автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка и реализация на ПЛИС энергоэффективных способов импульсного управления системами "усилитель мощности - электродвигатель" на основе методов автоматизированного проектирования
- доктора технических наук
- Кривилев, Александр Владимирович
- город
- Москва
- год
- 2013
- специальность ВАК РФ
- 05.09.03
- цена
- 450 рублей
Автореферат диссертации по теме "Разработка и реализация на ПЛИС энергоэффективных способов импульсного управления системами "усилитель мощности - электродвигатель" на основе методов автоматизированного проектирования"
На правах рукописи
Кривилёв Александр Владимирович
РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПЛИС ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ «УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ -ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ» НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Специальность: 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук
2 2 АВГ 2013
005532243 Москва-2013
005532243
Диссертация выполнена на кафедре 702 «Системы приводов авиационно-космической техники» Московского авиационного института (национального исследовательского университета).
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Стеблецов Владимир Григорьевич
Официальные оппоненты:
— доктор технических наук, профессор, заведующим кафедрой «Системы автоматического управления» ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» Горячев Олег Владимирович;
— доктор технических наук, профессор, заместитель директора по науке НТЦ ЗАО «УК Рунако» Кулифеев Юрий Борисович;
— доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Теоретическая электротехника» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» Резников Станислав Борисович.
Ведущая организация: ОАО «Аэроэлектромаш».
Защита состоится «1» октября 2013 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д212.125.07 в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) по адресу: 125993, г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, Главный административный корпус, зал заседаний Учёного совета.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского аиа-ционного института (национального исследовательского университета).
Отзыв на автореферат в двух экземлярах, заверенных печатью, просьба направлять на указанный выше адрес.
Автореферат разослан «5» августа 2013 г.
Учёный секретарь
диссертационного совета Д 212.125.07, кандидат технических наук, доцент
А. Б. Кондратьев
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность.
Одними из первоочередных задач промышленно развитых стран являются переход на электрифицированные воздушные и наземные транспортные средства, эффективное использование электрической энергии и внедрение в этапы проектирования, производства и сопровождения автоматизированных программных и аппаратных комплексов.
Основными потребителями электрической энергии служат электрические двигатели, на долю которых приходится примерно 43 % вырабатываемой электрической энергии. Таким образом, эффективное использование электрической энергии напрямую связано с разработкой энергоэффективных двигателей и алгоритмов их управления.
Электрические двигатели нашли своё применение в электроприводах авиационного, космического, аэродромного, горнодобывающего, нефтегазового и климатического оборудования, а также военной, медицинской, автомобильной, бытовой, офисной и сельскохозяйственной техники. В настоящее время одними из наиболее эффективных электродвигателей с точек зрения надёжности, безопасности, срока эксплуатации, жёсткости механических характеристик, максимальной развиваемой скорости, акустических, объёмно-массовых и энергетических показателей являются вентильные двигатели (вд), рынок которых динамично развивается. Появление, развитие теории и конструктивных решений, а также популяризация вд связаны с именами отечественных и зарубежных учёных, научных работников и инженеров, среди которых следует отметить Н. П. Адволот-кина, А.К. Аракеляна, A.A. Афанасьева, В.А. Балагурова, Ю.М. Беленького, А. И. Бертинова, Х.Д. Брейлсфорда (H. D. Brailsford, сша), Д. А. Бута, Ф.И. Бутаева, И. А. Вевюрко, О. Г. Вегнера, В.Е. Высоцкого, Я. Гераса (J. F. Gieras, Польша-сша), В. Т. Гращенкова, А. А. Дубенского, Д. А. Завалишина, JI. Я. Зиннера, Т. Кенио (T. Kenjo, Япония), Р. Криш-нана (R. Krishnan, сша), Н.И. Куликова, Н.И. Лебедева, В.К. Лозенко, А. Г. Микерова, В. П. Миловзорова, И. Е. Овчинникова, Ш.И. Лутидзе, А.И. Скороспешкина, Б.Н. Тихменева, Д. Хансельмана (D. Hanselman, usa), Р. Цаубитцера (R. Zaubitzer, Германия), B.B. Цоканова, Чанг-лян Ся (Chang-liang Xia, Китай), Е. Л. Эттингера и др.
Среди известных методов управления электродвигателями наиболее эффективным является импульсный метод. Значительный вклад в становление теории импульного управления электрическими двигателями, её развитие, популяризацию, а также реализацию предлагаемых подходов в сложных электротехнических комплексах у нас в стране и за рубежом внесли следующие учёные и инженеры: К. Блауфусс (К. Blaufui3, Германия), У. Браун (W. Brown, сша), С. Г. Герман-Галкин, Т. А. Гла-
зенко, П. Грасблум (P. Grasblum, Чехия), Й. Гольц (J. Holtz, Германия), М. Е. Гольц, О. В. Горячев, В. Ф. Козаченко, Ю. И. Конев, В. Г. Константинов, О. А. Коссов, В. С. Кулебакин, Ю. Б. Кулифеев, В. Кун (W. Кип, Китай), Р. Лопез (R. Lopez, сша), Е. В. Машуков, В. Г. Нагорский, Д. Ом (D. Ohm, сша), Б. И. Петров, В. А. Полковников, Б. Н. Потов, С. Б. Резников, Ю. Н. Розно, А. Т. Трубачёв, Д. А. Холмс (D. А. Holmes, Австралия), JT. А. Шпиглер и др. Несмотря на имеющиеся достижения в области импульсного управления электрическими двигателями отсутствует системный подход к представлению и описанию методов импульсного управления, охватывающий математическое описание цифровых сигналов, физических процессов, механических, регулировочных и энергетических характеристик двигателя и позволяющий определить энергоэффективный метод импульсного управления для рассматриваемого случая.
Методы импульсного управления могут быть реализованы при помощи набора аналоговых компонент, стандартных микросхем, ориентированных на управление конкретным типом электродвигателя, микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессоров с соответствующей неизменяемой периферией, а также на основе программируемых логических интегральных схем (плис) или «систем на кристалле». Наиболее перспективным направлением в разработке цифровых устройств, реализующих управление системой «импульсный усилитель мощности - двигатель», является направление, в котором цифровые алгоритмы реализуются на основе программируемой логики. В этом случае достигаются максимальная гибкость, высокая надёжность, наивысшее быстродействие, минимальные габариты, низкое электропотребление, независимость описания работы устройства от архитектуры производителя, быстрый переход на отечественные базовые матрицные кристаллы для военных применений и т. д. Основным сдерживающим фактором широкого применения плис является отсутствие достаточно хорошо проработанного теоретического аппарата и методов автоматизированного проектирования, которые позволили бы с минимальными трудозатратами разрабатывать цифровые устройства, реализующие энергоэффективные.алгоритмы импульсного управле-. ния современными системами «усилитель мощности - электродвигатель».
Цель работы.
Разработка основ проектирования цифровых устройств, реализующих на базе программируемой логики энергоэффективные способы импульсного управления системами «усилитель мощности - электродвигатель».
Задачи работы:
1. Проведение обзора существующих подходов к проектированию цифровых устройств, которые реализуют алгоритмы импульсного управления, а также подходов к импульсному управлению электрическими двигате-
лями с целью систематизации имеющихся способов управления и разработки терминологии и классификации методов импульсного управления системой «усилитель мощности — двигатель».
2. Разработка автоматизированных методов синтеза и анализа управляющих функций с целью получения их описаний и сокращения времени на исследования условий возникновения тока короткого замыкания и сквозных токов, а также равномерности загрузки по току и цикличности переключений ключевых элементов.
3. Формирование структуры цифрового устройства управления и его математического описания, на основе которых можно реализовывать быстродействующие и энергоэффективные цифровые алгоритмы импульсного управления системами «усилитель мощности - двигатель».
4. Создание на языке описания цифровой аппаратуры интеллектуальных блоков цифрового устройства управления в виде модулей с настраиваемыми параметрами для сокращения сроков ввода в эксплуатацию электротехнических систем с цифровым управлением.
5. Разработка автоматизированных подходов к получению аналитических выражений и исследованию механических, регулировочных и энергетических характеристик с учётом дополнительных потерь мощности, которые дают возможность для рассматриваемого случая сформировать соответствующие характеристики и определить наиболее приемлемые параметры двигателя, метод импульсного управления и частоту широтно-импульсного сигнала.
6. Формирование структуры и реализация высокопроизводительных программных комплексов на базе компьютерных моделей электротехнических систем с использованием параллельных или распределённых вычислений для существенного сокращения времени на получение и анализ эпюр цифровых и аналоговых сигналов, механических, регулировочных и энергетических характеристик.
7. Создание макетов мехатронных модулей (мм) с системами «усилитель мощности - двигатель» и цифровым устройством управления и проведение экспериментальных исследований для подтверждения теоретических положений, результатов компьютерного моделирования и отсутствия ошибок в описаниях интеллектуальных блоков.
Методы решения.
При решении поставленных задач применялись законы математической логики, понятия множеств состояний и переходов, а также матрицы смежности из теории графов, математическое описание сложных конечных автоматов, основные законы и правила электротехники, методы математического анализа, компьютерное моделирование в среде Simu.li.nk с расширением SymPowerSystems, императивный, функциональный, деклара-
тивный, объектно-ориентированный и основанный на правилах преобразований стили программирования, параллельные вычисления, метод численного решения системы дифференциально-алгебраических уравнений Дормана-Принса, встроенные функции в системы компьютерной математики МАТЬАВ и МаШета(аса и их соответствующие пакеты расширений.
Научная новизна:
1. Структура и математическое описание цифровых устройств управления, которые позволяют реализовывать энергоэффективные алгоритмы импульсного управления системами «усилитель мощности - двигатель».
2. Автоматизированный метод синтеза и анализа управляющих функций, а также полученные с его помощью выражения для методов симметричной, несимметричной, симметрично-несимметрично, симметрично-поочерёдной, диагональной, несимметрично-диагональной, поочерёдной и поочерёдно-диагональной коммутации, которые учитывают влияние взаимного расположения векторов магнитной индукции якоря и индуктора на создаваемый движущий момент, сдвиг сигналов о положении ротора, схему соединения фаз, тип широтно-импульсного сигнала, алгоритмическую паузу («мертвое время») и знак противо-эдс в неактивной фазе на межкоммутационном интервале.
3. Способ цифрового управления скоростью вращения трёхфазным вентильным двигателем с учётом знака противо-эдс, при котором отсутствует зона прерывистых токов в двигательной области, существует возможность реализации двигателем режима генераторного торможения, а также имеют место минимальные пульсации электродвижущего момента и дополнительные потери мощности.
4. Вариант классификации импульсных режимов, учитывающий возможность появления в якорной обмотке прерывистых токов и позволяющий систематизировать режимы работы электрического двигателя на периоде широтно-импульсного сигнала.
5. Вариант классификации методов импульсного управления, который обеспечивает систематизацию существующих и новых методов по виду их статических характеристик, равномерности загрузки ключевых элементов по току и возможным направлениям передачи энергии между двигателем и источником питания.
6. Терминология методов импульсного управления, которая предоставляет необходимый фундамент при знакомстве с особенностями существующих отечественных и зарубежных методов и рассмотрении возможности разработки новых способов импульсного управления.
Т. Автоматизированные подходы к формированию механических, регулировочных и энергетических характеристик и полученные на их основе аналитические выражения тока якоря, скорости вращения ротора, их ам-
плитуды пульсации, ширины областей переменных и прерывистых токов, статические и энергетические характеристики, которые учитывают существование в якорной обмотке двигателя пяти импульсных режимов.
8. Эквивалентные величины сопротивления, индуктивности, коэффициентов противо-эдс и момента с учётом протекания тока по двум фазам на межкоммутационном интервале и трапециевидной формы противо-эдс для создания упрощённых моделей трёхфазных вентильных двигателей.
9. Структура высокопроизводительных программных комплексов на основе компьютерных моделей электротехнических систем и модулей автоматизации расчёта и отображения итоговых данных, которая позволяет автоматизировать задание исходных данных, выполнение расчёта в режиме параллельных или распределённых вычислений, отображение результатов и хранение информации о выполненном расчёте.
Практическая значимость:
1. Интерактивные демонстрационные панели для исследования как циклической последовательности управляющего слова на периодах широт-но-импульсного сигнала и фазных напряжений, так и форм временных диаграмм, содержащих эпюры логических переменных и управляющих функций, при рассматриваемом методе импульсного управления с учётом направления вращения и типа широтно-импульсного сигнала.
