, описывающая электромагнитные и механические процессы в синхронном двигателе с возбуждением от постоянных магнитов во вращающейся системе координат:

I/, ■ эт а = и ^ = Я • +1

ш

С/, -соБа = ия г + ®4Л

О)

—= оз = ра)п,

где иич, ¡я - проекции напряжения и тока статора на оси d и q соответственно; С, - амплитуда непрерывной составляющей переменного фазного напряжения;СЕ, См - конструктивные постоянные двигателя; £ -индуктивность обмотки статора по продольной и поперечной осям; л-сопротивления статорной обмотки; а, сот, М„ М„- электрическая скорость, механическая угловая скорость, электромагнитный момент, момент нагрузки; 3- момент инерции; р - число пар полюсов; т - число фаз обмотки статора; а-суммарный фазовый сдвиг в канале ДПР—ПК-СПП.

Из системы уравнений (1) получены аналитические выражения и рассчитаны электромагнитные и энергетические характеристики ВД с учётом запаздывания в канале управления. Разработаны модели ВД в ПП МаНаЬ-БтиКпк, проведено модельное исследование и сравнение характеристик, рассчитанных аналитически и полученных на моделях.

На следующем этапе проведено исследование основных характеристик ВЭП с замкнутой системой управления, построенной по трём структурным схемам, представленным на рис.1.

В схеме (рис. 1а) главному (скоростному) контуру подчинён контур КСУСПП. В установившемся режиме электромагнитные и механические процессы в электроприводе, с учётом запаздывания описываются уравнениями: С/, • бш а = Я ■ - со ■ Ья ■ 1Я,

С/,-собо! = Л-1д -1„ +СЕ(2)

В схеме (рис. 16) контур тока является внутренним по отношению к КСУСПП. В этом случае обратная связь по току реализуется в неподвижной системе координат и регулятор тока (РТ) выполняется релейным, обеспечивающим скользящее управление током на выходе СПП.

В схеме (рис. 1в) контур тока является внешним по отношению к КСУСПП. В этом случае управление током осуществляется во вращающейся системе координат, и регулятор тока синтезируется в соответствии с классической теорией синтеза линейных регуляторов. В этом случае запаздывание Т компенсируется регулятором тока и в уравнениях (4) можно принять Т= 0.

В случае трёхконтурной системы управления приводом (рис. 16 и 1в) при заданном значении скорости изменение момента нагрузки на валу

и

исполнительного двигателя изменяет значение тока двигателя /;. При этом напряжения продольной и поперечной составляющих находятся из уравнений: и„ = -а>Ь I = зшюГ-аЛ,/, соесоТ,

V„ = Ыа + + СЕ ■ тт = Д7, сочсоТ + а£¿х ыпсоТ + СЕа>„.

(3)

ПК

РТ

р& Ц Н стп

1а,1Ь,1с

Рис. 1. Структурные схемы ВЭП Электромагнитные и энергетические характеристики привода с двухконтурной системой управления приведены на рис. 2 и 3 соответственно.

-!-!-Г ! / ■мф«, t*0.im»,TW> j

\ I КМ) у •

! / \ wm»(l«I)i

............I.......'vf....... ! I

! i I J—

Moment (Nm)

Рис. 4. Электромагнитные характеристики привода для трёхконтурной структуры

•1000 О 1000 Pmeh (W)

Рис. 5. Энергетические характеристики привода для трёхконтурной структуры

Анализ электромагнитных и энергетических характеристик показывает, что запаздывание в системе управления ВЭП практически не сказывается на электромагнитных и энергетических характеристиках трёхконтурной структуры привода. Таким образом, наиболее предпочтительной структурой для построения энергоэффетивного электропривода является трёхконтурная

система управления.

Условия работы привода и требование его энергоэффективности

вызывает необходимость применения активного полупроводникового

преобразователя напряжения (АП) в качестве вторичного источника питания.

