автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.02, диссертация на тему:Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем

На правах рукописи

Гагарин Сергей Алексеевич

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СИНТЕЗ ЦИФРОВЫХ АЛГОРИТМОВ ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫМ МЕХАНИЗМОМ^ПРИВОДА С ТРЁХФАЗНЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Специальность 05.02.02 :Машиноведение, системы приводов и детали машин»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва — 2012 г.

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский унивёр-ситет)» (МАИ).

Научный руководитель:

Кривилёв Александр Владимирович кандидат технических наук

Официальные оппоненты:

Горячев Олег Владимирович доктор технических наук, профессор, Тульский государственный университет, заведующий кафедрой «Системы автоматического управления»

Трубачёв Александр Тимофеевич кандидат технических наук, ОАО «Аэроэдектромаш», главный специалист

Ведущая организация:

ОАО «АКБ «Якорь» (г. Москва)

Зашита состоится «23» октября 2012 г. в и часов на заседании диссертационного совета Д 212.125.07 в Московском авиационном институте (национальном исследовательском университете) по адресу: г. Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4, главный административный корпус, зал заседаний Учёного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАИ.

Автореферат разослан «21» сентября 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета Д 212.125.07, А

кандидат технических наук, доцедх.---^тЬ^Т А. Б. Кондратьев

Л ВЕННАЯ 10ГЕКА 1?

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Повышение эффективности использования потребляемой энергии является одной из основных тенденций развития современных приводных систем и сложных электротехнических комплексов, что связано с такими потребностями, как увеличение продолжительности работы автономных устройств, сокращение рассеиваемой мощности и снижение массовых и габаритных показателей. Основное преобразование энергии в электрическом приводе происходит в его исполнительном механизме (им), где всё чаще применяются трёхфазные вентильные двигатели (вд) вследствие целого ряда технических и эксплуатационных преимуществ перед коллекторными двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями. На сегодняшний день среди методов управления им с трёхфазными вд одно из лидирующих положений прочно удерживает импульсный метод, что обусловлено высоким коэффициентом полезного действия (кпд) современных силовых ключей, работающих в режиме переключения. В последнее время подобные им в совокупности с датчиками обратной связи (дос) и цифровым устройством управления (цуу) часто рассматривают как единый функциональный блок, называемый мехатронным модулем (мм). В этом случае на цуу мм возлагается задача по организации процесса коммутации ключевых элементов (кэ) импульсного усилителя мощности (иум) в соответствии с заданным алгоритмом импульсного управления.

Работы по созданию и исследованию энергетически эффективных алгоритмов импульсного управления на основе векторной широтно-импульсной модуляции (вшим) ведутся на протяжении двух последних десятилетий. Большинство как зарубежных, так и отечественных работ в данной области направлено на анализ спектрального состава фазных токов и напряжений, сокращение коммутационных потерь мощности в кэ иум и расширение диапазона регулирования скорости. Однако, зависимости статических, динамических и энергетических характеристик им с трёхфазным вд от способа вшим, как правило, остаются за рамками проводимых исследований, что существенно затрудняет выбор приемлемого цифрового алгоритма для той или иной задачи управления.

Учитывая практически неограниченное количество возможных вариантов алгоритмов импульсного управления на основе вшим, развитие автоматизированных подходов к проектированию цуу и исследованию мм с им на базе трёхфазного вд являются актуальными задачами, решение которых позволит не только улучшить показатели приводных систем, но и сократить временные затраты на их проектирование.

Целью работы является разработка метода синтеза цифровых алгоритмов импульсного управления им привода с трёхфазным вд на основе вшим, позволяющего автоматизировать получение математического описания цуу мм, а также статических, динамических и энергетических характеристик им привода.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо было поставить и решить следующие задачи:

1. Сделать обзор существующих цифровых алгоритмов импульсного управления на основе вшим, выполнить их систематизацию и определить возможные направления для разработки новых алгоритмов, которые позволят улучшить статические, динамические и энергетические характеристики им привода с трёхфазными вд.

2. Разработать автоматизированный подход к получению математического описания управляющих булевых функций (убф) для произвольного алгоритма импульсного управления на основе вшим и применить его для описания цифровых алгоритмов.

3. Разработать компьютерную модель мм с трёхфазным вд, позволяющую исследовать информационные и энергетические процессы при произ-нольном алгоритме импульсного управления на основе вшим.

4. Разработать программный комплекс на основе компьютерной модели мм, позволяющий автоматизировать этапы расчёта и построение статических, динамических и энергетических характеристик, а также эпюр цифровых сигналов, фазных токов и напряжений.

5. Провести исследование физических процессов, протекающих в мм; определить статические, динамические и энергетические характеристики мм; выявить влияние схемы соединения фаз вд и частоты вшим на указанные характеристики, а также выработать рекомендации по применению соответствующих цифровых алгоритмов импульсного управления.

6. Выполнить экспериментальные исследования лабораторного макета мм для подтверждения соответствия разработанной модели мм реальному устройству.

Методы исследования основаны на теории логического управления электрическими двигателями, законах булевой алгебры, формальных правилах А-исчисления, методах императивного, функционального и объектно-ориентированного программирования, компьютерном моделировании с применением численных методов интегрирования дифференциально-алгебраических уравнений и анализе экспериментальных данных.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- разработан метод синтеза цифровых алгоритмов импульсного управления им привода с трёхфазным вд, который позволяет автоматизировать формирование математического описания цуу и получение статических, ди-иамических и энергетических характеристик им при вшим;

- предложена классификация алгоритмов импульсного управления, основанная на количестве рабочих стоек иум, используемых для подключения фаз двигателя к источнику питания (ип), и позволяющая систематизировать способы вшим;

- разработан автоматизированный подход к получению математического описания убф, который основан на формализации условий переключения кэ на периоде вшим и применении систем компьютерной математики и позволя-

ет получить математическое описание произвольного алгоритма импульсного управления на основе вшим;

- получено математическое описание цуу мм, реализующего быстродействующие цифровые алгоритмы импульсного управления ИМ на основе вшим;

- предложена методика определения дополнительных потерь мощности в трёхфазном вд при импульсном управлении с применением вшим;

- выявлены зависимости характеристик им привода с трёхфазным вд от метода вшим и её частоты, позволяющие рекомендовать соответствующий алгоритм импульсного управления и частоту вшим для рассматриваемой задачи.

Практическая значимость полученных результатов для теории и практики заключается в следующем:

- на языке МаЛета^са разработан модуль, который позволяет автоматизировать синтез убф, реализующих алгоритмы вшим;

- в системе МАТЬАВ-ЭтиПпк разработано программное обеспечение, позволяющее автоматизировать основные этапы моделирования работы мм при исследовании влияния начальных условий, внутренних параметров ММ, внешних воздействий и различных алгоритмов вшим на статические, динамические и энергетические характеристики им;

- в системе моделирования БтиНпк разработан блок цуу мм, который может быть использован при моделировании мм в случав применения алгоритмов двухстоечной, трёхстоечной и комбинированной вшим;

- осуществлена программная реализация блока формирования логических переменных (лп) для двухстоечной, трёхстоечной и комбинированной вшим в виде написанных на языке С функций, которые могут быть использованы при моделировании ММ или быть взяты за основу при программировании устройства;

- на языке С++ с использованием инструментария С^ разработано приложение, позволяющее автоматизировать формирование различных последовательностей управляющих сигналов и их передачу на вход цуу мм при проведении экспериментальных исследований.

Достоверность результатов. Обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обусловлена корректностью использования законов булевой алгебры, методов численного решения систем дифференциально-алгебраических уравнений, современных систем компьютерной математики МяАЬета^са и МАТЬАВ, среды моделирования сложных динамических систем ЯтиПпк с пакетом расширения 31тРо-игегЗуз1етз и подтверждена экспериментальными исследованиями лабораторного макета ММ, проведёнными в лаборатории кафедры 702 («Системы приводов авиационно-космической техники») МАИ.

Внедрение результатов. Результаты работы нашли применение:

- в научно-исследовательской работе «Разработка модели мехатронного модуля на основе трёхфазного бесконтактного двигателя постоянного тока», выполнявшейся в МАИ в 2006-2007 гг. (тема №32860-07020);

- в научно-исследовательской работе «Параметрический синтез электромеханических исполнительных механизмов повышенной энергоэффективности, построенных по принципу силовых миниприводов, с минимизацией мас-согабаритных показателей для приводов ракет нового поколения», выполняющаяся в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» за 2011 г.;

- при проектировании привода воздуходувки' аппарата искусственной вентиляции лёгких нового поколения, разрабатываемом фирмой ООО «ФакторМедТехника»;

- в учебном процессе кафедры 702 («Системы приводов авиационно-космической техники») МАИ.

Апробация работы. Основные теоретические положения, развитые в диссертационной работе, были апробированы на следующих научно-технических конференциях, семинарах и форумах:

- Уи-я ежегодная международная научно-техническая конференция «Компьютерное моделирование 2006», Санкт-Петербургский государственный политехнический университет, 27-28 июня 2006 г.;.