2. Интерактивные демонстрационные панели для автоматизации формирования и исследования механических, регулировочных и энергетических характеристик системы «импульсный усилитель мощности — двигатель» при различных импульсных режимах и методах импульсного управления, а также эпюр напряжения, тока и угловой скорости в интерактивно задаваемой точке на плоскости с учётом текущих значений параметров двигателя и частоты широтно-импульсного сигнала.
3. Компьютерная модель трёхфазного ВД с цифровым устройством управления, позволяющая исследовать на периодах широтно-импульсного сигнала и фазных напряжений эпюры логических переменных, управляющих функций, фазные напряжения и токи, а также электродвижущий момент с учётом рассматриваемого метода импульсного управления, выбранной схемы соединения фаз и заданных значений параметров двигателя, частоты широтно-импульсного сигнала и момента нагрузки.
4. Программные комплексы на основе компьютерных моделей электротехнических систем с обычным коллекторным двигателем и трёхфазным вентильным двигателем, реализованные с привлечением языка матьав и среды ЭтиИпк и позволяющие автоматизировать расчёт статических и энергетических характеристик с помощью параллельных вычислений при заданных параметрах двигателя, методе импульсного управления и частоте широтно-импульсного сигнала.
5. Интеллектуальные блоки в виде модулей с параметрами на языке описания цифровой аппаратуры, которые можно использовать при автоматизации проектирования цифровых устройств, реализующих энергоэффективный метод импульсного управления.
6. Макеты мехатронных модулей с цифровыми устройствами управления на основе программируемых логических интегральных схем, которые могут быть использованы при исследовании физических процессов в случае разработки новых методов и в учебном процессе при знакомстве с основными принципами импульсного управления электродвигателями.
Реализация результатов:
1. В НИР №702-97-75 (пн-201) «Разработка энергосберегающих алгоритмов и устройств управления процессом коммутации ключевых элементов в системе "Импульсный усилитель мощности - двигатель"» (Программа ТУ России), выполнявшейся в 1997 г.
2. В НИР №1.86.96 «Разработка методов и средств управления энергоприводными системами авиационной и ракетно-космической техники с целью повышения её динамических и энергетических характеристик», выполнявшейся в 1997-1999 г-
3. В НИР № 702-98-22 (пн-343) «Разработка миниатюрных высокоэкономичных устройств управления двигателями на основе микропроцессорных структур» (Научно-техническая программа «Механика, машиноведение и процессы управления»), выполнявшейся в 1998-1999 г.
4. В НИР №1.20.01 «Разработка и совершенствование методов, математических моделей, алгоритмов и программ для проектирования и исследования элементов и систем комплексов оснащения и навигации ЛА», выполнявшейся в 2001 г.
5. В НИР № 32860-07020 «Разработка модели мехатронного модуля на основе трёхфазного бесконтактного двигателя постоянного тока», выполнявшейся в 2006 - 2007 г.
6. В нир «Параметрический синтез электромеханических исполнительных механизмов повышенной энергоэффективности, построенных по принципу силовых миниприводов, с минимизацией массогабаритных показателей для приводов ракет нового поколения», выполнявшейся в 2011 г. Государственный контракт №П1218 от 04 июня 2010 г. с Министерством образования и науки РФ в рамках мероприятия 1.3.1. ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
7. В НИР «Разработка методики проектирования электромеханических исполнительных механизмов петлеобразной формы на основе волновых передач с телами качения с минимизацией массогабаритных показателей для приводов самолётов 5-го поколения», выполнявшейся в 2011 г. Государственный контракт №П505 от 13 мая 2010 г. с Министерством
образования и науки рф в рамках мероприятия 1.3.1. фцп «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
8. В поддержанном рффи проекте № 12-08-01045-а «Разработка теории и методов импульсного управления электрическими двигателями».
9. В микроконтроллере имплантируемой системы обхода левого желудочка сердца, разрабатываемой МАИ совместно с ниитиио мз РФ.
10. В нир «Разработка рулевого привода на основе трёхфазного вентильного двигателя с цифровым управлением», выполнявшейся в 2008-2009 г. ОАО «Агрегатным конструкторским бюро "Якорь"».
11. В аппаратах искусственной вентиляции лёгких, выпускаемых компанией ООО «ФакторМедТехника».
12. В учебном процессе на кафедре «Системы приводов авиационно-космической техники».
Имеются соответствующие акты о внедрении результатов работы.
Апробация работы:
- V, VI, VIII и IX Всероссийские научные конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», г. Москва (1999, 2002, 2010, 2012);
- VIII, IX и X международные научно-технические семинары «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта (1999, 2000, 2001);
- Всероссийская конференция «Пневмогидроавтоматика-99», г. Москва (1999);
- 7-я паучпо-тсхпичсская конференция «Мсхатропика, автоматизация, управление (мау-2010)», г. Санкт-Петербург (2010);
- ш-й межотраслевой молодёжный форум «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики 2011», г. Москва (2011).
Публикации.
Основные научные результаты по теме работы изложены в монографии, двух патентах рф на изобретение, 11 статьях в журналах, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией, шести докладах Всероссийских конференций, пяти тезисах докладов научно-технических семинаров и тезисах доклада межотраслевого молодёжного форума.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения, списков используемых сокращений, обозначений и источников, а также восьми приложений. Объём основной части работы составляет 341 печатную страницу, включая 200 рисунков, 12 таблиц. Список использованных источников состоит из 354 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и основные задачи, представлено краткое содержалие глав и приведены сведения об апробации, публикациях и внедрении результатов работы.
Объектом изучения является система «цуу - иум - ид», входящая в состав современных цифровых электрических приводов со структурной схемой, представленной на рис. 1, где используются следующие обозначения: цум — цифровая управляющая машина; смв — специализированный микропроцессорный вычислитель; цуу — цифровое устройство управления; иум — импульсный усилитель мощности; ид — исполнительный двигатель; мп — механическая передача; Ка — входной цифровой код управления (ку); Кс — цифровой код обратной связи, который может содержать информацию о текущих значениях фазных напряжений и токов, угловых скоростей и углов поворота двигателя и выходного вала и т. д.; Нг ...,к — сигналы о текущем положении ротора; Ку — вычисленный цифровой ку; 6Г1,...!П — управляющие булевы функции (убф); (7ДВ, гдв — соответственно фазные напряжения и токи; П (Пс), ср (срс) — соответственно скорость и угол поворота выходного вала двигателя (привода).
Рис. 1. Структура цифрового электропривода
В качестве ид рассматриваются обычный коллекторный двигатель с независимым возбуждением от постоянных магнитов (дпт) и трёхфазный вд с распределённой и сосредоточенной обмотками и фазами, соединёнными по схемам «звезда» и «треугольник».
иум представляет собой многостоечный усилитель с ключевыми элементами (кэ) на основе полевых транзисторов (моэрет) или биполярных транзисторов с изолированным затвором (швт). Считается, что вопросы, связанные с обеспечением устойчивой работы иум (защита от перенапряжения, перегрева и т.д.), рекуперации энергии и исключения влияния энергетического канала на информационный решаются на аппаратном уровне в пределах иум.
цуу согласно реализованному методу импульсного управления на основе входных сигналов, которые содержат информацию о желаемых направлении и скорости вращения, текущем положении ротора, разрядности данных и т. д., формирует циклическую последовательность управляющих сигналов, подаваемых на иум.
"Ь^ПИТ
о
СЛшт
+£Лтит
о
— С/пит
т
и t
в)
а)
т
М t
1 и
-\~UrmT
о
б)
о
— ^ПИТ
Рис. 2. Импульсные режимы
Вопросы вычисления ошибок, выполнения коррекции и т. д. для каждого из возможных контуров с целью формирования входных сигналов в ЦУУ решаются с помощью СМВ.
В главе 1 представлен обзор существующих методов импульсного управления системой «ИУМ - ид» и попыток их систематизации отечественными и зарубежными учёными.
Предложена классификация импульсных режимов (рис. 2), которая учитывает появление прерывистого тока и охватывает пять импульсных режимов. При режиме I (рис. 2, а) на обмотке имеют место однополярные импульсы напряжения питания (последовательность импульсов на периоде широтно-импульсного сигнала (шис): иит, 0 или —С/пит, 0), при режиме II (рис. 2, б) — двуполярные импульсы (последовательность: +17пит, ~ипит или — ипит, + С/пит), при режиме III (рис. 2, в) — три уровня напряжения (последовательность +Е/Пит, ~ипит, 0 или —£/Пит, +ипит, 0), при режиме IV (рис. 2, г) — двуполярные импульсы с участком противо-ЭДС в конце периода ШИС (последовательность: +С/ПИт, ~ипит, £дв или —1/пит, +{7ПИТ, £дв) и при режиме V (рис. 2, д) — однополярные импульсы с участком противо-ЭДС в конце периода ШИС (последовательность: +ипит, 0, £дв или — С/пит, 0, £дВ)- Режимы I, II и IV могут присутствовать при реализации всех режимов работы двигателя (двигательный, генераторный, противовключения и электродинамического торможения), режим III — только при реализации двигательного и генераторного режимов в случае наличия переменного тока и режим V — только при реализации двигательного режима. Импульсные режимы IV и V соответствуют областям прерывистых токов на плоскости механических характеристик.
На основе импульсных режимов разработана классификация методов импульсного управления, показанная на рис. 3, где д — диагональный, Н — несимметричный, п — поочерёдный, С — симметричный, НД — несимметрично-диагональный, пд — поочерёдно-диагональный, сн — симмет-
®
Рис. 3. Классификация методов коммутации
Рис. 4. Двухстоечный иум с дпт
Рис. 5. Механические характеристики
рично-несимметричный и СП — симметрично-поочерёдный. Методы н, нд и СН имеют по два варианта реализации. Методы и варианты их реализации отличаются друг от друга состояниями КЭ при нулевом значении ШИС. В таблице 1 показаны связи между методами и импульсными режимами, а также значения УБФ в момент импульса (и) и паузы (п) на периодах ШИС {Ти Тг+1) при дпт (рис. 4). Методы, которые расположены в центре на горизонтальной линии, обеспечивают равномерную загрузку КЭ по току, а методы, размещённые на одной вертикальной линии, приводят к аналогичным механическим характеристикам (рис. 5, а — С; рис. 5, б — СП и СН; рис. 5, б — СП и СН; рис. 5, в — П и Н; рис. 5, г — ПД и НД; рис. 5, д — Д).
Таблица 1. Связь методов импульсного управления и импульсных режимов
Методы Повторяющаяся последовательность убф {U1U2U3U4) Режимы
Прямое вращение Обратное вращение
н Т;: 1001 (и) 1010 (п) Т<: ОНО (и) 1010 (п) i
н Ti\ 1001 (и) 0101 (п) Т<: 0110 (и) 0101 (п) i
п Ъ 1: н —» н i
с Т<: 1001 (и) ОНО (п) (1); Тг. 0110 (и) -> 1001 (п) (2) ii
Д Тц 1001 (и) 0000 (п) Т{: 0110 (и) 0000 (п) ii, iv
НД Тг: 1001 (и) -> 1000 (п) Ti: ОНО (и) 0010 (п) I, v
НД Т{\ 1001 (и) ->• 0001 (п) То 0110 (и) 0100 (п) I, v
ПД Ti Ti+1: нд нд I, v
сн Т<: 1001 (и) 0010 (п) Ti. 0110 (и) -> 1000 (п) i, ii, iii, iv
сн Тц 1001 (и) ->• 0100 (п) Ti: 0110 (и) 0001 (п) i, ii, iii, iv
сп Ti Ti+1: сн -» сн i, ii, iii, iv
Введено обобщённое обозначение для методов импульсного управления (60)(п)Х^, где 60 — сдвиг сигналов о положении ротора (не указывается при 120-градусном сдвиге, который используется по умолчанию), п — продолжительность нахождения кэ в открытом состоянии в градусной мере на периоде фазных напряжений в случае единичной скважности шис (при дпт не используется, при трёхфазном ВД: 120 или 180), X — символьное обозначение метода согласно рис. 3, э — учёт знака противо-ЭДС в неактивной фазе на межкоммутационном интервале, П — учёт паузы при переключении кэ. Предложенный принцип обозначения методов импульсного управления может быть использован также при обозначении комбинированных методов (например, 120П-ПД®) и методов с векторной ШИМ (например, 180Пп).
Выполнено сопоставление введённых обозначений и названий методов импульсного управления с названиями и обозначениями, встречаемыми в англоязычной литературе (таблица 2). Из таблицы 2 видно, что несмотря на предпринимаемые за рубежом попытки систематизации отсутствует единство в обозначении методов импульсного управления.