Функциональная схема АП представлена на рис.6. Она содержит трехфазный

полупроводниковый инвертор, присоединённый к сети переменного тока через

дроссели (X, г) с одной стороны и к конденсатору звена постоянного тока ^

Рис. б. Функциональная схема АП

В синхронно вращающейся системе координат (х - вещественная ось и у - мнимая ось) при совмещении вещественной оси с вектором напряжения сети уравнения, описывающие АП в установившемся режиме, записываются в виде:

их=их=Е,+г1х-х1,\

О = Еу +г1у + х1х\

Ех=шН^м.С0Ъ(Рт, (4)

х = <оЬ = 21&сетЬ,

где и{ - амплитуда фазного напряжения сети; Ехк Еу- амплитуды первых гармоник ЭДС АП; Е„ - напряжение ЭДС нагрузки; г - активное сопротивление, учитывающее сопротивление источника питания, дросселя и двух проводящих полупроводниковых приборов АП; х=а>Ь=2т$Ь - реактивное сопротивление; Ь - индуктивность дросселя; I хи 1У - амплитуды первых гармоник тока\<рт- фаза сигнала модуляции по отношению к напряжению сети;

т - коэффициент модуляции.

Для полного описания АП систему уравнений (4) следует дополнить уравнением энергетического баланса между сетью и нагрузкой, и уравнением Ома в цепи постоянного тока:

С™' -Ч*.

где С, Я- ёмкость конденсатора звена постоянного тока и сопротивление нагрузки.

Уравнения (4, 5) позволяют аналитически исследовать статические характеристики АП. Получена регулировочная характеристика, представляющая зависимость выходного напряжения от коэффициента и фазы модуляции:

Ът У, В.{г со ${(рт) - х 5ш(<зт)) + Ен (2г2 + ЪгЯт2)

и<~ 2г2+3 гЛт2 ' (б)

г = л/г2 + со2Ь2.

Регулировочные и энергетические характеристики АП в режиме активного выпрямителя (АВ) в разомкнутой системе при управлении фазой модуляции приведены на рис. 7 и 8.

Медг "."И

Рис. 7. Регулировочные характеристики АП Рис. 8. Энергетические характеристики АП прит = 1и Ен =0 при/л = 1и Ен =0

Аналогичные характеристики получены при работе АП в режиме сетевого инвертора при генераторном режиме работы ВД.

Проведенные исследования показали:

• в разомкнутой системе для поддержания постоянного напряжения на конденсаторе звена постоянного тока необходимо изменять коэффициент и фазу модуляции при изменении нагрузки;

• в разомкнутой системе при изменении нагрузки АП не обеспечивает поддержание коэффициента мощности в цепи питания близким к единице.

Для улучшения электромагнитных и энергетических свойств АП рассмотрена организация двухконтурной замкнутой системы управления с поддержанием постоянного напряжения на конденсаторе звена постоянного тока. Контур стабилизации напряжения строится как внешний по отношению к релейному контуру тока в канале х. В этом случае обратная связь по току реализуется в неподвижной системе координат, а регулятор тока обеспечивает скользящее управление током на выходе АП.

В ПП Ма^аЬ-БтиНпк разработана модель АП с подчинённой системой управления, проведено модельное исследование работы АП как в режиме инвертора, так и в режиме выпрямителя, результаты моделированияприведены на рис. 9 и 10.

>

г

его 615 610

Я»»»™

SS0 «г: да

-

1нагрузки (А) Рис. 9. Внешняя характеристика АП

-30 -20 -10 О 10 20 30 40 (нагрузки (А)

Рис. 10. Энергетические характеристики АП

Для построения электромагнитных и энергетических характеристик в качестве независимой переменной принимался ток нагрузки. При этом исследовались как режим потребления энергии из сети (/*>(), активный выпрямитель), так и режим рекуперации энергии в сеть (1Х<0, сетевой инвертор). При этом АП потребляет от сети только активную мощность.

На рис. 11 представлены спектральные характеристики тока источника питания при работе АП в режиме выпрямителя.