- Всероссийская научно-техническая конференция «Мехатронные системы (теория и проектирование)», Тульский государственный университет, 7-8 декабря 2006 г.;

- xviьй Международный научно-технический семинар «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», г. Алушта, сентябрь 2008 г.;

- уш-я Всероссийская юбилейная научно-техническая конференция «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 21-23 июня 2010 г.;

- 7-я научно-техническая конференция «Мехатроника, автоматизация, управление» (МАУ-2010), ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», г. Санкт-Петербург, 12-14 октября 2010 г.;

- п-й межотраслевой молодёжный научно-технический форум «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики 2010», г. Москва, 2 декабря 2010 г.;

- Вторая всероссийская научно-техническая конференция «Мехатронные системы (теория и проектирование)», Тульский государственный университет, 25 ноября 2011 г.

Публикации. Основные материалы диссертации изложены в патенте Российской Федерации на изобретение и опубликованы в и работах, три из которых — в изданиях, рецензируемых Высшей аттестационной комиссией.

Структура и объём работы. Диссертация выполнена в объёме 163 стр. основного текста, в том числе 61 рис., 12 табл., список используемых источников, насчитывающий 120 наименований, и четырёх приложений на 37 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи диссертационной работы, приведены сведения об апробации, публикациях и внедрении результатов диссертационной работы, а также представлена её структура и краткое содержание глав.

Объектом исследования в диссертационной работе является мм цифрового электропривода (цэп) с им на основе трёхфазного вд, управляемого посредством импульсного метода с цифровой реализацией алгоритмов вшим. Структура цэп и состав мм приведены на рис. 1 и рис. 2 соответственно, на которых обозначено: ацп — аналого-цифровой преобразователь; дпр — датчик положения ротора; ип — источник питания; Кв — входной код; Ка — код текущего положения ротора; Кс — код текущего углового положения выходного вала цэп; Ку — код управления; мп — механическая передача; сд — синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе; смв — специализированный микропроцессорный вычислитель; ус — управляющее слово, представляющее собой совокупность логических сигналов С/г, {Уз, и?,, поступающих на управляющие входы кэ иум; Л, В, С — фазы двигателя; — ток двигателя; ид, ив, ис — напряжения, прикладываемые к фазам двигателя; ип — напряжение двигателя; иип — напряжение ип; ф — угловое положение ротора двигателя; срс — угловое положение выходного вала цэп; П — скорость вращения ротора двигателя; У — соединение фаз статорной обмотки двигателя по схеме «звезда»; Д — соединение фаз по схеме «треугольник».

Энергетический канал

вд

1 "ил, 1 ^ ил ^

ИУМ -► ив ^

*

сд

I____-"--Т.-

кв

1

Ку

цуу

|П Г"д |гД ▼ ▼

АЦП (ДОС)

МП

_____[

I

Кс

АЦП (ДОС)

Фс

Информационны й канал J

Рис. 1. Структурная схема цэп

Соединение фаз по схеме Д Рис. 2. Структура мм на основе трёхфазного вд

В главе 1 рассмотрены общие вопросы импульсного управления трёхфазным вд с использованием вшим с позиции множеств состояний ус. Осуществлена векторная интерпретация элементов множества допустимых состояний ус, на основании которой «подключающим» состояниям ус поставлены в соответствие ненулевые базовые векторы напряжения, а «отключающим» — нулевые. «Подключающие» и «отключающие» состояния ус, связанные переходом, объединены в группы. «Опережающей* группой состояний ус называется такая группа, в которой угловое положение ненулевого базового вектора напряжения превосходит требуемое угловое положение результирующего вектора, а «отстающей» — группа, в которой угловое положение ненулевого вектора меньше, чем требуемое угловое положение результирующего вектора напряжения. Результирующий вектор напряжения равен:

грОРР_ П ЮН _ грОЫ _ грОРР_

V = (1)

где У]0" и У1ок> — ненулевой и нулевой базовый вектор напряжения из «отстающей» группы соответственно; Т™ и Т1°рр — длительности задействования «подключающего» и «отключающего» состояния УС из «отстающей» группы

соответственно; V2°" и V2OFF — ненулевой и нулевой базовый вектор напряжения из «опережающей» группы соответственно; и Т£гг — длительности задействования «подключающего» и «отключающего» состояния ус из «опережающей» группы соответственно; Т — период широтно-импульсного сигнала (шис). Длительность задействования каждого состояния ус на периоде шис вычисляется по формулам:

=Ттп 1соз(фЕ ~ {Pzw)l. гом _Гт Icos (срЕ - cp?N)l, sin© ' 2 sin 9 '

TfrpOK , í"nON\

______ _ _ _и 1 T 1 2 )

■1 - 2 - 2

где m = |^|/|VON| — индекс модуляции, характеризующий относительную скорость вращения ротора ВД; © — угловая ширина сектора, образованная смежными ненулевыми базовыми векторами; фЕ — текущее угловое положение ротора в электрической системе координат; <p°N и <ргк — угловые положения ненулевых базовых векторов из «отстающей» и «опережающей» группы соответственно.

Предложена классификация способов вшим по количеству рабочих стоек иум, используемых для формирования результирующего вектора напряжения, в соответствии с которой существует трёхстоечная вшим (твшим), двухстоечная вшим (двшим) и комбинированная вшим (квшим).

В главе 2 разработан автоматизированный подход к получению математического описания убф, отличающийся от известных тем, что позволяет получить аналитические выражения убф, реализующих алгоритмы импульсного управления на основе вшим.

Для обеспечения возможности управления направлением и скоростью вращения ротора вд определена совокупность условий коммутации кэ иум, которая формализуется в виде нескольких групп лп, характеризующих: 1) сектор, в котором находится текущее положение ротора вд; 2) требуемую скорость вращения; 3) необходимое направление вращения.

Идентификация сектора осуществляется с использованием переменных Hai, Ubij tfo — в случае применения твшим, Нл2, Нв2, Ясг — в случае двшим и всех шести указанных лп — в случае квшим.

Формирование последовательности задействования «подключающих» и «отключающих» состояний ус, обеспечивающей требуемую скорость вращения, осуществляется с использованием двух переменных: SV и SP. Если SV = 0, задействуется состояние УС из «отстающей» группы, в противном случае — из «опережающей». При SP = 1 используется «подключающее» состояние УС, а при SP = 0 — «отключающее». В случае центрированного шис переменные SV и SP равны

S[r= Г 0, если0^24ПЕР<ТГ+7?РР; (3)

1 1, иначе;

дз=| 1, если TfFF < 2ín№ <Т — r2OFF; (4)

^ 0, иначе,

где tnEP -- счётчик периода (пилообразный сигнал), равный

_ Г ¿, если t< Г/2;

- \ T-t, иначе. ^

Требуемое направление вращения выражается в виде переменной DR-.

ш= Г 0,если*У>0; (6)

^ 1, иначе. 4 '

После формирования системы лп осуществляется формализация алгоритма вшим, которая заключается в описании: 1) совокупности значений лп, характеризующих сектор, в котором находится текущее положение ротора; 2) используемых «подключающих» и «отключающих» состояний ус; 3) состояния ус, используемого при возникновении аварийной ситуации.

На основании анализа значений совокупности лп, характеризующих сектор, в котором находится текущее положение ротора, составляется список секторов, содержащий в случае твшим элементы «Ha\HbiHc\^~-

sectors = {ioi, loo, но,oio,oji,ooi}. (7)

Состояния ус, используемые при управлении, оформляются в виде списков «подключающих» (statesOn) и «отключающих» состояний ус (statesOff). Порядок элементов в списке statesOn определяется последовательностью расположения ненулевых базовых векторов напряжения, начиная с вектора, расположенного в том секторе, которому соответствует первый элемент списка sectors. Порядок «отключающих» состояний ус в списке statesOff соответствует порядку «подключающих» состояний в списке ус. Списки состояний ус («Uq U5 U4 С/д U2 Ui»), используемых при твшим имеют вид:

statesOn = {011001, ioiooi, 100101,100110,010110,оною}, (8)

statesOfF = {010101,101010,010101,101010,010101,101010}. (9)

Состояние ус, используемое в случае возникновения аварийных ситуаций, оформляется в виде переменной emergencyState.

После формализации алгоритма вшим составляется таблица состояний, связывающая каждую совокупность значений лп со значениями убф. Алгоритм формирования таблицы состояний заключается в следующем:

- проверка принадлежности состояния кода текущего сектора списку sectors. Если код текущего сектора не является элементом списка sectors, то ус присваивается значение переменной emergencyState. В противном случае выполняются следующие действия;

- вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное значением переменной DR, по формуле (10) п случае двшим или твшим и по формуле (11) — в случае квшим.

Г 1, если DR = 0;

4, иначе.