В главе 2 предложен автоматизированный метод синтеза убф, состоящий из следующих шагов:
1) анализ условий работы системы «цуу - иум - ид» и определение совокупности условий, обеспечивающих требуемое управление;
2) формализация совокупности условий в виде системы переменных и функций;
Таблица 2. Соответствие отечественных и зарубежных методов управления
Метод Method
Д PWM Scheme 1 (4 Quadrant, Simultaneous) [D. Ohm]
120Д Hard chopping [Texas Instruments], Bipolar independent PWM mode [P. Grasblum, Freescale], PWM Scheme 1 (4 Quadrant, Simultaneous) [D. Ohm}
С PWM Scheme 2 (4 Quadrant, Simultaneous, Complementary) [D. Ohm]
120С PWM Scheme 2 (4 Quadrant, Simultaneous, Complementary) [D. Ohm}
120С„ Bipolar Complementary PWM mode with Dead time [P. Grasblum, Freescale], Synchronous rectification "Fast-Decay Current" with Dead time [Allegro]
120Н Synchronous Rectification "Slow-Decay Current" [Freescale]
120НП Synchronous Rectification "Slow-Decay Current" with dead time [Allegro], Synchronous Rectification with dead time [STMicroelectonics, Infineon]
п PWM Scheme 4 (4 Quadrant Non-Simultaneous, Complementary) [D. Ohm]
120П PWM Scheme 4 (4 Quadrant Non-Simultaneous, Complementary) [D. Ohm]
120Пп Unipolar complementary PWM mode with Dead time [P. Grasblum, Freescale]
нд PWM Scheme 0 (2 Quadrant) [D. Ohm]
120НД Unipolar independent PWM mode [P.. Grasblum, Freescale]
120НД Soft chopping [Texas Instruments], PWM Scheme 0 (2 Quadrant) [D. Ohm]
ПД PWM Scheme 3 (4 Quadrant Non-Simultaneous) [D. Ohm]
120ПД PWM Scheme 3 (4 Quadrant Non-Simultaneous) [D. Ohm]
120ПД3 Alternate High-side/Low-side PWM [R. Lopez], PWM-ON-PWM [Wei Kun]
3) описание метода импульсного управления;
4) формирование таблицы состояний управляющих булевых функций;
5) получение описания УБФ в полной системе булевых функций;
6) анализ последовательности УБФ с помощью интерактивной демонстрационной панели, включающей схему «ИУМ - ИД» и временную диаграмму (рис. 6);
7) анализ состояний и переходов управляющего слова (ус) с целью определения запрещённых состояний и переходов, приводящих к аварийным ситуациям;
Направление вращения: Прямое Инверсное
Тип ШИС: Передний Центрированный Задний Угол поворота, градус: ...................——а
"л.
Щ-КЭ6
А А
0
Н1 1-- 1
Н2
НЗ ИР [1ПППП1 ппп пппппгг
116 пп [ЦТППГ
ид пппппп
1)4 1 ППЙПП
Щ ППППП1
111' 1 пппппп
ш щ. ППП пг
Рис. 6. Демонстрационная панель для исследования убф при методе 120Д
8) экспорт полученных результатов в необходимый формат для выполнения моделирования.
Выражения (1) описывают убф метода сп, а выражения (2), (3), (4) и (5) — убф методов спп, пп, пдп и дп соответственно. Приравнивая в этих выражениях переменные ПТвя, -ОТрд и БТэр нулю, можно получить выражения убф методов с, сп, п, пд и д. Описания для Щ и Щ в выражениях (2), (3) и (4) отличаются соответственно от Х1\ и С/г только видом РЯ. Полагая в (2), (3) и (4) РД = 1, получаются описания убф соответственно методов н^", ндп и снп, а РЯ = 0 — методов нп, ндп и снп.
ц1 = щ = (РД ЯР V РД ЯР) ИТЗР, и2 = иъ = (РД ЯР V РД ЯР) ПГш ОТ3р.
(1)
иг = ЯР (ШЬд ОТ^я V РТСл РД ПГ5Р) V РД РД ЯР (ПГШ V PT.jp), Р2 = РД ЯР (РТдл РРгр V НГон РД РТ5Р) V ШтЩпгоа V Щ.
____ _ (2)
/71 = РД ЯР (£>Гдл РТ^р V РТ5Р (РД РТРЛ V РД РГрл)) V
V РД ЯР (РД РТш V РД РТдл V РТ<?р) ,
и2 = РД ЯР (РТдл РГяр V РТ5Р (РД РГРЛ V РЯШ^)) V V РД ЯР (РД РТдд V РД РТ0л V Ш^).
их = ИВ, £>ГШ (РЯ V ЗР), ¡72 = ш иГон (РД V ЗР). (4) иг = иА= Шть^БР, и2 = и3 = ОЯШъКЗР. (5)
Выражения (6), (7), (8), (9) и (10), являются описаниями УВФ для одной из стоек ИУМ {ии — верхний КЭ, Е/^ — нижний кэ) соответственно методов (бо)120сп, (60)120спп ((бо)120сп®), (6о)120пп ((80)12011®), (60)120пдп ((6о)120пдп) и (60)120дп. Полученные выражения справедливы при обоих вариантах сдвига сигналов о положении ротора и обеих схемах соединения фаз, а также учитывают паузу при переключении кэ и знак противо-эдс в неактивной фазе. Одна из возможных комбинаций для связи переменных А и. В с сигналами о положении ротора: и С/2: А —Нг, В —»■ Я2; Щ и г/4: А ^ Н3, В Нг] и5 ж и6: А ^ Я2, В -> Я3.
CTU = ((.DRABV DRAB) SPW SP (DRABV DRAB)) DTdrDTsp, Ud = ((DRABV DRAB) SPVSP (DRAB V DRAB)) DTdr DTSp.
Uu = (DRAB V DRAB) (DTdr PRDTSP V DTdrDTsp) SP V
V (DRABV DR AB) (DTdrVDT^P)PRSP,
Ud = (DRABV DRAB) (DTdr PR DTSp V DTdr DTsp) SP V
V (DRABV DRAW) (DTdr V DTSP) PRSP.
(6)
(7)
Uu = (DRABV DRAB)( (DTdr DTsp V (PR DTPR V PRDTpr)A A DTSP)SP vmb^PRSP) V
V (A~B(DRDTdr V DTsf) УАВ(ШDTdr V DTSp)) PR~SP-, Ud = (DRABVDRAB)( (DTdr DTsp V (PR DTPR V PR DTpr) Л Л DTSP)SP V DTdr PRSP) V
(8)
V (А В (DR DTdr V DTSP) V AB (DR DTdr V DTSP)) PRSP.
Uu = (DRAB V DRAB) (PR V SP)DTdr, Ud= (DRAB V DRAB) (PR V SP)DTdr.
Uu = (DR ABV DRAB) DTdr SP, Ud= (DRABVDRAB)DTbRSP.
0)
(10)
Если в выражениях (6)-(10) положить ПГон, ПГРК и ПГбр равными нулю, то получатся выражения убф без учёта паузы при переключении кэ. Выражения убф (7), (8) и (9) при РЯ - 1 преобразуются соответственно в выражения для методов (60)120снп, (бо)120н^ и (6о)120ндп, а при РЯ = 0 — в выражения для методов (60) 120снп, (бб) 120нп и (60) 120ндп.
В главе 3 описан автоматизированный метод анализа состояний и переходов УС, который основывается на паттернах ограничений и модифицированной матрице смежности и состоит из следующих шагов:
1) определение множества состояний управляющего слова;
2) выявление наборов условий нахождения в состояниях УС в виде соответствующих им наборов значений логических переменных;
3) создание двух матриц условий переходов. Первая матрица содержит условия переходов между состояниями в виде двух наборов значений логических переменных (лп), соответствующих начальному и конечному состояниям ус при переходе. Вторая матрица состоит из условий изменения лп в моменты переходов;
4) формирование паттернов ограничений, с помощью которых накладываются ограничения на изменения ЛП во время работы;
5) применение паттернов ограничений к матрицам условий переходов для удаления из них условий, которые не существуют при рассматриваемом методе импульсного управления;
6) составление модифицированной матрицы смежности, содержащей информацию о всех возможных состояниях УС и переходах между ними;
7) отображение результатов в виде модифицированной таблицы состояний, модифицированной матрицы смежности и таблиц переходов. Определены множества располагаемых, допустимых и запрещённых
состояний УС для ИУМ, состоящего из п-стоек. Рассмотрены примеры использования предлагаемого подхода для ДПТ и трёхфазного ВД.
В случае метода д множество состояний УС I?2 — {й2,^,^} и множество наборов значений ЛП Д2 = {бц, б2, 62} состоят из трёх элементов, где верхний индекс в обозначении элементов соответствует числу стоек. Элемент бд = {{1Ш, БР}, {ОЯ, 5Р}} содержит наборы значений лп, при которых УС находится в состоянии ¿^ = {0,0,0,0}.
Элементы матриц переходов связаны с отдельными переходами. Элементы первой матрицы формируются с помощью выражения
где S — операция создания последовательности, L — операция создания списка, (Xj^t и oinj — наборы лп, тип — номера элементов множества наборов значений лп, inj — номера наборов значений лп, к и I — число наборов в элементах ост и а™ соответственно.
Согласно (11) в случае метода Д элемент
(П)
= {{{DR,SP},{DR,SP}},{{DR,SP},{DR,SP}}, {{DR,№}, (DR, SP}}, {{DR, SP}, {Di?, SP}}}.
Вторая матрица условий переходов содержит информацию о том, какие лп изменяют своё значение в случае выполнения перехода. Отрицание лп означает, что она не изменила своё значение при переходе. Каждый набор переменных в элементах этой матрицы связан с соответствующей парой наборов значений лп из первой матрицы. Следовательно,
Ъ'1Л = {{DR,SP},{DR,SP},{DR,SP},(DR,SP}}.
Так как матрицы условий переходов содержат все возможные сочетания пар наборов значений ЛП, то необходимо из них удалить те случаи, которые нарушают принципы формирования ЛП. Удаление реализуется при помощи паттернов или шаблонов ограничений, которые состоят из двух частей. В первой части размещаются варианты изменения ЛП, соответствующие наборам из второй матрицы условий переходов, а во второй части — пары наборов значений ЛП, соответствующие парам из первой матрицы. Определены паттерны ограничений для Hi,2,3, PR, DTdr, DTpr и DTsp. Паттерны ограничений для лп Нг<2,з и PR на языке Mathematical
constrainsHlH2H3 = {-[ Alternat ivesta<3Flatten[ (Insert [Riffle [#,___],___,
iil>,i-l»]&/a Permutations [#]&/<3 Subsets [{HI ,H2,H3>,{2,3>] ), 1] , {»}; constrainsPR = Ш___, PR,___>, «___, !SP,___>, {___, !SP,___}}»;
Так как для реализации метода Д достаточно двух лп DR и SP, с которыми не связаны паттерны ограничений, то итоговые матрицы условий переходов совпадают с соответствующими исходными матрицами.
На основе итоговых матриц условий переходов составляются модифицированные матрицы смежности, содержащие информацию не только о наличии или отсутствии переходов между состояниями УС, но и о числе стоек ИУМ, по которым протекает сквозной ток при выполнении соответствующих переходов в случае использования незащищённых кэ. В модифицированной матрице смежности используются следующие обозначения: —1 или пробел — переход отсутствует, 0 — переход присутствует, но не приводит к протеканию сквозных токов, +п — переход существует и является причиной возникновения сквозного тока в п стойках. Модифицированные матрицы смежности для методов д и дп показаны на рис. 7 и 8 соответственно. Следовательно, при методе Д существуют девять переходов, два из которых приводят к возможности появления сквозных токов в двух стойках (рис. 7). В случае использования метода Дп имеют место семь переходов, ни один из которых не приводит к появлению сквозных токов (рис. 8).
0 6 9 ООО
о оГ о IT'
Рис. 7. Матрица метода д
0 6 9
ООО 0 0 0 0
Рис. 8. Матрица метода Дп
Таблица 3. Результаты анализа ус при трёхфазном вд
Метод коммутации кэ Кол-во лп Кол-во состояний ус Количество переходов
Без сквозных токов Со сквозными токами
В одной стойке В двух стойках В трёх стойках
120Д (120ДП) 5(6) 7(7) 31 (31) 12(0) 6(0) 0(0)
120С (120СП) 5(7) 6(7) 36 (31) 12(0) 6(0) 0(0)
120Н (120НП) 5(7) 9(13) 39 (91) 36 (0) 6(0) 0(0)
120П (120Пп) 6(8,9) 12(19,19) 60(151,169) 60(12,0) 6(0,0) 0(0)
120НД (120НДП) 5(6) 9(10) 51(70) 24(0) 6(0) 0(0)
120ПД (120ПДп) 6(7) 12(13) 84(109) 36 (0) 6(0) 0(0)
120СН (120СНП) 5(7) 9(10) 51(70) 24 (0) 6(0) 0(0)
120СП (120СПп) 6(8) 12 (13) 84(121) 36 (0) 6(0) 0(0)
Разработанный метод был применён для анализа состояний ус при всех методах импульсного управления согласно предложенной классификации для дпт и трёхфазного вд. Результаты анализа для трёхфазного вд показаны в таблице 3. В случае реализации метода 120пп можно обойтись и без ПТрн при использовании центрированного и заднего фронтального шис. Однако, при переднем фронтальном шис имеют место 12 переходов, которые приводят к возможности возникновения сквозного тока в одной из стоек иум.