Fundamental (50Hz) = 66.9S, ТШ= Q.29%

0.1 0.08

8

£ о.об с

S 0.04 с

0.02 О

—ч-

I........

к

+........

4 6 В 10 12 14 16 1S 20

В 10 12 Harmonic order

Рис. 11. Спектральные характеристики тока источника питания

АП при работе в качестве выпрямителя потребляет от сети практически синусоидальный ток, коэффициент искажения гармоник равен 0.29%.

Таким образом, применение активного полупроводникового преобразователя в качестве вторичного источника питания ВЭП с замкнутой системой управления обеспечивает потребление электроприводом от сети

только активной мощности при работе привода в двигательном и генераторном режимах.

В третьей главе на разработанных во второй главе моделях проведено исследование динамических характеристик вентильного двигателя, активного полупроводникового преобразователя и вентильного электропривода.

На структурной модели вентильного двигателя произведена оценка влияния перекрёстных связей (в сравнении с двигателем постоянного тока (ДПТ) рис. 12) и запаздывания (рис. 13) на динамические характеристики двигателя.

0.1 0.15

Time, s

Рис. 12. Влияние перекрёстных связей

j i

: :

К i i

0.05 0.1 0.15 Hme,s

Рис. 13. Влияние запаздывания

Влияние перекрестных связей в наибольшей степени проявляется при больших сигналах управления, что выражается в значительном снижении скорости при скачке момента нагрузки. Перекрёстные связи при нулевом значении напряжения ил вызывают появление тока продольной составляющей ¡4. Ток продольной составляющей влияет на суммарный магнитный поток, что в наибольшей степени сказывается в реакции ВД на изменение момента нагрузки. С увеличением величины запаздывания «7>> увеличивается продольная составляющая тока М. Ток продольной составляющей влияет на суммарный магнитный поток, что проявляется в увеличении колебательности переходного процесса и скорости в установившемся режиме.

По структурным моделям проведено исследование динамических характеристик АЛ с разомкнутой и замкнутой системой управления. В разомкнутой системе управления параметры входного буфера (г и Ь) и конденсатора звена постоянного тока (С) оказывают существенное влияние на вид переходных процессов по управлению и возмущению (току нагрузки) (рис. 14).

Кроме того в АП наблюдается существенное падение выходного напряжения при появлении тока нагрузки.

На структурных и виртуальных моделях АП с замкнутой системой управления проведено исследование переходных процессов по управлению и

Time, s

Рис. 15. Переходные процессы по управлению и при изменении тока нагрузки

Таким образом, при замкнутой системе управления АП можно рассматривать как источник напряжения, при этом его динамические характеристики практически не оказывают влияния на динамику

электропривода и питающую сеть.

Для привода азимутальной оси ОПУ проведён синтез регуляторов тока, скорости и положения по трём различным структурам, построены виртуальные

модели и проведено их исследование для определения динамических и точностных характеристик.

По результатам исследования было сделано заключение, что требуемые динамические и точностные характеристики обеспечиваются в каждой из рассматриваемых структур системы управления приводом, но только при управлении в «малом». При управлении в «большом» система управления входит в нелинейную зону и не обеспечивает требуемого качества регулирования.

С целью обеспечения требуемого качества регулирования во всём диапазоне скоростей и ускорений в регулятор положения введён алгоритм изменения пропорционального и интегрального коэффициентов усиления в зависимости от величины ошибки.

Разработана система управления приводами ОПУ на базе микроконтроллера СРС30302 по функциональной схеме рис. 16. Отладка и настройка САУ электропривода азимутальной оси ОПУ осуществлялась с помощью персонального компьютера в ПП Ма^аЬ-БтиНпк в режиме реального

□•lay

Рис. 16. Модель ВЭП азимутальной оси ОПУ

Модель содержит: трёхфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM), управляемый от трёхфазного СПП (Universal Bridge), запитанного от АП (Voltage Source); блок управления контуром тока, включающий ПК и КСУСПП, (Current Regulator); блок измерений (Measurement); блок управления контуром скорости (Speed Controller) и элементы библиотеки Simulink для моделирования контура положения, двухмассовой нагрузки, трения, сигналов управления и обратных связей.