SHDR =

3, если DR = 0; 9, иначе;

(П)

- вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное совокупностью значений лп о текущем секторе (SHh), которое равно порядковому номеру данной совокупности в списке sectors;

- вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное значением переменной SV, по формуле

- вычисление порядкового номера искомого элемента в списках statesOп и statesOff по формуле

где 5Не = ЙНси + ЗНн + БЩ/; /Vсект — количество секторов (Л^ект = 6 — при двшим и твшим; ЛГсект = 12 — при квшим);

- присвоение ус элемента с порядковым номером БН из списка 51а1е50п, если 5Р = 1, или из списка statesOff — в противном случае.

Программная реализация приведённого алгоритма осуществлена в виде модуля, написанного на языке МаШета1лса, использование которого совместно с существующими модулями минимизации аналитических выражений убф и экспорта результатов в систему МАТЬАВ позволяет автоматизировать наиболее трудоёмкие этапы математического описания цуу мм.

Применение разработанного подхода для получения математического описания цуу мм, реализующего алгоритмы твшим, двшим и квшим, продемонстрировано в главе 3. Полученное математическое описание цуу мм основано на описании системы лп и убф, которые при твшим имеют вид:

' Ui -DRffaHbHcSV V DRHalh HCSVSP У DR H^WbTTa SV У

V DRKHbHcSV V DRKHbHcSV V DRKKHcsvspv VDRHbHcSP VWiHaHbKSVSP vWHaWbHcSVV yW.HaMKSV \J~nRH~aHbHcSV vlwsFSv

VDRKKHcSV УШ7ГьНсЗР\

Ui+i =DRHaHblHSVSP V ШЯДЯс SV V DRHvKKSVV

V DRKHbHcSV V DRH~aHb~HcSVW V DRKH~bHcWv

V DRMHcSP VDRHaHbKSV уШ.На7КHcSVSPV vDRHbTTbHlsv УШЖНьНсШ уШЖ tfJ£svv vmKKHcSvsPvTMHbKsp,

где 1 = 1,3,5; а переменные Ha, Д, и Hc определяются по табл. i.

(12)

SH =

{

SHv- JVcekt, если SHz> Ncekt; SH-e, иначе,

(13)

Табл. 1. Переменные На, Нь и Нс

г На Нь Не

1 НА 1 Цз1 НС1

3 Ц31 Нсг На1

5 Нсг Нл 1 Цз1

В главе 4 приведён состав и дано описание компьютерной модели мм, а также разработанного программного комплекса, позволяющего автоматизировать этап моделирования мм. Компьютерная модель мм (рис. з) разработана в системе моделирования БтшНпк и содержит элементы пакета расширения 8!тРоу/егЗуз1етз. Модель мм имеет иерархическую структуру и учитывает изменение контуров протекания токов при переключении КЭ иум.

рои/егди!

СЕН

рщщ

I ^Йш \ '

Измерения

ЦУУ

2

ШПг+ШШ

щ

сд

Рис. з- Модель мм в БшшИпк

Блок цуу модели мм включает в свой состав блок формирования лп и блок формирования убф. Блок формирования лп основан на математическом описании лп и реализован в виде Э-фуикции, написанной на языке С. Блок формирования убф содержит таблицу состояний, соответствующую рассматриваемому алгоритму импульсного управления. Для каждого го рассматриваемых способов вшим (двшим, твшим и квшим) разработана соответствующая Я-функция и сформирована таблица состояний.

Блок СД модели мм основан на уравнениях, описывающих фазную модель двигателя при синусоидальном распределении индукции в зазоре. Для исследования физических процессов в вд с соединением фаз по схеме У и по схеме Д разработаны два варианта блока СД. В качестве параметров блока сд используются параметры двигателя ДБМ40-0.025-4-3.

С целью автоматизации этапа моделирования мм разработан программный комплекс 1С11С, который позволяет параллельно на отдельных ядрах процессора выполнять вычисления, связанные с моделированием работы мм для различных наборов значений входных параметров, что существенно сокращает временные затраты на исследование физических процессов, протекающих в мм, и получение статических и энергетических характеристик им привода.

Глава 5 посвящена исследованию физических процессов, протекающих в энергетическом канале мм с использованием разработанного программного комплекса 1СКС и модели мм, а также определению влияния схемы соединения фаз вд, способов вшим и её частоты на динамические, статические

и энергетические характеристики им. Указанные характеристики сопоставлены с предельными характеристиками ВД, полученными при использовании скалярной широтно-импульсной модуляции с применением 18о-градусного способа управления (1В0СШИм). В последнем случае регулирование скорости вращения ротора вд осуществлено путём пропорционального изменения напряжения ип, что позволяет обеспечить независимость полученных при 180СШИМ результатов от соотношения периода шис и электромагнитной постоянной времени двигателя, равной Тя = 5 ■ Ю-5 с.

На основе переходных процессов по скорости выявлена зависимость динамических характеристик им от частоты тис при использовании двшим и квшим. В случае квшим наблюдается незначительный (менее 5 %) рост длительности переходных процессов при увеличении частоты шис (при уменьшении Т/Тя с четырёх до единицы). При использовании двшим в аналогичном случае имеет место существенное ухудшение динамических характеристик (увеличение длительности переходных процессов более, чем на 20 %). Динамические характеристики в случае применения твшим не зависят от частоты шис; длительность переходных процессов совпадает с длительностью переходных процессов при 180сшим.

Механические характеристики при использовании твшим и квшим линейны с точностью до 5 %. В случае квшим увеличение частоты шис приводит к незначительному снижению средних значений электродвижущего момента (МСр) и скорости вращения в установившемся режиме работы (ПСР). Снижение составляет менее 5 % при уменьшении Т/Тя с четырёх до единицы. Механические характеристики в случае двшим нелинейны (рис. 4), степень нелинейности увеличивается с ростом частоты шис. При всех рассматриваемых алгоритмах импульсного управления средние значения скорости холостого хода (Пк.*) и пускового момента (Мп) при схеме Д превосходят в л/3 раз аналогичные показатели при схеме У.

Мер

Рис. 4. Механические характеристики при способе двшим (сплошные линии — Т/Тя = 4; пунктирные линии — Т/Тя = 1)

Среднее за период фазных напряжений значение потребляемой мм мощности в установившемся режиме работы определено следующим образом:

<Р0 -1-2эг <Ро+2тг

ici' = JИип г„п d<pK = Ji^n ¿Фе, (15)

<Ро <Р0

где фп — произвольное угловое положение ротора вд в установившемся режиме работы; гИп — полученный в результате компьютерного моделирования ток, протекающий через ип.

Дополнительные потери мощности в двигателе, вызванные пульсациями фазных токов около их средних значений, определены по следующей формуле:

Д-Р = Par — РмЕХ — Рм.КЭ — Рм.Я.СР,

где Рыех — механическая (полезная) мощность; Рм.кэ — потери мощности на проводимость в кэ иум, Рм.я.сг — потери мощности на активном сопротивлении якорной обмотки от среднего значения фазных токов.

Величина потерь мощности на активном сопротивлении кэ иум равна

, <ро+2тг

1 Г

= uK3iiK3id<pE, (17)

,_1 <Р0

где икэ, и ¿кэг — напряжение на г-м кэ и ток, протекающий через него, полученные в результате компьютерного моделирования.

Потери мощности на активном сопротивлении якорной обмотки от среднего значения фазных токов вычислены по аналитическому выражению:

где ст — коэффициент момента; Я — активное сопротивление одной фазы якорной обмотки вд.

Полученные значения Рс.р, Рмех и АР нормализованы относительно максимального значения потребляемой мощности при 180сшим (48,47 Вт при соединении фаз по схеме Y и 144,6 Вт при схеме Д) и приведены в виде поверхностей на рис. 5, на котором обозначено: Г2С,.« = f^cp/Пх.х и А^ср» = -^ср/Мп■ Способ двшим характеризуется наименьшими энергопотреблением и развиваемой механической мощностью среди рассматриваемых способов вшим, в то время, как твшим — наибольшими. Максимальное значение коэффициента полезного действия (кпд) среди рассматриваемых способов управления достигается в случае применения двшим, однако наибольшим объёмом под соответствующей поверхностью характеризуется способ твшим. Способу квшим присущи средние показатели среди рассматриваемых способов вшим.

Дополнительные потери мощности в двигателе при способе твшим не превосходят 0,4 % от максимального значения потребляемой мощности

при способе 180СШИМ и соотношении Т/уя ^ 0,5, однако в области номинального момента двигателя (МСР» = о,1..о,з) могут достигать 2,5% от потребляемой в данной области мощности. Аналогичные показатели при способе двшим равны 1,8% и 4% соответственно, а при способе квшим — 1,3% и 2%. Увеличение частоты шис при всех рассматриваемых способах вшим способствует уменьшению дополнительных потерь и тем самым приводит к сокращению потребляемой мощности и увеличению кпд (т|).

Поверхности РсР*, РыЕХ*, АР» и т) справедливы для соединения фаз якорной обмотки вд как по схеме Y, так и по схеме А.