В главе 4 разработана структура цуу (рис. 9) и выполнено его математическое описание. На рис. 9 приняты следующие обозначения для блоков: 1 — генератор импульсов; 2 — блок загрузки ку; 3 — блок загрузки кода разрядности; 4 — блок загрузки кода частоты; 5 — блок загрузки кода длительности паузы; 6 — блок преобразования загруженного ку; 7 — блок преобразования загруженного кода разрядности; 8 — блок преобразования загруженного кода частоты; 9 — блок преобразования загруженного кода длительности паузы; 10 — блок формирования логических переменных; 11 — блок формирования управляющих булевых функций; 12 — блок приёма сигналов о положении ротора. Блоки 3, 4, 5, 7, 8 и 9 являются дополнительными и позволяют изменять во время работы привода разрядность ку, период шис и длительность паузы при переключении кэ.
Аналитическое выражение загруженного кода управления
-^^стяь = Ссткь ЕЬо йСЬК V ЬССть Еио йСЬК, (12)
где СЬК — тактовый сигнал; (1СЬК — изменение тактового сигнала с 0 на 1 (передний фронт); ЬСсткь, — соответственно текущее и сле-
дующее значения загруженного кода управления.
Рис. 9. Структура цифрового устройства управления
Описание знака и абсолютного значения внутреннего КУ
SG+ = LC<
Erec dCLK V SG Erec dCLK,
ABS+ = (LCCTRLi e LC,
¿CcTRLn-i) dCLK V SG Erec dCLK,
ctrln —1
где г = 0,1,2,..., n —2 — номер разряда внутреннего и загруженного кода управления; LCCTrl„-i — старший разряд загруженного кода управления; ABSi, ABSf — соответственно текущее и следующее значения разряда абсолютного значения внутреннего кода управления; SG и SG+ — соответственно текущее и следующее значения знака внутреннего кода управления; .EREc — сигнал разрешения записи загруженных данных.
Описание сигнала ЕаЕС в случае использования переднего фронтального или центрированного шис с одним обновлением данных за период:
где PWCj — значение счётчика периода ШИС; MPWSCllTk — значение модуля счёта счётчика периода на /с-периодс шис; FRCi — значение счётчика делителя частоты.
Математическая запись сигнала направления вращения имеет вид
1, если (PWCj = MpwscNTfc О, в противном случае,
) (FRCi = 1);
(14)
DR+ = SG dCLK V DR dCLK,
(15)
где DR, ОК+ — соответственно текущее и следующее значения сигнала направления вращения ротора двигателя.
Широтно-импульсный сигнал описывается соотношением
5Р+ = Я йСЬК V БР аськ, (16)
где 5!Р, БР+ — текущее и следующее значения сигнала необходимой скорости вращения соответственно;
_ Г1, если РШС^АВБи ^
[О, в противном случае,
PWCj, АВБ{ — текущие значения счётчика периода шис и сигнала абсолютного значения внутреннего кода управления соответственно. Сигнал равномерной загрузки кэ по току
РЯ+ = (Рй ф У) йСЬК V РЯ сЮШ, (18)
где РЯ, РЯ+ — соответственно текущее и следующее значения сигнала равномерной загрузки кэ по току;
Г1, если Еутак ШН {Р\УСз = Мр^сит») > 0) V
Г=1 V (гАВ3^ © (АВЗг = 0)), (19)
[0, в противном случае,
где г — порядковый номер цикла формирования ЛП; ZAвSi-1 ~ сигнал сравнения абсолютного значения внутреннего КУ с нулевым значением на предыдущем цикле формирования лп; АВБ* — абсолютное значение внутреннего КУ на текущем цикле формирования ЛП; Б1Я — направление счёта счётчика периода ШИС; Етоак — сигнал разрешения работы.
В случае формирования сигналов паузы необходимо ввести задержку на один период тактового сигнала для ЛП БЯ {ОЯпь), РИ (РР-оь) и 5!Р (5РдЬ). Выражения для сигнала паузы, связанного с изменением 5Р:
ПГ+ = ЬЗР ¿СЬК V ОТзр <1СЬК, (20)
Ьзр = {ЗР © БРоь) V БТЗР Д ОТС< ' (21)
\г=1
1 +
БТь-р, БТ^р — соответственно текущее и следующее значения сигнала паузы, ИТС{ — разряд счётчика длительности паузы. Описание внутренних сигналов о положении ротора
111+ = Щ йСЬК V Шг (¿СЬК, (22)
где i — номер сигнала о положении ротора.
Аналитические выражения (12)-(22) справедливы при отсутствии одновременного изменения значений сигналов, поступающих на информационные входы триггеров, и тактового сигнала СЬК с 0 на 1.
В главе 5 представлены описания разработанных интеллектуальных блоков цуу в виде параметризованных функций (модулей), реализованных на языке описания цифровой аппаратуры ahdl. Сигнатуры функций при использовании дпт и трёхфазного вд имеют следующий вид:
FUNCTION dsys ( Clock, E_Load, Code[ _Width_ - 1 .. 0] )
WITH ( _Width_, _FRQ_Time_, _Type_, _DT_Time_, _Method_, _0pen_Drain_ )
RETURNS ( DR, DT_DR, PR, DT_PR, SP, DT_SP, U[4..1] );
FUNCTION dsys_vd ( Clock, E_Load, Code[ _Width_ - 1 .. 0], H[3..1] )
WITH ( _Width_, _FRQ_Time_, _Type_, _DT_Time_, _Method_, _0pen_Drain_,
_Alarm_, _Shift_ ) RETURNS ( DR, DT_DR, PR, DT_PR, SP, DT_SP, U[6..1] );
Входными сигналами в функции являются тактовый сигнал (Clock), сигнал разрешения загрузки данных (E_Load), код управления (Code) и сигналы о положении ротора (Н[3. .1]), выходными сигналами — убф и дополнительно лп. Параметрами функций служат разрядность кода управления (_Width._= 8), номер периода прохождения тактового сигнала (_FRQ_Time_= 15), тип шис (_Туре_= "ADD"), код продолжительности паузы (_DT_Time_= 4), метод импульсного управления (_Method_= "DIAGONAL"), режим работы выводов микросхемы с выходными сигналами (_0pen_Drain_="N0"), состояние ус при возникновении аварийной ситуации (_Alarm_= В"000000") и угловой сдвиг сигналов о положении ротора (_Shift_= 120).
Осциллограммы работы цуу в составе мм в виде эпюр лп и увф после настройки параметров функций и программирования полученных в результате компиляции данных в микросхему приведены на рис. 10.
Тек л.
Е2 Trig'iJ
1ПГ1ППППЯ
"J и ь и и
Period 54.41 US?
DO
JlI
CHI
д ^ P« Witfm
П. fl таем--
fl fl ш wwn
,JJ У li и о
CH2 20,0V M100jus CH4 / 2.16V
CH3 20.0V CHi 5.00V RilA 20.0V 100 АН BefB 20.0V 100,1»
ллтщгошж
д j пгНгп! i
rr_
л о
лппп
xtni
Ol
лгппо_
JZlEOnilj_[Lil
■ хжтац
1250 Номера точек
а) метод п б) метод 120п
Рис. 10. Временные диаграммы цифровых сигналов
При аппаратной реализации восьмиразрядного ЦУУ обычным ДПТ требуется от 700 до 1100 эквивалентных логических вентилей, а трёхфазным вд — от 900 до 1500. Максимальное число логических вентилей необходимо при реализации метода Пп (120Пп) с переменной DTpr, а минимальное число — при реализации методов д (120Д), С (120с), H (120Н) и НД (120НД).
В главе 6 описаны автоматизированные подходы к получению математического описания статических характеристик и их исследованию с помощью демонстрационных панелей. Предлагаемый подход для формирования механических характеристик состоит из следующих шагов:
1) составление для каждого импульсного режима системы дифференциальных и алгебраических уравнений;
2) получение аналитических выражений для тока и его амплитуды при всех импульсных режимах;
3) получение описаний механических характеристик для каждого импульсного режима;
4) формирование математических выражений граничных линий между токами одного и разных знаков, а также между непрерывными и прерывистыми токами;
5) объединение соответствующих аналитических описаний импульсных режимов и граничных линий для получения математического описания механических характеристик при методе импульсного управления;
6) создание демонстрационной панели для исследования форм механических характеристик, эпюр напряжения и тока на периоде шис при различных значениях параметров двигателя и частоты ШИС. Команды для получения аналитический выражений тока, его амплитуды, механических характеристик, граничных линий и ширины зоны переменных токов при импульсном режиме I:
sgn = 1; F = R*i [t] +L*i' [t]+Ce*Ocp; rl = R/L->1/Ta; r2 = U/R->In; r3 = Cm*In->Mn; r4 = Ce*Cm*Ocp/R->Mn*Q; r5 = In->U/R; r6 = U/Ce->Qxx; soll = DSolve[F == sgn*U,i[t],t,GeneratedParameters->A][[1]]; sol2 = DSolve[F == 0,i[t],t,GeneratedParameters->B][[1]]; init = Solve[{(i [t]/.soll/.t->0)==(i [t]/.sol2/.t->T),
(i[t]/.soll/.t->y*T)==(i[t]/ .sol2/.t->Y*T)},{A[l] ,B[1]>] [[1]] ; -Cil, i2} = Collect [Expand [i [t] /. #/. init/. rl] /. r2, In] &/<3{soll, sol2> ; Д1 = sgn*((il/.t->y*T)-(il/.t->0))//FullSimplify; M = Collect[Simplify[Cm/T*(Integrate[il,{t,0,y*T}]+
Integrate[i2,{t ,y*T,T}])],In]/.r3/.r4//Simplify; -CObrdl,nbrd2} = ( (£lcp/. Solve [(il/ .t->#)==0,iîcp] [[1] ] ) / .r5/.
r6)&/Q{0,Y*T}; {Mbrdl,Mbrd2> = (M/.i2->#/axx)&/<a{abrdl,Dbrd2>; W = sgn*PlusQ<3(#/.Solve[D[#,у]==0,у] [[1]]&/Q -CMbrdl, -Mbrd2» //FullSimplif y;
Амплитуда пульсации тока якоря:
АЛ* = 2csch(T«/2) sh(7Tn/2) sh((l -у)тя/2),
Д1Ш, = (2е^Тя - еТя - е'°/Гя) (1 - е-^Тя)/(1 - еТя),
A/IV* = |(sgni/n„T-Оср») (1-е~уТя)|,
где А/,* = А1{/1П — амплитуда пульсации тока в относительных единицах при г-м импульсном режиме (АJ„« = 2AIlt, выражение для A/v* совпадет с выражением для A/lv*); /п — пусковой ток; у — скважность ШИС; тя = Г/Гя — относительная длительность периода ШИС; Т — период ШИС; Тя — электромагнитая постоянная времени якоря; sgn 11пит — знак напряжения источника питания; ПСР, — среднее значение скорости вращения двигателя; ¿о — интервал времени с начала периода ШИС до момента, когда ток меняет свой знак при нулевом значении ШИС (имеется в виду передний фронтальный ШИС):
2 Рутя _ 1
= -г:6 - '-=—• (23)
1 -bsgni/пит iiCp*(l - е Тя)
Выражения для граничных линий в относительных единицах
МгР.„ = (1/тя)1п(1 - £1ГР.1*(1 - еТя)) - Пгр.1., (24)
МГР. ц» = 1 - (1/тя)1п(еТя + ПГР.„*(1 - еТя)) - ПГР.п,, (25)
Мгр. = -(1/тя) 1п(1 + ПГР.Ш*(1 - еТя)) - Пгр.щ*, (26)
М„. IV* = -1 + (1/Тя) 1п(еТя - ПГР. iv*(l - еТя)) - ПГР. Wl (27)
т. г -, . 2 1 + еТя — ОГР. i_IV*(l — еТя) , ,
Мгр. i_jv* = -1 -I--In----iirp. I-IV* ,
тя 2
ы 1 2 1 1 + еТя+ДгР.п-ш*(1-еТя) n
Мгр. п-ш* = 1--Ш----ИГР. Н-Ш* , (¿9)
Тя 2
где ПГр.г* = О-гр.i/ßx.x — средняя скорость двигателя в относительных единицах на граничной линии в г-м квадранте; Пх.х — скорость холостого хода; Mrp.t* = Mrp.i/Mn — средний момент двигателя в относительных единицах на граничной линии в г-м квадранте; Мп — пусковой момент.