В четвёртой главе приведено описание макета ОПУ и представлены результаты экспериментальных исследований. На рис. 17 представлен график статической ошибки (разности между заданным и текущим угловым положением оси) электропривода при движении с постоянной скоростью. На рис. 18 представлен график динамической ошибки системы при отработке эквивалентного управляющего сигнала. Результаты модельных исследований на модели электропривода в значительной степени коррелируются с результатами экспериментальных исследований на макете, что подтверждает высокую адекватность разработанной модели.

Рис. 18. Работа электропривода при задании эквивалентного гармонического сигнала (максимальная скорость 20 7с, максимальное ускорение 10 °/с2)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты диссертационной работы кратко можно

представить в следующем виде:

1. Проведено аналитическое и модельное исследование вентильного электропривода и эго элементов. Получены аналитические уравнения для расчёта статических характеристик ВЭП с замкнутой системой управления и активного преобразователя с разомкнутой и замкнутой системой управления.

2. Определены структуры, обеспечивающие наилучшие энергетические и электромагнитные характеристики ВЭП и АП.

3. Разработаны адекватные модели ВЭП и'АП в ПП Matlab-Simulink.

4. Решена важная научно-техническая задача повышения энергетической эффективности электроприводов на базе высокомоментных вентильных двигателей.

5. Полученный результат является основой для решения проблемы управления вентильным электроприводом средней и большой мощности с учётом запаздывания в канале управления, удовлетворяющего современным требованиям к электромагнитным и энергетическим характеристикам.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Герман-Галкин С. Г., Гаврилов Р. С. Исследование активного полупроводникового преобразователя в среде Matlab-Simulink. // Электротехника №4, Москва, 2011, с. 51-56.

2. Герман-Галкин С. Г., Гаврилов Р. С. Активный выпрямитель в цепи электропитания. // Транспорт Урала №4, Екатеринбург,2011, с. 91-95.

В других журналах и изданиях:

3. Герман-Галкин С.Г., Гаврилов P.C. Энергетические свойства моментного электропривода пространственной стабилизации опорно-поворотного устройства. // Материалы международной научно-технической конференции «Экстремальная робототехника нано-микро-и макророботы ЭР-2009». Таганрог - Санкт-петербург, ЦНИИ РТК, 2009, с. 301-304.

4. Гаврилов Р. С. Разработка системы пространственной стабилизации опорно-поворотного устройства оптического комплекса. // Труды первой научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «КБСМ» «Современные методы проектирования наземного оборудования для ракетно-космических систем с использованием современных технолошй». Санкт-Петербург, 2009. с. 109-114.

5. Гаврилов Р. С. Исследование динамических характеристик активного полупроводникового преобразователя. // Труды международной научно-технической конференции «Пятые Уткинские чтения». Санкт-Петербург, 2011, с. 336-339.

6. Гаврилов Р. С. Проектирование, разработка и модельное исследование системы пространственной стабилизации. // Материалы межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов «Системы управления и передачи информации». Санкт-Петербург, БГТУ «ВОЕНМЕХ», 2009. с. 3.

Патенты и свидетельства:

1. Патент на полезную модель «Преобразователь переменного трёхфазного напряжения в постоянное» №119546 от 20.03.2012.

2. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2012616738 от 27.07.2012 г. «Управление IGBT-транзисторами трёхфазного мостового инвертора преобразователя переменного трёхфазного напряжения в постоянное».

Подписано в печать 14.11.2012 г. Формат 60x80 1/16. Печать трафаретная. Бумага документная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ №181 Балтийский государственный технический университет

Типография БГТУ 1900005, Санкт-Петербург, 1-ая Красноармейская ул, д.1