а) потребляемая мощность б) механическая мощность

в) дополнительные потери мощности г) кпд

Рис. 5. Поверхности энергетических характеристик при способах твшим, квшим, двшим и 180сшим (Т/Тя = 4)

В главе 6 представлены результаты экспериментальных исследований лабораторного макета мм, которые были сопоставлены с результатами компьютерного моделирования. Лабораторный макет мм включает в свой состав трёхфазный сд марки ДБМ40-0.025-4-3 с установленным в его корпусе дпр на основе трёх цифровых датчиков Холла, две печатные платы, реализующие функции иум и цуу соответственно, а также набор ип для питания элементов мм и измерительное оборудование. Для автоматизации формирования кода управления и его передачи на вход цуу мм было разработано приложение ССос1еСеп, написанное на языке С++ с использованием инструментария С^. Созданное приложение нашло применение в учебном процессе МАИ, что подтверждено актом о внедрении.

В результате экспериментальных исследований макета мм были получены эпюры фазных токов и напряжений при различных способах импульсного управления для соединения фаз вд как по схеме У, так и по схеме Д. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными для одного из частных случаев представлено на рис. 6.

1 1 и-) 1

— 11 1

.......1. J J а

гД г/ 1/Ь

Л1 Ч | 1 ч

<1 л . /1 А ./1 А

ММ ММ

0123 4 . 56789 ю _Ь, мс_

а) экспериментальные данные б) результаты моделирования

Рис. 6. Эпюры фазных токов и напряжений (схема Д, 180сшим, у = 1)

Качественное и количественное совпадение экспериментальных данных 'и результатов моделирования свидетельствует о достоверности разработанной модели мм и, следовательно, полученных с её помощью результатов.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

В приложении А приведены исходные коды Б-функций на языке С, использованных при разработке модели блока цуу мм в ЭшиПпк.

В приложении Б представлены исходные коды модулей программного комплекса 1СЕ.С на языке МАТЪАВ.

В приложении В приведены исходные коды приложения ССос1еСеп на языке С++.

Приложение Г составляют акты о внедрении результатов работы на предприятие ООО «ФакторМедТехника», в научно-исследовательскую работу и учебный процесс МАИ.

т

Г;'.7 Ln.it

Щ

2Г!МНг УШВ/ЙУ

М.1Ш

Ж»: СН2 20.0УЕЪ МШгш СН1/120У

ИОтИи СН-1+500тУгц 7-5ер-031932 1»Н:

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Разработан автоматизированный метод синтеза цифровых алгоритмов импульсного управления им привода с трёхфазным вд на основе вшим. При разработке метода были получены следующие результаты:

1. Предложена классификация способов вшим, которая позволяет учесть количество рабочих стоек иум, кэ которых используются для подключения фаз вд к ип. В соответствии с разработанной классификацией способы вшим можно разделить на двшим, твшим и квшим.

2. Разработан автоматизированный подход к синтезу убф и осуществлена его программная реализация для способов двшим, твшим и квшим в виде модуля, написанного на языке МаЛетайса и позволяющего автоматизировать соответствующий этап проектирования цуу мм.

3. Сформировано математическое описание цуу мм, реализующего способы двшим, твшим и квшим. Математическое описание основано на описании системы лп и аналитических выражениях убф, что позволяет создавать быстродействующие реализации соответствующих методов как на языках программирования, так и на языках описания цифровых устройств.

4. Разработана компьютерная модель мм на основе трёхфазного вд, отличающаяся от известных тем, что позволяет исследовать как информационные, так и физические процессы в мм при различных алгоритмах импульсного управления на основе вшим для случаев соединения фаз вд как по схеме У, так и по схеме Д. Модель мм разработана в среде ЭтаиНпк с использованием компонентов библиотеки 31тРочуег8уз1ет8 и учитывает контуры протекания токов в системе «иум — сд» и форму распределения индукции в зазоре. При создании блока цуу модели мм использованы Э-функции, написанные на языке С, которые могут быть взяты за основу при программировании устройства.

5. С целью сокращения временных затрат, связанных с многократным выполнением моделирования установившегося режима работы мм при построении статических и энергетических характеристик им привода, на языке МАТЬАВ разработан программный комплекс, который позволяет автоматизировать задание комбинаций значений частоты шис, статического момента нагрузки, индекса модуляции и напряжения ип, выполнить серию вычислительных экспериментов с задействованием параллельных вычислений, визуализировать и сохранить полученные результаты. Программный комплекс был использован при проектировании привода воздуходувки аппарата искусственной вентиляции лёгких нового поколения, разрабатываемом ООО «ФакторМедТехника».

6. Проведены исследования физических процессов, протекающих в мм, определены динамические, статические и энергетические характеристики им. Выявлен прерывистый характер токов, вытекающих из иум, в случае применения двшим и квшим, что является причиной нелинейностей статических характеристик им привода. Увеличение частоты шис приводит к росту степени нелинейностей. В случае квшим нелинейности незначительны (менее 5 %),

в то время, как при двшим имеет место существенное ухудшение характеристик. При использовании способа твшим токи непрерывны, а статические характеристики — линейны с точностью до 5 %.

7. Проведённые исследования позволяют рекомендовать к применению в мм цэп способ твшим, в связи с такими преимуществами, как относительная простота реализации (по сравнению с квшим), линейные статические и высокие динамические характеристики им (по сравнению с двшим). Способ квшим наиболее сложен в реализации среди рассмотренных способов вшим, однако позволяет обеспечить меньшие коммутационные потери мощности в иум и дополнительные потери в двигателе при статических и динамических характеристиках, незначительно уступающих характеристикам способа твшим. При создании энергосберегающего режима работы автономного устройства целесообразно использовать комбинацию из двшим, твшим и квшим с переключением на способ, обладающий наибольшим кпд в рабочей области механических характеристик.

8. Предложена методика определения дополнительных потерь мощности в трёхфазном вд, основанная на компьютерном моделировании и отличающаяся от известных тем, что позволяет определить величину дополнительных потерь мощности при любых комбинациях заданного статического момента нагрузки и скорости вращения ротора вд при импульсном управлении на основе вшим. С использованием разработанной методики определены максимальные значения дополнительных потерь мощности в двигателе при различном соотношении Т/Тя, которые при Т¡Тя ^ 0,5 в случае двшим составляют менее 5% от основных потерь, при квшим — менее 2%, а при твшим — не превосходят 0,5 %.

9. Форма динамических, статических и энергетических характеристик им привода при соединении фаз вд по схеме У и по схеме Д в случае применения рассмотренных алгоритмов вшим совпадает. Использование схемы Д приводит при прочих равных условиях к увеличению электродвижущего момента и скорости в \/3 раз по сравнению с использованием схемы У. Указанное обстоятельство позволяет развить втрое большую механическую мощность на выходном валу мм. Однако, при проектировании мм следует учитывать, что в случае использования схемы Д величина тока, протекающего через фазы вд, иум и ип, увеличивается в три раза по сравнению с применением схемы У, что влечёт за собой увеличение массовых и габаритных показателей мм.

10. Проведены экспериментальные исследования лабораторного макета мм с использованием написанного на языке С++ приложения, позволяющего автоматизировать процесс формирования и передачи на вход цуу последовательностей значений кода управления для имитации управляющих воздействий на мм. Результаты экспериментальных исследований мм подтвердили достоверность моделирования процесса электромеханического преобразования энергии и, соответственно, полученных при компьютерном моделировании результатов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Гагарин С. А. Исследование режимов работы двигателя постоянного тока при импульсном управлении с использованием Simulink / Компьютерное моделирование 2006: Труды Международной научно-технической конференции. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. С. 153-162.

2. Гагарин С. А., Кривилёв A.B. 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.

3. Гагарин С. А., Кривилёв А. В. Метод коммутации ключевых элементов в трёхфазном вентильном двигателе с учётом знака противо-эдс / Через тернии к звёздам / Под ред. проф. Ю.Ю. Комарова и проф. В. П. Махрова. — М.: Изд-во МАИ, 2007. С. 344-353.

4. Гагарин С. А. Экспериментальное исследование мехатронного модуля с трёхфазным вентильным двигателем с использованием несимметрично-диагонального метода коммутации / Обеспечение качества на всех этапах жизненного цикла изделия / Под ред. проф. Б. В. Бойцова и проф. Ю. Ю. Комарова. - М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2008. С. 255-263.

5. Гагарин С. А. Метод коммутации ключевыми элементами в трёхфазном вентильном двигателе с учётом знака противо-эдс / Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды xvii Международного научно-технического семинара. Алушта, сентябрь 2008 г. - СПб.: ГУАП, 2008. С. 132-133.

6. Гагарин С. А., Кривилёв A.B. Математическое описание цифровой системы управления мехатронного модуля привода на базе трёхфазного вентильного двигателя с векторным управлением / Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов: Сб. докл. vin-й Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», Москва, МАИ, 21-23 июня 2010 г. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ. 2010. С. 275-279.