На основании (24)-(29) получаются аналитические выражения для ширины области переменных и прерывистых токов импульсных режимов
Wv„ = — fln^——, WH=WIV.=2WV., W„,=4WV„. Тя V Тя / еТя -1
Описания механических характеристик при импульсных режимах
Мер, = С/П„т (2У - ¿0/Г) - Пор» , (30)
Мер* = С/пит (2 у - 1) - Пер* + То1ИТ + ПСр»), (31)
МСр* = sgn С/ПИт у - ПСР* - т0 ПСр», (32)
где ¿о определяется с помощью (23), Тд — относительная длительность интервала с прерывистым током:
1 1 , 2е^т* -14^пС/пит Дрр*
То = 1--1п---—-—-, (33)
тя 1 + С/пит 12Ср*
1 / ¿У _ 1 \
т0 = 1-—1п 1 + —^-. (34)
Тя \ sgn и пит ¿-¿ср* /
Выражение (30) описывает механические характеристики в случае импульсного режима ш. Если положить ¿о = уТ (¿о = Т), то получается описание механических характеристик при импульсном режиме I (и). Выражения (31) и (33) используются для формирования механических характеристик при импульсном режиме iv, а выражения (32) и (34) — в случае импульсного режима v.
Описания механических характеристик при методах п (н) и с совпадают с описаниями характеристик при импульсных режимах i и ii соответственно. Описание характеристик в случае испльзования метода д является объединением описаний характеристик при импульсных режимах ii и iv (методы пд и нд — импульсные режимы i и v, методы сп и сн — импульсные режимы i, и, iii и iv). Математические описания механических характеристик при методах д и пд (нд) соответственно
2у-1 -£1Ср* при С/дв = {+С/ПИТ, -С/пит},
2у - 1 - ПСР* +т0(1 + П-ср*) при идв = {+С/Пит, -ипит, £дВ}, 1 - 2у - £1СР* - т0(1 - ПСР„) при и№ = {-[/пит, +С/Пит, £дв}, 1 - 2у - ПСР* при С/дВ = {-С/пит, +С/Пит},
у - ПСр* при С/дв = { + С/ПИТ, 0},
у - ПСР» - т0ОСр* при С/дв = {+£7пит, о, £дВ}, - У - -Оср* - т0 ПСр* при С/дв = {-С/Пит, о, £дв}, -у - ПСР, при С/дв = {-С/пит, о}.
Внешний вид демонстрационной панели для формирования механических характеристик и исследования эпюр токов и напряжений при импульсных режимах и методах импульсного управления показан на рис. 11.
Мг. Р* = <
Мср, =
Механические характеристики 2 3 4 5
С СЛ<СН) П |Н) : ПД(НД) Д
'Параметры двигателя
и««,, 8: 12 И, Ом: 0.269 I, Ги: 0.000014 С», Я.с««/р*д| 0.0027 г частота ШИС
Нин., Га: 10000 Ммк., Гц: 60000 Твкущм, Г»: ——О--------
-0.15 -0,10
0.00 0.03
м„.н «
одооо отоог ошом шом оясоов «ма
Время. СПС
.? »
олая ожив онооы олоош одоам олоа! Время, м
и. Н.м; П. 1/«м(, об/мкя' 0.0161; 1111.10. 10610.00
Я, Ом: 0.2690 Ргжиы. Днптмышй (ерерымстый ток)
£., Гв: 0.00001400 Скважность < у| • 0.547
г,, В»мк/ри: 0.00270 И), А- (0^762; 13.8820)
и». Н.и: 0.120« УГ. Н.ш 0.02867
»1.1. ри/ежг 4444.44 (<0, т0» <0.000039 ; 0.22431
Рис. 11. Демонстрационная панель механических характеристик
Разработанный подход для формирования регулировочных характеристик состоит из следующей последовательности шагов:
1) получение для каждого импульсного режима описания среднего значения напряжения в относительных величинах £7СР* = /(т);
2) составление для каждого импульсного режима систем уравнений, которые справедливы на соответствующих интервалах периода ШИС;
3) получение выражений для скорости вращения двигателя и амплитуды её пульсации при всех импульсных режимах;
4) в случае необходимости, получение аналитического описания граничных линий для каждого импульсного режима;
5) объединение описаний регулировочных характеристик при импульсных режимах, которые имеют место для рассматриваемого метода;
6) создание демонстрационной панели, позволяющей исследовать регулировочные характеристики и эпюры скорости на периоде шис. Выражения для среднего напряжения на обмотке двигателя:
&ср. I. = С^ср. V* = sgn С/пит У, исР. „* = sgn ипит (2у - 1), ^ иСР.т, = sgnf7ПИT (2у -го/Т), tZcp.iv* =sgnг7пит (2у-1 + т0).
Выражение для амплитуды пульсации скорости при режимах I и и
2 ( (1-2-у)р2Т , р2Т
ДП„, = 2ДО,* =-[Р2-Р1+Р1 сЬ---эесп —--
Р1-Р2К 4 4
, (1-2у)Р1Т ,Р1Г\ Т2 - р2 сЬ ^-^— йесЬ — \ « —Р1Р2(1 -7)Т>
гдер!)2 = (—1Т\/1 ~ 4Гя/Т'м)/(2Тя) — корни характеристического уравнения; Тм — механическая постоянная времени. Выражение (36) имеет место при тя < 1/2. Амплитуда пульсаций скорости в остальных случаях определяется численно на основе полученных систем решений дифференциальных уравлений для скорости.
Описание регулировочных характеристик при импульсных режимах:
ПСР, = (37)
1 -т0
где Ми* = Мн/Мп — значение момента нагрузки в относительных величинах; исР* определяется согласно (35). При режимах I, II и III величина т0 в (37) равна нулю, в случае режима IV рассчитывается с помощью (33) и при режиме V — на основе (34).
Приближённые выражения регулировочных характеристик при импульсных режимах IV и V:
-sgnС/пит (1+утя)М„» Ucp.iv.« Мн,+зеп[/питТ2Тя
„ _ тя т (т
3§п ипит Мн*) ср- ~ 86п0пит72тя + 2М„. •
Приближённые выражения характеристик для метода Д:
' 2у - 1 - Мн* при !7дВ = {+£7пит, -^пит},
у2тя - (1+утя)Мн
(38)
Ос
мн, + у2 тя
гЧя + (1+7Тя)Мн,
при идв — {+{7пит, —ипят, £дв}> при С/дв = { — ипит, +ипИТ, £дв}!
(39)
м„, - у2 Тя
1 - 2У - М„, при {/дв = {-^пит, + г/пит}.
Описания (38) и (39) справедливы при тя < 1/2. В случае тя ^ 1/2 необходимо численно решать полученное трансцендентное уравнение (37).
Демонстрационная панель для исследования регулировочных характеристик и эпюр угловой скорости при импульсных режимах и методах импульсного управления на периоде ШИС представлена на рис. 12.
Регулировочные характеристики П(Н> с СП1СН» ; д ПД(НД)
'Параметры двигателя
12 и, о»: 0.269 I, г»: 0.000014 С., в.шк/рая: 0.0027 «г.и1: 1.х10" »Частота ШИС
Мин., Гц: 10000 Макс., Гц: 60000 Те гущ»*, Гш ™С------- ~ 20000.
1ЫП7*!
"ВП(^ап) г
-10 -13
О£000 олоооз 0Л0СЮ4 0ЯШ1 000000 ОЛОО] Время. С«г Смрмп кращашм ртра
1114 "
ШЭ
I 1Ш
I "» 1110
г ц.
ф/.
ОЛООО 0Л<ХЮ2 0110004 О/ХПОб ОДОООВ 00001
Врм*. мм
1/. В: 1*, Ом: I. Гш: 12.00 0.2690 0.00001400 и. В; Л, <!/«•*, об/«км): и«,., в- 0.5000: шио. 10630.33 3.426
0.00270 М„. Н.м: 0.0128702
1Я. с«:
Хя, Н.м: 0.1204В 0.29
£1Х1. ри/«*к: 4444.44
Рис. 12. Демонстрационная панель регулировочных характеристик
В главе 7 изложен автоматизированный подход к получению математического описания энергетических характеристик и исследованию дополнительных потерь мощности с помощью демонстрационной панели.
Предлагаемый подход состоит из следующих шагов:
1) составление для каждого импульсного режима дифференциальных и алгебраических уравнений;
2) получение аналитических описаний потерь мощности с учётом дополнительных потерь и определение максимальных дополнительных потерь для каждого импульсного режима;
3) получение математических описаний механической и потребляемой мощности для каждого импульсного режима;
4) объединение соответствующих описаний дополнительных потерь мощности, механической и потребляемой мощности при импульсных режимах, которые имеют место в рассматриваемом методе управления;
5) создание демонстрационной панели, позволяющей исследовать дополнительные потери в плоскости механических характеристик.
Потери мощности при импульсном управлении состоят из основных потерь и дополнительных, связанных с пульсациями тока около его среднего значения, и определяются согласно выражению
•Рпот* = М2,+ДР„ (40)
где ДР* — дополнительные потери мощности в относительных единицах. Выражение (40) не учитывает другие типы потерь (механические, в стали, в усилителе мощности и т. д.), т. к. в работе считается, что они составляют менее ю % от основных потерь и ими можно пренебречь. Дополнительные потери при импульсных режимах:
ДРП, = 4 ДР, = 4 (у - у2 - ), (41)
ЛРш. = 47(1 - у) + 0О(1 - е0 - 4У) - ^ сбсЬ^ сЬ^ +
+ сЬ^я(2 Эр - 1) _ 2 Лт.(1 - 2у) + сЬхя(2у + 2 90 - 1) 2 V 2 2
ДР1У* = - у2 + То {ми4 - у) -
1 - то V
1-т0 + 5ёп[/питМ2,/2-у ^
дРч. = (у-У2 + То- у) -
— То \
1 - То + э^п С/пит - у
(1-е-^)),
(42)
(43)
(44)
Тя
где 0о = 1 — ¿о/Т, ¿о определяется с помощью (23).
На основе (41)-(44) получаются выражения для максимальных дополнительных потерь мощности
4 Тя
ДРи гпах* = ДР^шах* = 4 ДРгтах* = 4 ДРутах* = 1 ~~~ ^Ь-—".
Тя 4
Максимальные дополнительные потери ДРШ тах* могут быть определены только численно, т. к. после дифференцирования выражения (42) по у получается трансцендентное уравнение. В расчётах можно использовать следующее допущение: ДРштах* ~ Лептах*-
Механическая (РМЕх*) и потребляемая (РСР*) мощности в относительных единицах:
_ ЦсР, Мн» - М2, _
•'МЕХ* — .. ) гср* — '-'СР* *.
1 - То
Дополнительные потери мощности
1 2 3 4 5
С СП (СН] П (Н) ПДГНД) д
»Параметры двигателя
U„>T, В: 12 R, Он: 0.269 L, Гн: 0.000014 С,, В.сек/рад: 0.0027 * Частота ШИС
Ми«., Гц: 8000 Макс., Гц: 60000 Текущая, Гц: *0 9600
- 1.0 - 0.5 0.0 0.5 1.0
«ср.
Рис. 13. Демонстрационная панель дополнительных потерь мощности
Демонстрационная панель, приведённая на рис. 13, может быть использована для исследования дополнительных потерь мощности при импульсных режимах и методах импульсного управления.
Дополнительными потерями можно пренебречь, если они менее ю % основных потерь в номинальном режиме работы (Мн* « 0,1). При использовании методов п (н) и пд (нд) дополнительные потери можно не учитывать, если тя ^ 0,43, а в случае применения методов с, д и СП (сн) — если тя ^ 0,21.
В случае трёхфазного ВД выражения из глав 6 и 7 могут быть взяты для оценки его статических и энергетических характеристик при рассматриваемом методе импульсного управления, если использовать эквивалентные величины ДЭкв = 2ДФ, Дэкв = 2 {Ьф — М) и сеэкв = \/3 сеФ, где Дф, 1/ф, М — активное сопротивление фазы, индуктивность фазы и взаимоиндукция между фазами соответственно; сеф — коэффициент противо-ЭДС фазы. Приведённые эквивалентные величины имеют место, когда магнитное поле якоря создаётся с помощью тока, протекающего по двум фазам в течение межкоммутационного интервала, и форма фазных противо-ЭДС представляет собой трапецию.