7. Гагарин С.А., Кривилёв A.B. Энергетические характеристики мехатронного модуля привода на базе трёхфазного вентильного двигателя с векторным управлением / Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов: Сб. докл. viii-й Всероссийской юбилейной научно-технической конференции «Проблемы совершенствования робототехнических и интеллектуальных систем летательных аппаратов», Москва, МАИ, 21-23 июня 2010 г. М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ. 2010. С. 280-284.

8. Гагарин С. А., Кривилёв A.B. Влияние способов векторного управления на энергетические характеристики мехатронного модуля привода с вентильным двигателем / Материалы 7-й научно-технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление» — СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2010. С. 116-119.

20

1 2- 2<&«1

9. Гагарин С. А., Кривилёв A.B., Ситникова A.B. Дополнительные потери мощности в мехатронном модуле привода на основе трёхфазного вентильного двигателя с фазами, соединёнными по схеме «треугольник» // Мехатроника, автоматизация, управление. — 2010. — № 11 (116). — С. 18-24.

10. Гагарин С. А. Использование параллельных вычислений при моделировании мехатронного модуля привода / Конкурс научно-технических работ и проектов «Молодёжь и будущее авиации и космонавтики-гою». Москва. Аннотации работ. — СПб.: Мастерская печати, 2010. С. 115.

11. Гагарин С. А., Кривилёв А. В., Ситникова А. В. Способ цифрового управления угловой скоростью трёхфазного вентильного двигателя с учётом знака противо-эдс. Патент РФ №2438158.

12. Гагарин С. А. Энергетические характеристики мехатронного модуля на основе трёхфазного вентильного двигателя с фазами, соединёнными по схеме «треугольник» / Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 1. — Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. С. 8-14.

2012340062

Множительный центр МАИ (НИУ) Заказ от 17.09.2012 г. Тираж 100 экз.

2012340062

Перечень сокращений.

Список условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Анализ существующих способов векторной широтно-импульсной модуляции и их систематизация.

1.1 Множества состояний управляющего слова.

1.2 Векторная интерпретация элементов множества допустимых состояний управляющего слова.

1.3 Формирование результирующего вектора напряжения якоря

1.4 Обзор современных способов векторной широтно-импульсной модуляции.

1.5 Разработка классификации способов векторной широтно-импульсной модуляции.

1.6 Выводы по главе.

Глава 2. Разработка автоматизированного подхода к получению математического описания управляющих булевых функций.

2.1 Определение совокупности условий управления ключевыми элементами и их формализация в виде системы логических переменных.

2.1.1 Логические переменные, характеризующие сектор, в котором находится текущее положение ротора

2.1.2 Логические переменные, определяющие угловое положение и абсолютную величину результирующего вектора напряжения якоря.

2.1.3 Логическая переменная, характеризующая необходимое направление вращения.

2.2 Формализация алгоритма импульсного управления

2.2.1 Описание состояний кода текущего сектора.

2.2.2 Описание «подключающих» и «отключающих» состояний управляющего слова

2.2.3 Описание состояний управляющего слова, соответствующих аварийным ситуациям.

2.3 Формирование таблицы состояний.

2.4 Программная реализация автоматизированного подхода к получению управляющих булевых функций.

2.4.1 Разработка модуля формирования таблицы состояний

2.4.2 Модуль получения аналитических выражений управляющих булевых функций.

2.4.3 Модуль экспорта таблицы состояний в МАТЬАВ.

2.5 Выводы по главе.

Глава 3. Формирование математического описания цифрового устройства управления мехатронного модуля.

3.1 Трёхстоечная векторная широтно-импульсная модуляция

3.1.1 Формирование системы логических переменных.

3.1.2 Формализация алгоритма импульсного управления

3.1.3 Формирование таблицы состояний и получение аналитических выражений управляющих булевых функций

3.2 Двухстоечная векторная широтно-импульсная модуляция

3.2.1 Формирование системы логических переменных.

3.2.2 Формализация алгоритма импульсного управления

3.2.3 Формирование таблицы состояний и получение аналитических выражений управляющих булевых функций

3.3 Комбинированная векторная широтно-импульсная модуляция

3.3.1 Формирование системы логических переменных.

3.3.2 Формализация алгоритма импульсного управления

3.3.3 Формирование таблицы состояний и получение аналитических выражений управляющих булевых функций . 78 3.4 Выводы по главе.

Глава 4. Разработка компьютерной модели мехатронного модуля и программного комплекса, автоматизирующего этапы моделирования.

4.1 Разработка компьютерной модели мехатронного модуля.

4.1.1 Блок цифрового устройства управления.

4.1.2 Блок импульсного усилителя мощности.

4.1.3 Блок трёхфазного синхронного двигателя.

4.1.4 Блок источника питания постоянного напряжения

4.1.5 Блок измерений.

4.2 Разработка программного обеспечения для автоматизации этапов моделирования работы мехатронного модуля.

4.2.1 Главный модуль программного комплекса.

4.2.2 Графический интерфейс пользователя.

4.2.3 Модуль расчёта.

4.2.4 Модули визуализации и сохранения результатов расчёта

4.3 Выводы по главе.

Глава 5. Анализ физических процессов, протекающих в энергетическом канале мехатронного модуля.

5.1 Анализ эпюр фазных токов и напряжений

5.2 Динамические характеристики исполнительного механизма привода.

5.3 Статические характеристики исполнительного механизма привода

5.3.1 Механические характеристики.

5.3.2 Регулировочные характеристики.

5.4 Энергетические характеристики исполнительного механизма привода.

5.4.1 Потребляемая мощность.

5.4.2 Механическая мощность.

5.4.3 Дополнительные потери мощности.

5.4.4 Коэффициент полезного действия.

5.5 Зависимости энергетических характеристик от частоты широтно-импульсного сигнала.

5.6 Выводы по главе.

Глава 6. Экспериментальные исследования макета мехатрон-ного модуля.

6.1 Экспериментальный стенд.

6.2 Разработка программного обеспечения для автоматизации формирования кода управления.

6.3 Результаты экспериментальных исследований лабораторного макета мехатронного модуля.

6.4 Выводы по главе.

Повышение эффективности использования потребляемой энергии является одной из основных тенденций развития современных приводных систем и сложных электротехнических комплексов, что связано с такими потребностями, как увеличение продолжительности работы автономных устройств, сокращение рассеиваемой мощности и снижение массовых и габаритных показателей. Основное преобразование энергии в электрическом приводе происходит в его исполнительном механизме (им), где всё чаще применяются трёхфазные вентильные двигатели (вд) вследствие целого ряда технических и эксплуатационных преимуществ перед коллекторными двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями.

Идея практического использования электрической энергии для приведения в движение агрегатов и механизмов восходит к концу xviii в. — началу xix в. Теоретические и практические исследования, проведённые в этот период такими учёными, как Г.X. Эрстед (Н.С. 'Orsted), А.-М. Ампер (А.-М. Ampere), M. Фарадей (M. Faraday), Э.Х. Ленц, Г. С. Ом (G.S. Ohm), А. Вольта (A. Volta), П. Барлоу (P. Barlow) и Д. Генри (J. Henry), послужили основой для создания первых электродвигателей постоянного тока, разработанных в 1834 г. Т. Дэвенпортом (Т. Davenport) в Америке [88] и Б. С. Якоби в России. Оба двигателя были оснащены коллектором, осуществляющим автоматическое переключение запитываемых фаз двигателя при его вращении.

В 1836 г. У. Стэрдженом (W. Sturgeon) было сделано первое описание принципов работы двигателя постоянного тока обращённой конструкции, которое благодаря работам Э. Керна (Е. Kern) [99] и Э. Александре-сона (Е. Alexanderson) [83, 84] по использованию тиратрона для коммутации фаз двигателя легло в основу первых вд, появившихся в 30-х гг. xx в. В СССР большой вклад на раннем этапе развития вд с применением ионных преобразователей внесли Б. H. Тихменев [77], Д. А. Завалишин и О. Г. Вег-нер [36, 37, 38], а также Е. JI. Эттингер [9].

Появление полупроводниковых вентилей (транзисторов в 1947 г. и тиристоров в 1956 г.) позволило усовершенствовать не только конструкцию коммутатора, но и развить теорию импульсного управления электрическими двигателями. Первые ВД с коммутаторами на основе полупроводниковых устройств были запатентованы Г. Д. Брайлсфордом (H. D. Brailsford) в 1-955 г- в США [85], К. Матасаро (К. Matasaro) в 1957 г. в Японии [58] и Р. Цаубитцером (R. Zaubitzer) в i960 г. в Германии [119]. Развитию теории и конструкции вд с использованием полупроводниковых преобразователей в СССР, а затем и в России, в значительной степени способствовали работы И. А. Вевюрко [12, 13], А. А. Дубенского [35], А. И. Бертинова [6, 7], Ш.И. Лутидзе [57], В. А. Балагурова и В. К. Лозенко [3], И.Е. Овчинникова [62, 63, 64, 65, 66], Н. И. Лебедева [66], Ю.М. Беленького и А. Г. Микеро-ва [4, 5], а также Н. И. Куликова [56].

Появление в 8о-х и 90-х гг. xx в. микроконтроллеров и цифровых сигнальных процессоров, ориентированных на управление электрическими двигателями, элементов программируемой логики, позволяющих реа-лизовывать параллельные алгоритмы управления, а также соответствующих программных и аппаратных средств, ускоряющих разработку цифровых алгоритмов импульсного управления и обеспечивающих их программирование в выбранное устройство, послужило началом нового этапа развития вд. В настоящее время ряд зарубежных фирм занимается производством микросхем и программных сред, а также выпуском демонстрационных плат (evaluation boards) с примерами их использования, что позволяет значительно ускорить этапы разработки цифровых устройств управления. Фирма Microchip Technology Inc. (США) для разработки и реализации цифровых алгоритмов управления вд предлагает микроконтроллеры PIC18F, PIC24F (PIC24H), dsPIC30F и dsPIC33F и программную оболочку MPLAB. Компания Atmel Corporation (США) производит 8-разрядные AVR-микроконтроллеры серии Automative, программную среду AVR Studio, а также драйверы усиления для обеспечения связи с усилителем мощности. Фирмой Analog Devices Inc. (США) разрабатываются быстродействующие микроконтроллеры с высокой разрешающей способностью аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей серии Precision Analog Microcontrollers, драйверы усиления, датчики тока и программный комплекс VisualDSP++. Компания Texas Instruments (США) выпускает высокопроизводительные 32-разрядные цифровые сигнальные процессоры семейства С2000 (Piccolo, Dclfino и Conccrto) с плавающей точкой. Производством и совершенствованием программируемых логических интегральных схем, которые можно использовать для реализации быстродействующих и параллельных алгоритмов цифрового управления, занимаются американские фирмы Actel, Altera, Lattice Semiconductor Corporation и Xilinx.

Миниатюризация цифровых устройств и элементов силовой электроники привела к сокращению габаритов электротехнических комплексов, снижению рассеиваемой мощности, а также способствовала интеграции им, датчиков обратной связи (дос) и устройства управления в единый функциональный блок, называемый мехатронным модулем (мм). Среди ведущих мировых производителей вд и мм на их основе, следует отметить ABB (Швейцария), Aveox (США), Harmonic Drive (Германия), КЕВ (Германия), Махоп Motor (Швейцария), Nidec (США), Omron (Япония) и Siemens (Германия).

Параллельно с совершенствованием аппаратной составляющей электротехнических комплексов осуществлялось развитие подходов к их управлению. Вследствие высокого коэффициента полезного действия (кпд) современных силовых ключей, работающих в режиме переключения, наибольшее распространение среди методов управления электрическими двигателями получил импульсный метод, основанный на принципе широтно-импульсной модуляции (шим). Теории импульсного управления двигателями различного типа посвящено большое количество работ. В трудах К. Блауфус-са (К. Blaufuss) [86], B.C. Кулебакина [54, 55], В.Д. Нагорского [55, 60, 61],

В. Г. Константинова [43, 44], O.A. Коссова [45, 46, 47, 48], Ю.И. Конева [42], Т. А. Глазенко [29, 30], JI.A. Шпиглера [79], Л.Д. Панкратьева, Б. И. Петрова, В. А. Полковникова, Н.П. Паппе и Б.Н. Попова [68, 69, 81], Е. В. Машукова [59], М.Е. Гольца, A.B. Гудзенко и В.М. Остреро-ва [10], С. Г. Германа-Галкина [28] рассматриваются вопросы импульсного управления коллекторными двигателями постоянного тока. В работах Д. А. Дубенского [35], Е.И. Овчинникова [62, 63, 64, 65, 66, 67], Н. И. Лебедева [1, 66, 67], В. Т. Гращенкова [1], Б.Н. Попова [70, 71, 72] и A.B. Кри-вилёва [50, 51, 52] исследуются алгоритмы импульсного управления трёхфазными вд на основе скалярных способов шим. Различные подходы к управлению электрическими двигателями посредством синусоидальной и векторной шим приведены в работах О. В. Горячева и Е.А. Ерош-кина [31], В.Ф. Козаченко [41], A.A. Усольцева [78], А. Б. Виноградова [14], а также в трудах зарубежных авторов: А. Счёнунга (А. Schönung) и Г. Стеммлера (Н. Stemmler) [113], К. Г. Кинга (К. G. King) [100], М. Депен-брока (М. Depenbrock) [89], Д.А.Гранта (D.A. Grant) и Ж. А. Хоулс-ворда (J.A. Houlsworth) [97], Г. Ван Дер Броека (Н. Van Der Broeck) [118], О. Огасавары (О. Ogasawara) [109], Ж. Хольтца (J. Holtz) [95, 96], A.M. Хавы (A.M. Hava) [91, 92, 93], Д.Г.Холмса (D. G. Holmes) [94], Т. А. Липо (Т. A. Lipo) [92, 93, 94] и многих других.

В настоящее время сфера применения цифровых электроприводов с им на базе трёхфазных вд охватывает робототехнику, авиационную, космическую и автомобильную промышленность, офисное и медицинское оборудование, компьютерную и бытовую технику. Ведущими отечественными предприятиями, занимающимися разработкой и введением в эксплуатацию перспективных электромеханизмов на основе вд, являются московские организации ОАО «Аэроэлектромаш» [39, 40, 73], ОАО «МАШИНОАППАРАТ», НПК «Российские электрические машины», ОАО «АКБ «Якорь», а также КБ «Мехатроники» (г. Златоуст) и ЗАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».

Постановка задачи. В диссертационной работе рассматривается вариант мм цифрового электропривода с им на базе трёхфазного вд, управляемого посредством импульсного метода на основе векторной шим (рис. 0.1). Вентильный двигатель включает в свой состав импульсный усилитель мощности (иум), выполненный по мостовой схеме, и трёхфазный синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе (сд). Фазы якорной обмотки СД могут быть соединены как по схеме «звезда» (У), так и по схеме «треугольник» (А). г

Энергетический канал Г ип щ г

Кп мм

ИУМ ил ^ ив ^ сд

I ф

I —I \ Iи1:.,и6 1П 1% \гг

К У Кп т т ▼ смв -1-► ■"Ж, 1 ЦУУ ^— АЦП (ДОС) Р

МП I у

Кг.

АЦП (ДОС)

Фс

Фс

Информационный канал

Рис. 0.1. Структурная схема цифрового электропривода

Требуемый закон движения выходного вала электропривода формируется управляющей машиной верхнего уровня в виде входного кода (Кв), который наряду с кодом обратной связи (Кс) по контролируемой координате используется специализированным микропроцессорным вычислителем (смв) для формирования кода управления (Ку). Также смв может формировать ряд дополнительных сигналов (Еу), предназначенных для выбора алгоритма импульсного управления и его параметров. Цифровое устройство управления (цуу) мм принимает код управления и код обратной связи (Кд), а также формирует совокупность логических сигналов (СД, и2, £/3, [/4, [/5, [/б), поступающих на управляющие входы КЭ ИУМ (рис. 0.2). Код управления несёт информацию о требуемом направлении и скорости вращения ротора ВД, а код обратной связи соответствует текущему угловому положению ротора (ср), определяемому с помощью датчика положения ротора (ДПР). Также ЦУУ ММ может принимать сигналы о текущей скорости вращения ротора ВД (О), напряжениях (ид), токах (гд) и других координатах ВД, необходимых для реализации сложных алгоритмов импульсного управления. г

Г--"Ч

СБА

Соединение фаз по схеме Д

Рис. 0.2. Структура ММ на основе трёхфазного ВД

Импульсный усилитель мощности преобразует постоянное напряжение ИП в совокупность прикладываемых к фазам якорной обмотки ВД импульсных напряжений (пд, ив, ис), значения которых наряду с фазными противо-ЭДС и ЭДС самоиндукции определяют в каждый момент времени величины токов и контуры их протекания в системе «иум — сд». Протекание тока через фазы якорной обмотки вд приводит к возникновению электромагнитного поля, взаимодействие которого с полем индуктора обеспечивает формирование электродвижущего момента, стремящегося повернуть ротор ВД так, чтобы векторы магнитной индукции поля якоря и поля индуктора совпали. Вращение ротора вд посредством механической передачи (мп) преобразуется в угловое перемещение выходного вала ММ, фактическое положение которого определяется с помощью дос и приводится к цифровому виду аналого-цифровым преобразователем (ацп).