В главе 8 приведена разработанная структура программного комплекса (рис. 14) на основе компютерной модели ММ. Помимо модели исследуемого объекта программный комплекс включает модули автоматизации расчёта и отображения результатов и обеспечивает максимальную загрузку имеющихся в наличии вычислительных ресурсов с помощью задействования параллельных или распределённых вычислений.
Рис. 14. Структура программного комплекса
С привлечением системы моделирования Simulink, интегрированной среды разработки графического интерфейса пользователя, языка программирования MATLAB и компилятора языка С разработаны программные комплексы для исследования физических процессов (эпюр цифровых сигналов, напряжений на якорной обмотке, токов в фазах двигателя и в источнике питания, режимов работы двигателя на периоде шис) и построения динамических, статических и энергетических характеристик ММ на основе дпт (дпм-35-н1/н2-05) и трёхфазного вд (дбм-40-0.025-4-з).
На рис. 15 показан верхний уровень иерархической модели ММ с трёхфазным вд. При описании моделей были использованы блоки из дополнительной библиотеки SymPowerSystems, обеспечивающие двухстороннюю передачу сигналов. В блоке SM реализована модель электромехнического преобразователя, учитывающая синусоидальную и трапециевидную форму противо-эдс. Блок Digital Control System содержит описания всех методов импульсного управления согласно введённой классификации. Модель наряду с блоками, линиями связи и собственной рабочей областью с текущими значениями коэффициентов, включает настраиваемые параметры (скважность и момент нагрузки) для обеспечения параллельных вычислений. При расчётах применялся стандартный метод Дж. Дормана и П. Принса (ode45) с параметрами, заданными по умолчанию.
pcrwergui
Discrete, Ts= 2e-07 s.
ft
Digital Control System 3 HC1..3)-«-
Angle
Angle H(1..3)
Supply Universal Bridge SM
Рис. 15. Компьютерная модель мм с трёхфазным вд
Результаты расчёта эпюр цифровых сигналов, фазных напряжений и напряжения в нейтральной точке относительно «земли», а также фазных токов при методе 120П показаны на рис. 16. В случае использования метода 120П двигатель при переменном токе на периоде шис, как следует из рис. 16, г, последовательно находится в режимах генераторном (г), двигательном (д) и электродинамического торможения (э). Введение паузы на переключение КЭ не влияет на последовательность режимов на периоде ШИС. В среднем при таком чередовании режимов в зависимости от момента нагрузки двигатель реализует либо режим д, либо режим Г.
На основании проведенных исследований выявлены последовательности чередования режимов работы на периоде ШИС при работе ДПТ и трёхфазного ВД в каждом квадранте плоскости механических характеристик в случае применения методов импульсного управления: (120)С(П)Г Режим Д — квадрант I: Д, двигательный с рекуперацией (др) или Г, Д, ДР, противовключения (п); квадрант III: ДР, Д или ДР, п, Г, Д. Режим Г — квадрант II: Г, П или Г, Д, др, п, где tr > fn; квадрант IV: П, Г или ДР, П, Г, д, где ir > in- Режим П — квадрант И: г, п или Г, д, ДР, П, где tr < tn; квадрант IV: П, Г или ДР, п, г, д, где tT < tn. Режим Э — квадрант II: Г, п или Г, д, ДР, п, где tr = in; квадрант IV: П, г или ДР, п, Г, Д, где tr<tn.
(120)Д(П).- Режим Д — Д, ДР (импульсный режим и) или Д, ДР, прерывистый ток (пт) (iv). Режим г — п, г (и) или п, г, пт (iv), где tr > i„. Режим п — п, г (и) или п, г, пт (iv), где tr < tn. Режим э — п, г (п) или п, г, пт (iv), где tr — tu.
(l20)n^| или (120)Н(П): Режим д — д (i) или Г, Д, Э (i). Режим Г — Г, Э (i) или Г, Д, Э (i). Режим п — П, Э (i). Режим Э — Э. (120)пд|®| или (120)НД(П): Режим Д — Д (i) или Д, ПТ (v). Режим Г — отсутствует. Режим п — П, Э (i). Режим Э — Э.
(120)сп[®| или (120)СН(П): Режим д — д, др (и) или г, д, др, э (ш). Ре-
н3 я2
Нх РН БР
и1
и3 и4 иъ и6
ТЩХПППШПП^^
Л_1Ш_П- 1 II
_ГП1Г
X
_Ц.
^ПОфПОР-_д1п_Л-х-В-
_и
им.
лпппггоо
а п I п п I] ; г-|грг-гп|~1П |
ЛГХППХТП-
_1_1Ш II В И-
Время
а) цифровые сигналы
б) фазные напряжения
Время
в) фазные токи г) реясимы работы двигателя
Рис. 16. Эпюры сигналов при методе 120П
жим г — г, э (I) или г, д, др, э (ш) или п, г (и) или п, г, пт (IV), где Ьт > £п. Режим п — п, Г (и) или п, г, пт (IV), где <ЬП. Режим э — э или п, г (и) или п, г, пт (IV), где ¿г = 4П.
При использовании методов 120п(п), 120н(п), 120н(п), 120пд(п), 120нд(п), 120нд(п) 120сп(п), 120сн(п) и 120сн(п) в неактивной на межкоммутационном интервале фазе будут иметь место пульсации тока, амплитуда которых зависит от значения противо-эдс этой фазы. Наличие пульсаций в неактивной фазе приводит к увеличению ЛР* не более чем на 5 % в режиме д (максимум достигается при Мн* = 0 и у = 0,5) и к повышению неравномерности электродвижущего момента. Для исключения пульсаций тока в неактивной фазе необходимо при отключении фаз от источника питания (ЯР = 0) организовывать контуры протекания тока через фазы двигателя в зависимости от знака противо-эдс этой фазы. в методах 120п(®), 120пд(эп) и 120сп®п), где отсутствуют пульсации тока в неактивных фазах, на первой половине межкоммутационного интервала используется один вариант соответственно методов 120н(п), 120нд(п) или 120сн(п), а на второй половине — другой.
-0 06 -0.04 -0.02 О о.ог 0.04 0.06 М.Н-»
а) механические характеристики б) регулировочные характеристики
л п Л,рвд./сек 0 п
П, рад/сек 0 дн-и МН-га
в) потребляемая мощность г) кпд
Рис. 17. Статические и энергетические характеристики при методе 120п
На рис. 17 показаны статические и энергетические характеристики при методе 120П. Пунктирной линией в плоскости механических характеристик (рис. 17,а) обозначена область переменных токов. Потребляемая мощность отображена с учётом дополнительных потерь и потерь в ИУМ на проводимость. Рассчитанные на базе компьютерной модели ММ с ДПТ характеристики совпадают с соответствующими характеристиками, построенными на основе аналитических выражений из глав 6 и 7. В случае использования модели трёхфазного ВД рассчитанные характеристики совпадают с допустимой погрешностью (и 7%) с характеристиками, построенными на базе аналитических выражений и эквивалентных величин. Следовательно, модель ДПТ с эквивалентными величинами сопротивления, индуктивности и коэффициентов противо-ЭДС и момента можно использовать как упрощённую модель трёхфазного ВД при исследовании динамики сложных систем, включающих электрические приводы с ВД.
Тек Л.
• Stop
as
Тек Л- • stop м Pos: 0.000s +
3Л1ШШШ1ШШШиШГ1Ш1ШШ
шшг-—• jmmMmi^^
к
CH2 JiOtriVlV! M 250л» AC Line y
CH3 5.00VB< CH4 320mVlv 17-May-08 Ш7 4S.3S78№
5) фазные токи
Рис. 18. Эпюры фазных напряжений и токов при методе 120п
IWJjULiJLW « „VTVÏWTWÏW .
сиг ¿шеи M 250Л)» СН2 / IW
СИЗ 20.0V СН4 20,0V 11-Apt-081558 5.3&65Ш:
а) фазные напряжения
Tek JL
• Stop
см
Tek JL
I Stop
sA
..im^iiiiUMiM
,имш1ш11мт111шпш1111т1т ш
an 20.0VEV снг года
CH3 20.ÖV CHI 20XIV
Ht
M 250« ОМ7 17,1V
27-МауНМ Ш2 7.72573k№
'ОтЩ. СН2 320mV H 500« СНЗ / 1.10V
СНЗ 5.00V СН4 320mVEb 27-Мау-О013:18 3.8"й58кНг
б) фазные токи
а) фазные напряжения Рис. 19. Эпюры фазных напряжений и токов при методе 120д
В главе 9 показаны разработанные макеты ММ на основе ДПТ и трёхфазного ВД, описана программа для автоматизации формирования входных сигналов в ЦУУ и приведены результаты экспериментальных исследований, которые подтвердили теоретические положения и результаты компьютерного моделирования. На рис. 18 и 19 представлены эпюры фазных напряжений и токов при методах 120П и 120Д соответственно.
Заключение составлено из основных выводов по каждой главе.
В приложениях А, В, Г, Д, Е и Ж! приведены соответственно реализации модулей отображения результатов синтеза, демонстрацинных панелей механических характеристик, регулировочных характеристик, дополнительных потерь мощности, модуля автоматизации расчёта статических и энергетических характеристик и модуля обработки и отображения результатов расчёта. В приложении Б показаны модифицированные таблицы состояний и матрицы смежности. Приложение 3 состот из актов о внедрении результатов работы.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
1. Разработана научная концепция проектирования цифровых устройств управления системами «импульсный усилитель мощности - двигатель» на основе математической модели цифрового устройства, методов синтеза и анализа управляющих функций, интеллектуальных блоков в виде модулей с параметрами, вариантов классификации методов импульсного управления и импульсных режимов, подходов к формированию механических, регулировочных и энергетических характеристик, а также структуры высокопроизводительного программного комплекса с компьютерными моделями и модулями автоматизации расчёта и отображения результатов, которая отличается от известных тем, что позволяет разрабатывать с минимальными трудозатратами цифровые устройства, реализующие быстродействующие и энергоэффективные способы импульсного управления и обладающие высокой конкурентоспособностью на мировом рынке.
2. Предложены структура и математическое описание цифрового устройства управления на основе конвейерной обработки данных, отличающиеся от известных тем, что позволяют реализовывать быстродействующие и энергоэффективные алгоритмы импульсного управления системами «усилитель мощности - двигатель» на базе современных ПЛИС.
3. Разработаны методы синтеза и анализа управляющих функций на основе анализа требований, их формализации, паттернов ограничений, модифицированной матрицы смежности, применения символьных операций и использования интерактивной демонстрационной панели, отличающиеся от известных тем, что позволяют для рассматриваемого метода импульсного управления получить аналитические выражения управляющих функций, определить общее количество состояний управляющего слова и переходов между ними, выявить запрещённые состояния и опасные переходы, а также исследовать последовательность состояний управляющего слова на периоде фазных напряжений при различных направлениях вращения и типах широтно-импульсного сигнала.
4. Для охвата новых физических процессов и технологических достижений расширены понятийные аппараты теории импульсного управления электродвигателями и теории цифровых устройств путём введения понятий «четвёртый импульсный режим», «пятый импульсный режим», «поочерёдно-диагональный метод импульсного управления», «несимметрично-диагональный метод импульсного управления», «симметрично-несимметричный метод импульсного управления», «симметрично-поочерёдный метод импульсного управления», «интерактивная демонстрационная панель», «интеллектуальный блок цифрового устройства управления системой "усилитель мощности — двигатель"», «паттерн ограничений», «модифицированная матрица смежности», а также принципа обозначения ме-
тодов импульсного управления, который учитывает состояния ключевых элементов усилителя мощности при нулевом широтно-импульсном сигнале, продолжительность нахождения ключевого элемента в открытом состоянии на периоде фазных напряжений, алгоритмическую паузу («мертвое время»), знак противо-ЭДС в неактивной фазе, угловой сдвиг сигналов о положении ротора друг относительно друга и тип ШИС.
5. С целью систематизации получения аналитических выражений и исследования механических, регулировочных и энергетических характеристик при рассматриваемом методе импульсного управления предложен новый вариант классификации импульсных режимов, базирующийся на пяти импульсных режимах и отличающийся от известного варианта тем, что учитывает импульсные режимы, при которых на обмотке двигателя появляются прерывистые токи, а также токи со следующей последовательностью режимов работы двигателя на периоде широтно-импульсного сигнала: генераторный, двигательный, двигательный с рекуперацией энергии и противовключение.
6. Предложен новый вариант классификации методов импульсного управления системами «усилитель мощности — двигатель», который базируется на статических характеристиках, равномерности загрузки ключевых элементов по току и импульсных режимах и отличается от известных на основе последовательного перечисления существующих методов, числа рабочих стоек в течение периода широтно-импульсного сигнала или межкоммутационного интервала, направления передачи энергии между источником питания и электродвигателем, скорости нарастания тока и полярности прикладываемых импульсов напряжения тем, что позволяет на ранних этапах проектирования электротехнической системы определить семейство статических характеристик, степень загруженности ключевых элементов по току и возможные направления передачи энергии.
7. Разработаны автоматизированные подходы к получению аналитических выражений и исследованию механических, регулировочных и энергетических характеристик с учётом дополнительных потерь мощности, базирующиеся на импульсных режцмах, применении символьных операций и использовании демонстрационных панелей и отличающиеся от известных тем, что позволяют получить для рассматриваемого метода управления с несколькими импульсными режимами аналитические выражения тока и угловой скорости, амплитуды их пульсации, ширины зон прерывистых и переменных токов, а также механических, регулировочных и энергетических характеристик.
8. Предложен автоматизированный подход к расчёту и анализу статических и энергетических характеристик электротехнической системы на основе разработанной структуры высокопроизводительного программного комплекса с компьютерной моделью, модулями автоматизации расчёта,
хранения и отображения данных и возможностью задействования параллельных или распределённых вычислений. Предложенный подход позволяет автоматизировать расчёт и отображение эпюр исследуемых координат системы, а также динамических, статических и энергетических характеристик, существенно сокращая время на разработку энергоэффективного метода импульсного управления в сравнении с используемым в настоящее время подходом, при котором разработчик или исследователь последовательно получает информацию о каждой точке статических и энергетических характеристик.
9. Разработан и защшцён патентом рф на изобретение способ цифрового управления скоростью вращения трёхфазным вентильным двигателем с учётом знака противо-эдс, который отличается от известных отечественных и зарубежных способов тем, что отсутствует зона прерывистых токов в двигательной области и имеется возможность реализации двигателем режима генераторного торможения с учётом уменьшения пульсаций электродвижущего момента и дополнительных потерь мощности.
10. Созданы на языке описания цифровых устройств интеллектуальные блоки в виде модулей с настраиваемыми параметрами, которые позволяют задавать метод импульсного управления, разрядность входного сигнала, тип и частоту широтно-импульсного сигнала, состояние ключевых элементов в момент возникновения аварийной ситуации и угловой сдвиг сигналов о положении ротора. Использование разработанных интеллектуальных блоков при создании вычислительных систем более высокого уровня иерархии приведёт к сокращению сроков ввода в эксплуатацию электротехнической системы с цифровым устройством управления.
11. В 'защищённой диссертационной работе аспиранта С. А. Гагарина по теме «Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем» разработанные теоретические положения были использованы при проектировании цифрового устройства, реализующего импульсное управление на основе векторной широтно-имульсной модуляции.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Кривилёв А. В. Методы проектирования цифровой системы управления ме-хатронного модуля привода с вентильным двигателем. М.: Издательство маи-принт, 2009, 192 с-
2. Пат. 2183031 РФ, мпк 005013/62. Способ цифрового управления угловой скоростью трёхфазного бесконтактного двигателя постоянного тока / А. В. Кривилев; заявитель и патентообладатель А. В. Кривилев — № 2001111470/12; заявл. 27.04.2001; опубл. 27.05.2002.
3. Пат. 2438158 рф, мпк G05D13/62. Способ цифрового управления угловой скоростью трёхфазного вентильного двигателя с учётом знака противо-эдс / С. А. Гагарин, А. В. Кривилев, А. В. Ситникова; заявитель и патентообладатель май — № 2010137624/08; заявл. 10.09.2010; опубл. 27.12.2011.
4. Гагарин С. А., Кривилев А. В. Программный комплекс для определения дополнительных потерь мощности в вентильном двигателе // Известия Тулгу. Серия: Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Том 1. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2006, с. 107—111.
5. Кривилёв А. В., Стеблецов В. Г. Автоматизированный метод синтеза управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с двигателем постоянного тока // Вестник Московского авиационного института, 2009, т. 16, № 4, с. 62-68.
5. Кривилёв А. В. Автоматизированный метод анализа управляющего слова мехатронного модуля привода с двигателем постоянного тока // Вестник Московского авиационного института, 2009, т. 16, № 5, с. 171 — 177.
6. Кривилёв А. В. Автоматизированный синтез управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем // Известия ран. Теория и системы управления, 2010, № 2, с. 153—163.
7. Кривилёв А. В., Ситникова А. В. Автоматизированный анализ управляющего слова мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем // Известия ран. Теория и системы управления, 2010, № 3, с. 5 — 13.
8. Кривилёв А. В. Математическое описание цифровой системы управления мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем // Ме-хатроника, автоматизация, управление, 2010, № 7, с. 40-48.
9. Гагарин С. А., Кривилёв А. В., Ситникова А. В. Дополнительные потери мощности в мехатронном модуле привода на основе трёхфазного вентильного двигателя с фазами, соединёнными по схеме «треугольник» // Ме-хатроника, автоматизация, управление, 2010, № и, с. 18 — 24.
10. Кондратьев А. В., Кривилёв А. В., Ситникова А. В. Исследование мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем при 180-градусном управлении [Электронный ресурс]: Труды маи / Моск. авиац. ин-т — Электронный журнал — М: маи, 2011.
12. Кривилёв А. В. Автоматизация формирования характеристик в задачах импульсного управления системой «усилитель мощности — исполнительный двигатель». i. Механические характеристики // Известия ран. Теория и системы управления, 2013, № 2, с. 92 — 104.
13. Кривилёв А. В. Автоматизация формирования характеристик в задачах импульсного управления системой «усилитель мощности — исполнительный двигатель». и. Энергетические характеристики // Известия ран. Теория и системы управления, 2013, № 3, с. 133 — 142.
14. Кривилёв А. В. Методы импульсного управления электрическими двигателями современных приводных систем // Мехатроника, автоматизация, управление, 2013, №4, с. 44 — 49.
Множительный центр МАИ (ниу) Заказ от 25.06.2013 г. Тираж 100 экз.
Текст работы Кривилев, Александр Владимирович, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы
Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
0520135 1 5 2 7 На правах рукописи
Александр Владимирович Кривилёв
РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ НА ПЛИС ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ СПОСОБОВ ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМАМИ «УСИЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ -ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ» НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Специальность: 05.09.03 «Электротехнические комплексы и системы»
Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук
Научный консультант:
д.т.н., проф. В. Г. Стеблецов
Москва - 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ................................................................8
Глава 1. Разработка классификации методов импульсного
управления..............................................................29
1.1. Обзор методов коммутации и вариантов их классификации..........29
1.2. Классификация импульсных режимов................................41
1.3. Классификация методов коммутации................................44
1.4. Выводы к главе......................................................48
Глава 2. разработка автоматизированного метода синтеза
управляющих булевых функций....................................50
2.1. Описание предлагаемого метода......................................51
2.1.1. Анализ условий работы мехатронного модуля....................51
2.1.1.1. Анализ электромагнитных процессов..........................52
2.1.1.2. Анализ типов широтно-импульсного сигнала..................58
2.1.1.3. Анализ подходов к формированию паузы......................60
2.1.2. Формализация условий работы....................................60
2.1.2.1. Формирование базовых переменных и функций..............61
2.1.2.2. Формирование импульсных переменных......................63
2.1.2.3. Определение минимально-необходимой системы переменных
и функций......................................................64
2.1.3. Формализация метода коммутации................................65
2.1.4. Создание таблицы состояний......................................65
2.1.5. Формирование аналитических выражений........................66
2.1.6. Визуализация результатов синтеза................................66
2.1.7. Анализ состояний и переходов....................................69
2.1.8. Экспорт результатов..............................................69
2.2. Применение разработанного метода..................................70
2.2.1. Двигатель постоянного тока......................................70
2.2.2. Трёхфазный вентильный двигатель..............................76
2.3. Выводы к главе......................................................87
Глава 3. разработка автоматизированного метода анализа
управляющего слова..................................................88
3.1. Описание метода......................................................89
3.1.1. Определение множества состояний управляющего слова..........90
3.1.2. Создание множества наборов значений логических переменных. 92
3.1.3. Создание матриц условий переходов..............................94
3.1.4. Формирование паттернов ограничений............................96
3.1.5. Применение паттернов ограничений..............................99
3.1.6. Составление модифицированной матрицы смежности......100
3.1.7. Визуализация результатов....................101
3.2. Программная реализация......................105
3.3. Применение разработанного метода.................108
3.4. Выводы к главе...........................111
Глава 4. формирование математического описания цифрового устройства управления....................112
4.1. Описание входных сигналов.....................112
4.2. Описание структуры и внутренних сигналов............114
4.2.1. Блоки загрузки входных данных.................116
4.2.2. Блок преобразования загруженного кода управления......117
4.2.3. Блок преобразования загруженного кода разрядности......119
4.2.4. Блок преобразования загруженного кода частоты........120
4.2.5. Блок преобразования загруженного кода паузы.........121
4.2.6. Блок формирования логических переменных..........122
4.2.6.1. Блок первичной обработки данных..............123
4.2.6.2. Блок вторичной обработки данных..............131
4.2.7. Блок приёма сигналов о положении ротора...........134
4.2.8. Блок формирования управляющих булевых функций......135
4.2.9. Состояния цифрового устройства управления..........135
4.2.10. Генератор импульсов......................136
4.3. Выходные сигналы цифрового устройства управления.......137
4.4. Выводы к главе...........................137
Глава 5. разработка описания цифрового устройства управления на языке описания цифровой аппаратуры.......139
5.1. Описание цифрового устройства управления двигателем постоянного тока................................140
5.2. Проверка описания цифрового устройства управления двигателем постоянного тока...........................160
5.3. Описание цифрового устройства управления трёхфазным вентильным двигателем............................165
5.4. Проверка описания цифрового устройства управления трёхфазным вентильным двигателем........................175
5.5. Выводы к главе...........................180
Глава 6. Разработка автоматизированных подходов к получению математических описаний статических харакери-стик системы «иум — ид» и их исследованию с помощью
демонстрационных панелей....................181
6.1. Автоматизированный подход к получению математического описания и построению механических характеристик...........184
6.1.1. Первый импульсный режим...................185
6.1.2. Второй импульсный режим....................192
6.1.3. Третий импульсный режим....................196
6.1.4. Четвёртый импульсный режим..................200
6.1.5. Пятый импульсный режим....................203
6.1.6. Методы коммутации.......................205
6.1.6.1. Методы Н и П.........................205
6.1.6.2. Метод С............................205
6.1.6.3. Метод д............................206
6.1.6.4. Методы НД и ПД.......................207
6.1.6.5. Методы СН и СП.......................207
6.1.7. Демонстрационная панель....................209
6.2. Автоматизированный подход к получению математического описания и построению регулировочных характеристик..........210
6.2.1. Первый импульсный режим...................211
6.2.2. Второй импульсный режим....................214
6.2.3. Третий импульсный режим....................217
6.2.4. Четвёртый импульсный режим..................220
6.2.5. Пятый импульсный режим....................226
6.2.6. Методы коммутации.......................230
6.2.6.1. Методы Н и П.........................230
6.2.6.2. Метод С............................230
6.2.6.3. Метод Д............................230
6.2.6.4. Методы НД и ПД.......................231
6.2.6.5. Методы СНиСП.......................232
6.2.7. Демонстрационная панель....................234
6.3. Трёхфазный вентильный двигатель.................235
6.4. Выводы к главе...........................237
Глава Т. РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПОДХОДА К ПОЛУЧЕНИЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ «ИУМ — ИД» И ИССЛЕДОВАНИЮ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ С ПОМОЩЬЮ ДЕМОНСТРАЦИОННОЙ ПАНЕЛИ..................................239
7.1. Первый импульсный режим.....................242
7.2. Второй импульсный режим.....................246
7.3. Третий импульсный режим.....................248
7.4. Четвёртый импульсный режим...................251
7.5. Пятый импульсный режим......................255
7.6. Методы коммутации.........................258
7.7. Демонстрационная панель......................260
7.8. Выводы к главе...........................261
Глава 8. ФОРМИРОВАНИЕ ОСНОВ СОЗДАНИЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ И ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ИХ ОСНОВЕ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И ПОСТРОЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК......................263
8.1. Разработка структуры программного комплекса..........265
8.2. Моделирование мехатронного модуля на основе ДПТ........267
8.2.1. Разработка компьютерной модели мехатронного модуля.....267
8.2.2. Создание модулей автоматизации выполнения расчёта и отображения результатов........................273
8.2.3. Анализ состояний мехатронного модуля, статических и энергетических характеристик ..........................................276
8.2.3.1. Метод С............................276
8.2.3.2. Метод Н............................279
8.2.3.3. Метод П............................283
8.2.3.4. Метод д............................287
8.2.3.5. Метод НД...........................290
8.2.3.6. Метод ПД...........................295
8.2.3.7. Метод СН...........................297
8.2.3.8. Метод СП...........................301
8.3. Моделирование мехатронного модуля на основе трёхфазного ВД . . 305
8.3.1. Разработка компьютерной модели мехатронного модуля.....305
8.3.2. Анализ состояний мехатронного модуля, статических и энергетических характеристик ..........................................311
8.3.2.1. Способ 120-градусного управления..............311
8.3.2.2. Метод 120С..........................316
8.3.2.3. Метод 120Н..........................323
8.3.2.4. Метод 120П..........................331
8.3.2.5. Метод 120ПЭ..........................335
8.3.2.6. Метод 120Д..........................340
8.3.2.7. Метод 120ПД3.........................343
8.3.2.8. Метод 120СН..........................346
8.4. Выводы к главе...........................351
Глава 9. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАБОТЫ СИСТЕМ «ИУМ — ИД» ПРИ РЕАЛИЗАЦИИ МЕТОДОВ ИМПУЛЬС-
9.1. Разработка программного обеспечения для автоматизации формирования входных сигналов......................355
9.2. Разработка макетных образцов систем приводов..........356
9.3. Анализ состояний макета системы привода.............358
9.3.1. Способ сто двадцатиградусного управления...........358
9.3.2. Метод 120С............................360
9.3.3. Первый вариант метода 120Н...................362
9.3.4. Второй вариант метода 120Н...................364
9.3.5. Метод 120П............................366
9.3.6. Метод 120Д............................368
9.4. Выводы к главе...........................370
Заключение..............................372
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ..............376
Список УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ..................379
Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ...............389
Приложение А. Модули отображения результатов синтеза......412
Приложение Б. Модифицированные матрицы смежности.......420
Приложение В. Программная реализация демонстрационной панели
механических характеристик.......................433
Приложение Г. Программная реализация демонстрационной панели
регулировочных характеристик......................451
Приложение Д. Программная реализация демонстрационной панели
дополнительных потерь мощности....................468
Приложение Е. Программная реализация модуля автоматизации расчёта статических и энергетических характеристик............474
Приложение Ж. Программная реализация модуля обработки и отображения результатов расчёта.......................487
Приложение 3. Акты о внедрении результатов работы........522
ВВЕДЕНИЕ
Одними из первоочередных задач промышленно развитых стран являются увеличение доли вырабатываемой электрической энергии на основе возобновляемых видов энергии, переход на электрифицированные воздушные и наземные транспортные средства и сельскохозяйственные машины, а также внедрение в этапы проектирования, производства и сопровождения многофункциональных автоматизированных программных и аппаратных комплексов.