Отличительной чертой методов импульсного управления является наличие динамических потерь мощности в кэ иум [1, 8, 74] (потери на переключение [29, 30], switching losses [103, 112, 115]) и дополнительных потерь в двигателе [23, 25, 81], вызванных пульсациями фазных токов. Работы по созданию и исследованию энергетически эффективных алгоритмов импульсного управления электрическими двигателями на основе векторной шим ведутся на протяжении двух последних десятилетий. Большинство как зарубежных, так и отечественных работ в данной области направлено на анализ спектрального состава фазных токов и напряжений [105, 106, 107], сокращение коммутационных потерь мощности в кэ иум [93, 95, 96, 120] и расширение диапазона регулирования скорости [91, 104]. Однако, зависимости статических, динамических и энергетических характеристик им с трёхфазным вд от способа векторной шим, как правило, остаются за рамками проводимых исследований, что существенно затрудняет выбор приемлемого цифрового алгоритма для той или иной задачи управления.

Учитывая практически неограниченное количество возможных вариантов алгоритмов импульсного управления на основе векторной шим, развитие автоматизированных подходов к проектированию цуу и исследованию мм являются актуальными задачами, решение которых позволит не только улучшить показатели приводных систем, но и сократить временные затраты на их проектирование.

Целью работы является разработка метода синтеза цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем на основе векторной широтно-импульсной модуляции, позволяющего автоматизировать получение математического описания цифрового устройства управления мехатронного модуля, а также статических, динамических и энергетических характеристик исполнительного механизма привода.

Для достижения указанной цели в диссертационной работе необходимо было поставить и решить следующие задачи:

1. Сделать обзор существующих цифровых алгоритмов импульсного управления на основе векторной широтно-импульсной модуляции, выполнить их систематизацию и определить возможные направления для разработки новых алгоритмов, которые позволят улучшить статические, динамические и энергетические характеристики исполнительного механизма привода с трёхфазным вентильным двигателем.

2. Разработать автоматизированный подход к получению математического описания управляющих булевых функций для произвольного алгоритма импульсного управления на основе векторной широтно-импульсной модуляции и применить его для описания цифровых алгоритмов.

3. Разработать компьютерную модель мехатронного модуля с трёхфазным вентильным двигателем, позволяющую исследовать информационные и энергетические процессы при произвольном алгоритме импульсного управления на основе векторной широтно-импульсной модуляции.

4. Разработать программный комплекс на основе компьютерной модели мехатронного модуля, позволяющий автоматизировать этапы расчёта и построение статических, динамических и энергетических характеристик, а также эпюр цифровых сигналов, фазных токов и напряжений.

5. Провести исследование физических процессов, протекающих в ме-хатронном модуле; определить статические, динамические и энергетические характеристики исполнительного механизма; выявить влияние схемы соединения фаз вентильного двигателя и частоты широтно-импульсной модуляции на указанные характеристики, а также выработать рекомендации по применению соответствующих цифровых алгоритмов импульсного управления.

6. Выполнить экспериментальные исследования лабораторного макета мехатронного модуля для подтверждения соответствия разработанной модели мехатронного модуля реальному устройству.

Характер перечисленных задач определил структуру размещения материала в диссертационной работе, которая состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованных источников и четырёх приложений.

6.4 Выводы по главе

1. На языке С++ с использованием инструментария С^ разработано программное обеспечение ССос1еСеп, которое предназначено для автоматизации формирования кода управления и его передачи на вход цифрового устройства управления мехатронного модуля для имитации управляющих воздействий. Разработанное приложение нашло применение в учебном процессе МАИ, что подтверждено актом о внедрении (приложение Г).

2. Проведены экспериментальные исследования работы лабораторного макета мехатронного модуля, в результате которых были получены эпюры фазных токов и напряжений при вариантах соединения фаз статорной обмотки вентильного двигателя в «звезду» и в «треугольник». Осуществлён сравнительный анализ экспериментальных данных с результатами моделирования, в результате которого было установлено их качественное и количественное совпадение с точностью до ю%. Совпадение экспериментальных данных и результатов моделирования свидетельствует о достоверности разработанной модели мехатронного модуля и, следовательно, полученных с её помощью результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработан автоматизированный метод синтеза цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем на основе векторной широтно-импульсной модуляции. При разработке метода были получены следующие результаты:

1. Предложена классификация способов векторной широтно-импульсной модуляции, которая позволяет учесть количество рабочих стоек импульсного усилителя мощности, ключевые элементы которых используются для подключения фаз вентильного двигателя к источнику питания. В соответствии с разработанной классификацией способы векторной широтно-импульсной модуляции можно разделить на двухстоечные, трёхстоечные и комбинированные.

2. Разработан автоматизированный подход к синтезу управляющих булевых функций и осуществлена его программная реализация для способов двухстоечной, трёхстоечной и комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции в виде модуля, написанного на языке МаШета^са и позволяющего автоматизировать соответствующий этап проектирования цифрового устройства управления мехатронного модуля.

3. Сформировано математическое описание цифрового устройства управления мехатронного модуля, реализующего способы двухстоечной, трёхстоечной и комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции. Математическое описание основано на описании системы логических переменных и аналитических выражениях управляющих булевых функций, что позволяет создавать быстродействующие реализации соответствующих методов как на языках программирования, так и на языках описания цифровых устройств.

4. Разработана компьютерная модель мехатронного модуля на основе трёхфазного вентильного двигателя, отличающаяся от известных тем, что позволяет исследовать как информационные, так и физические процессы в мехатронном модуле при различных алгоритмах импульсного управления на основе векторной широтно-импульсной модуляции для случаев соединения фаз вентильного двигателя как по схеме «звезда», так и по схеме «треугольник». Модель мехатронного модуля разработана в среде БтиНпк с использованием компонентов библиотеки SimPowerSystems и учитывает контуры протекания токов в системе «ИУМ — СД» и форму распределения индукции в зазоре. При создании блока цифрового устройства управления модели мехатронного модуля использованы Б-функции, написанные на языке С, которые могут быть взяты за основу при программировании устройства.

5. С целью сокращения временных затрат, связанных с многократным выполнением моделирования установившегося режима работы мехатронного модуля при построении статических и энергетических характеристик исполнительного механизма привода, на языке МАТЬАВ разработан программный комплекс, который позволяет автоматизировать задание комбинаций значений частоты широтно-импульсного сигнала, статического момента нагрузки, индекса модуляции и напряжения источника питания, выполнить серию вычислительных экспериментов с задействованием параллельных вычислений, визуализировать и сохранить полученные результаты. Программный комплекс был использован при проектировании привода воздуходувки аппарата искусственной вентиляции лёгких нового поколения, разрабатываемом ООО «ФакторМедТехника».

6. Проведены исследования физических процессов, протекающих в мехатронном модуле, определены динамические, статические и энергетические характеристики мехатронного модуля. Выявлен прерывистый характер токов, вытекающих из импульсного усилителя мощности, в случае применения двухстоечной и комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции, что является причиной нелинейностей статических характеристик исполнительного механизма привода. Увеличение частоты широтно-импульсного сигнала приводит к росту степени нелинейностей. В случае комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции нелинейности незначительны (менее 5%), в то время, как при двухстоечной векторной широтно-импульсной модуляции имеет место существенное ухудшение характеристик. При использовании способа трёхстоечной векторной широтно-импульсной модуляции токи непрерывны, а статические характеристики — линейны с точностью до 5%.

7. Проведённые исследования позволяют рекомендовать к применению в мехатронном модуле цифрового электропривода способ трёхстоечной векторной широтно-импульсной модуляции, в связи с такими преимуществами, как относительная простота реализации (по сравнению с комбинированной векторной широтно-импульсной модуляцией), линейные статические и высокие динамические характеристики мехатронного модуля (по сравнению с двухстоечной векторной широтно-импульсной модуляцией). Способ комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции наиболее сложен в реализации среди рассмотренных способов векторной широтно-импульсной модуляции, однако позволяет обеспечить меньшие коммутационные потери мощности в импульсном усилителе мощности и дополнительные потери в двигателе при статических и динамических характеристиках, незначительно уступающих характеристикам способа трёхстоечной векторной широтно-импульсной модуляции. При создании энергосберегающего режима работы автономного устройства целесообразно использовать комбинацию из двухстоечной, трёхстоечной и комбинированной векторной широтно-импульсной модуляции с переключением на способ, обладающий наибольшим коэффициентом полезного действия в рабочей области механических характеристик.

8. Предложена методика определения дополнительных потерь мощности в трёхфазном вентильном двигателе, основанная на компьютерном моделировании и отличающаяся от известных тем, что позволяет определить величину дополнительных потерь мощности при любых комбинациях заданного статического момента нагрузки и скорости вращения ротора вентильного двигателя при импульсном управлении на основе векторной широтно-импульсной модуляции. С использованием разработанной методики определены максимальные значения дополнительных потерь мощности в двигателе при различном соотношении Т/Тя, которые при Т/Тя ^ 0,5 в случае двухстоечной векторной широтно-импульсной модуляции составляют менее 5% от основных потерь, при комбинированной — менее 2%, а при трёхстоечной — не превосходят 0,5%.