Переход на электрифицированные воздушные и наземные транспортные средства и сельскохозяйственные машины сопряжён с совершенствованием существующих электротехнических комплексов и с разработкой новых образцов на базе высокоэффективных электрических двигателей и методов их управления, которые позволят существенно снизить энергопотребление.
Основными потребителями электрической энергии являются электрические двигатели, доля потребления которых составляет ~ 43 %, существенно превышая доли потребления на освещение « 20 %, отопление « 18 % и электронное оборудование « ю % [342]. Электрические двигатели применяются в промышленном (64 %), коммерческом (20 %), жилом (13 %), сельскохозяйственном и транспортном (3 %) секторах. В зависимости от развиваемой мощности электрические двигатели подразделяются на двигатели малой (до 750 Вт), средней (от 0,75 до 375 кВт) и большой (от 375 кВт) мощности. Около 90 % выпускаемых в мире электродвигателей являются двигателями малой мощности, около ю % — двигателями средней мощности и около 0,03 % — двигателями большой мощности. Двигатели малой мощности потребляют « g % от всей потребляемой электрическими двигателями энергии, средней мощности — « 68 % и большой мощности — ~ 23 %.
Первый электрический двигатель был создан в 1834 году Б. С. Якоби (Moritz Hermann von Jacobi) после нескольких лет непрерывных исследований, которые проводили французы Ш. Э. де Кулон (Charles-Augustin de Coulomb), А-М. Ампер (André-Marie Ampère) и Д. Ф. Ж. Араго (Domenique François Jean Arago), датчанин X. К. Эрстед (Hans Christian 0rsted), ита-
Кп
.,п
ф,о
Фс,Пс
ЦУМ м СМВ м ЦУУ --
Кс
¥
ИУМ
ид
МП
Датчики и преобразователи
Рис. 1. Структура цифрового следящего электропривода
льянец А. Вольта (Alessandro Giuseppe Antonio Anastasio Gerolamo Umberto Volta), англичане M. Фарадей (Michael Faraday), П. Барлоу (Peter Barlow) и У. Стёрджен (William Sturgeon), венгр А. И. Йедлик (Anyos Istvan Jed-lik), немец Г. С. Ом (Georg Simón Ohm), американец Дж. Генри (Joseph Henry) и русский Э. X. Ленц. Этот двигатель преобразовывал энергию батареи с гальваническими элементами во вращательное движение ротора при помощи механического коммутатора и содержал постоянные магниты. Дальнейшие работы в области преобразования электрической энергии в механическую привели к появлению других типов двигателей и созданию их промышленных образцов. Варианты классификации существующих электрических двигателей можно найти в [259,272,342].
Электрические двигатели применяются преимущественно в электроприводах авиационного, космического, аэродромного, горнодобывающего, нефтегазового и климатического оборудования, а также военной, медицинской, автомобильной, бытовой, офисной и сельскохозяйственной техники. Структура современного цифрового следящего электропривода, представляющего собой сложный электротехнический комплекс, представлена на рис. 1, где используются следующие обозначения: ЦУМ — цифровая управляющая машина; СМВ — специализированный микропроцессорный вычислитель; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; ЦУУ — цифровое устройство управления; ИУМ — импульсный усилитель мощности; ИД — исполнительный двигатель; МП — механическая передача; Кс — цифровой код обратной связи, который может содержать информацию о текущих значениях фазных напряжений и токов, угловых скоростей и углов поворота двигателя и выходного вала и т.д.; — сигналы о текущем положении ротора; Ку — вычис-
ленный цифровой код управления; Í7iv..,n — управляющие булевы функции;
Uцвj ^дв ~ соответственно фазные напряжения и токи; П(ПС), ф (фс) — соответственно скорость и угол поворота выходного вала двигателя (привода).
На сегодняшний день одними из наиболее эффективных электродвигателей с точек зрения надёжности, безопасности, срока эксплуатации, жёсткости механических характеристик, максимальной развиваемой скорости, акустических, объёмно-массовых и энергетических показателей являются вентильные двигатели, рынок которых динамично развивается [102,146,253,343]. В англоязычной литературе для обозначения вентильных двигателей используются следующие сокращения: BLDC — brushless direct current; ЕС — electronically commutated; PMSM — permanent magnet synchronous machine; BLAC — brushless alternating current. Первые два термина применяются, когда речь идёт о машинах с трапециевидной формой противо-ЭДС, а третий и четвёртый используются для машин с противо-ЭДС в виде синусоиды.
Появление, развитие теории и конструктивных решений, а также популяризация ВД связаны с именами отечественных и зарубежных учёных, научных работников и инженеров, среди которых следует отметить Н. П. Адво-лоткина [12,15], А. К. Аракеляна [18,19], А. А. Афанасьева [18,20], Г. И. Ба-бата [1], В. А. Балагурова [21,22], Ю.М. Беленького [23,24], А. И. Бертино-ва [25-27], Х.Д. Брейлсфорда (H.D. Brailsford, США) [308,309], Д. А. Бута [30,31], Ф. И. Бутаева [4,32], И. А. Вевюрко [6], О. Г. Вегнера [2,50], В. Е. Высоцкого [35], Я. Гераса (J. F. Gieras, Польша-США) [253], В. Т. Гращенкова [14, 15,148], А. А. Дубенского [7,26,47,48], Д. А. Завалишина [2,50,51], Л. Я. Зин-нера [11,56], Т. Кенио (Т. Kenjo, Япония) [58,272], Р. Кришнана (R. Krish-nan, США) [273], Н.И. Куликова [106,149], Н. И. Лебедева [15,110,140,150], В. К. Лозенко [13,21,22], А. Г. Микерова [23,24,117,295], В. П. Миловзоро-ва [34,119], И. Е. Овчинникова [15,140-142], Ш. И. Лутидзе [111], А. И. Скоро-спешкина [11,56], Б.Н. Тихменева [164,165], Д. Хансельмана (D. Hanselman, USA) [259], Р. Цаубитцера (R. Zaubitzer, Германия) [351,352], В. В. Цокано-ва [8,170,171], Чанг-лян Ся (Chang-liang Xia, Китай) [343], Е.Л. Эттинге-ра [3,32,51].
Ведущими зарубежными производителями ВД являются компании ЗХ Motion Technologies Co., Ltd (Китай) [180], Adlee Powertronic Co., Ltd (Тай-
вань) [181], Aerotech, Inc. (сша) [182], Anaheim Automation, Inc. (сша) [186], Aveox, Inc. (сша) [225], Brailsford к Co., Inc. (сша) [226], Bühler Motor GmbH (Германия) [348], Changzhou Fulling Motor Co., Ltd (Китай-Германия-Италия) [228], Composite Motors, Inc. (сша) [229], Dunkermotoren (Германия) [349], ebm-papst (Германия) [241], ElectroCraft, Inc. (сша) [243], erntec Pty Ltd (Австралия), Fracmo (Великобритания) [247], Gefran (Италия) [252], Golden Motor Techology Co., Ltd (Китай) [254], Hurst (сша) [265], I.CH Motion (Китай) [266], Kählig Antriebstechnik GmbH (Германия) [350], Lin Engineering (сша) [281], Maxon Motor AG (Германия-Швейцария) [290], Moog, Inc. (сша) [297], Moteur Industrie (Франция) [354], Nova Torque, Inc. (сша) [299], Oriental Motor (Япония) [305], OSM Technology Co., Ltd (Китай) [306], Parker Hannifin Со. (сша) [307], Parvalux Electric Motors Ltd (Великобритания) [312], Pittman Motors (сша) [313], Portescap (сша) [314], Shenzhen Xinhe Motor Co., Ltd (Китай) [321], Telco Motion (сша) [328], The FAULHABER Group (Германия-Швейцария) [330]. Среди отечественных производителей вд и готовых изделий на их основе выделяются следующие компании: зао «Электротехнические системы 1» (г. Санкт-Петербург) [55], кб Мехатроники (г. Златоуст) [57], нтц «вдм-Технологии» (г. Москва) [122], оао «Аэроэлектромаш» (г. Москва) [124], оао «Всероссийский научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электромашиностроения» (г. Санкт-Петербург) [126], оао «Машиноаппарат» (г. Москва) [130], оао «МиассЭлектроАппарат» (г. Миасс) [131], оао «Концерн "цнии «Электроприбор»"» (г. Санкт-Петербург) [129], оао нтц «Завод Ленинец» (г. Санкт-Петербург) [135]. оао «Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ"» (г. Киров) [138], оао «Электропривод» (г. Киров) [139], ооо «ритэк-итц» (г. Москва) [143], ооо «рэлма» (г. Москва) [144], ооо «рэл-ма-Старт» (г. Москва) [145], Сервомоторы (г. Москва) [162], Чебоксарский электроаппаратный завод (г. Чебоксары) [172].
Появление кремниевого планарного транзистора позволило создать на рубеже 50-х и бо-х гг. xx в
-
Похожие работы
- Методы проектирования микропроцессорных устройств управления мехатронными модулями систем приводов
- Разработка и исследование мехатронного модуля на основе трехфазного бесконтактного двигателя постоянного тока при соединении секций обмотки по схеме "треугольник"
- Разработка импульсного магнитоэлектрического усилителя рулевого привода и исследование основных его показателей
- Энергоэффективные асинхронные двигатели для насосных агрегатов
- Разработка и исследование алгоритмов управления системой "Импульсный усилитель мощности - асинхронный двухфазный двигатель"
-
- Электромеханика и электрические аппараты
- Электротехнические материалы и изделия
- Электротехнические комплексы и системы
- Теоретическая электротехника
- Электрические аппараты
- Светотехника
- Электроакустика и звукотехника
- Электротехнология
- Силовая электроника
- Техника сильных электрических и магнитных полей
- Электрофизические установки и сверхпроводящие электротехнические устройства
- Электромагнитная совместимость и экология
- Статические источники электроэнергии