9. Форма динамических, статических и энергетических характеристик исполнительного механизма привода при соединении фаз вентильного двигателя по схеме «звезда» и по схеме «треугольник» в случае применения рассмотренных алгоритмов векторной широтно-импульсной модуляции совпадает. Использование схемы «треугольник» приводит при прочих равных условиях к увеличению электродвижущего момента и скорости в \/3 раз по сравнению с использованием схемы «звезда». Указанное обстоятельство позволяет развить втрое большую механическую мощность на выходном валу мехатронного модуля. Однако, при проектировании мехатронного модуля следует учитывать, что в случае использования схемы «треугольник» величина тока, протекающего через фазы вентильного двигателя, импульсный усилитель мощности и источник питания, увеличивается в три раза по сравнению с применением схемы «звезда», что влечёт за собой увеличение массовых и габаритных показателей мехатронного модуля.

10. Проведены экспериментальные исследования лабораторного макета мехатронного модуля с использованием написанного на языке С++ приложения, позволяющего автоматизировать процесс формирования и передачи на вход цифрового устройства управления последовательностей значений кода управления для имитации управляющих воздействий на мехатронный модуль. Результаты экспериментальных исследований мехатронного модуля подтвердили достоверность моделирования процесса электромеханического преобразования энергии и, соответственно, полученных при компьютерном моделировании результатов.

1. Адволоткин Н. П., Гращенков В. Т., Лебедев Н. И. и др. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока JI.: Энергоатомиз-дат. Ленингр. отд-ние, 1984. — 160., ил.

2. Аракелян А. К. Вентильные электрические машины в системах регулируемых электроприводов: Учеб. пособие для вузов: В 2 т. Т. 1 /

3. A. К. Аракелян, A.A. Афанасьев. — М.: Высш. шк, 2006. — 546 е.: ил.

4. Балагуров В. А., Гридин В.М., Лозенко В. К. Бесконтактные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. — М.: Энергия, 1975. 128 с.

5. Беленький Ю.М., Зеленков Г. С., Микеров А. Г. Бесконтактный моментный привод. Технико-экономическая информация. — Л.: ЛДНТП, 1990.

6. Беленький Ю. М., Микеров А. Г. Выбор и программирование параметров бесконтактного моментного привода. — Л.: ЛДНТП, 1990.

7. Бертинов А. И., Бут Д.А., Мизюрин С.Р., Алиевский Б.Л., Синева Н.В. Специальные электрические машины / Под ред. Б. Л. Али-евского. В 2-х кн. Изд. 2-е, перераб. и доп. — М.: Энергоатомиз-дат, 1993. 366 с.

8. Бертинов А. И., Лотоцкий Е. Л. Бесконтактные электрические машины. М.: Информстандартэлектро, 1967. 68 с.

9. Бочкарёв Д. О. Способы уменьшения динамических потерь в импульсных регуляторах мощности на силовых МДП-транзисторах: Дис. работа на соискание учёной степени канд. тех. наук: 05.09.03. — Москва, 2005.

10. Бутаев Ф.И., Эттингер Е. Л. Вентильный электропривод. — М-Л.: Госэнергоиздат, 1951. 248 с.

11. Быстродействующие электроприводы постоянного тока с широтно-импульсным преобразователями / М. Е. Гольц, А. Б. Гудзенко,

12. B.М. Остреров и др. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 184 е.: ил.

13. Важнов А. И. Основы теории переходных процессов синхронной машины. M.-JL: Госэнергоиздат, 1960.

14. Вевюрко И. А. Некоторые вопросы теории бесконтактных микродвигателей с замкнутыми обмотками / Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами — Сборник статей под редакцией И.Е. Овчинникова. Л.: Наука, 1972.

15. Вевюрко И. А. Некоторые особенности расчёта и проектирования бесщёточных микродвигателей постоянного тока // Электротехника. 1964. №4. С. 8-12.

16. Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина». — Иваново, 2008. — 298 с.

17. Гагарин С. А. Исследование режимов работы двигателя постоянного тока при импульсном управлении с использованием Simulink / Компьютерное моделирование 2006: Труды Международной научно-технической конференции. СПб: Изд-во Политехи, ун-та, 2006. 192 с.

18. Гагарин С. А. Энергетические характеристики мехатронного модуля на основе трёхфазного вентильного двигателя с фазами, соединёнными по схеме «треугольник» / Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012.

19. Гагарин С. А., Кривилёв А. В. Метод коммутации ключевых элементов в трёхфазном вентильном двигателе с учётом знака противо-ЭДС / Через тернии к звёздам / Под ред. проф. Ю.Ю. Комарова и проф. В. П. Махрова. — М.: Изд-во МАИ, 2007.

20. Гагарин С. А., Кривилёв А. В., Ситникова А. В. Способ цифрового управления угловой скоростью трёхфазного вентильного двигателя с учётом знака противо-ЭДС. Патент РФ №2438158.

21. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0.: Учебное пособие. — СПб.: КОРОНА принт, 2001. — 320 е., ил.

22. Герман-Галкин С. Г., Лебедев В. Д., Марков Б. А. и др. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями. —JI.: Энер-гоатомиздат, 1986. — 248 с.

23. Глазенко Т. А. Импульсные полупроводниковые усилители в электроприводах. «Энергия» M.-J1., 1965.

24. Глазенко Т. А., Гончаренко Р. Б. Полупроводниковые преобразователи частоты в электроприводах. «Энергия» Д., 1969.

25. Горячев О. В., Ерошкин Е. А. Векторное управление асинхронными трёхфазными двигателями / Электроника: НТВ, 1999, № 4.

26. Дубенский А. А. Бесконтактные двигатели постоянного тока. — M.-JL: Энергия, 1967.

27. Завалишин Д. А. Электрические машины малой мощности. М.-Л. 1963 г.

28. Завалишин Д. А., Вегнер О. Г. Новые схемы вентильных двигателей. — Электричество, 1936, №3. С. 6-13.

29. Завалишин Д. А., Вегнер О. Г. Теория и основы расчёта вентильного двигателя, коммутируемого с помощью тиратронов. — В кн.: Труды Ленингр. индустриального ин-та. — Л., 1936, вып. 5. С. 245-271.

30. Иванов Б. В., Гордон А. В., Григорьев Г. В., Трубачёв А. Т. и др. Состояние и перспективы разработки и производства авиационных электроагрегатов и систем // Авиационная промышленность, №1, 2001 г. С. 55-63.

31. Иванов Б. В., Григорьев Г. В., Ромашкин О. Г., Трубачёв А. Т.

32. Повышение технического уровня исполнительных электромеханизмов и систем электропривода авиационно-космических комплексов / Актуальные проблемы российской космонавтики. Труды XXI академических чтений по космонавтике (Москва, 30 января i февраля 2007 г.).

33. Комиссия РАН по разработке научного наследия пионеров освоения космического пространства. Материалы секции 17. С. 414-416.

34. Козаченко В. Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам // Chip news. 1999. № 1. С. 2-9.

35. Конев Ю. И. Транзисторные импульсные устройства управления электродвигателями и электромагнитными механизмами. — M.-J1.: Энергия, 1964. 120 с.

36. Константинов В. Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. — М.: Энергия, 1972. 96 с.

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

38. Коссов О. А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. M.-J1.: Энергия, 1964. 304 с.

39. Коссов O.A. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. М.: Энергия, 1971. 432 с.

40. Коссов O.A., Манычкина Е. А. Реверсивный электропривод постоянного тока с импульсным регулированием скорости при помощи транзисторов // Вестник электропромышленности. 1961, № 10. С. 19-23.

41. Коссов O.A., Хасаев О. И. Усилители мощности с широтно-импульсной модуляцией на переключающих транзисторах // «Электричество», 1961, № 12.

42. Кривилёв А. В. Автоматизированный синтез управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем // Изв. РАН. ТиСУ. 2010. №2. С. 153-163.

43. Кривилёв А. В. Методы проектирования цифровой системы управления мехатронного модуля привода с вентильным двигателем. — М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. 192 е.: ил.

44. Кривилёв A.B. Цифровая система управления мехатронного модуля с трёхфазным бесконтактным двигателем постоянного тока: Дис. работа на соискание учёной степени канд. тех. наук: 05.09.03. — Москва, 2002.

45. Кривилёв A.B., Гагарин С. А. Отчёт о НИР «Разработка модели мехатронного модуля на основе трёхфазного бесконтактного двигателя постоянного тока», тема №32860-07020, Москва, МАИ, 2007 г.

46. Кулебакин B.C. К теории импульсного метода регулирования скорости вращения электродвигателей с независимым или постоянным возбуждением, Труды ВВИА им. Н. Е. Жуковского, 1948, вып. 304.

47. Кулебакин B.C., Нагорский В. Д. Электропривод самолётных агрегатов и механизмов. М.: Оборонгиз, 1958. 388 с.

48. Куликов Н.И. Вентильные двигатели для станкостроения и робототехники. — М.: Информэлектро, 1991.

49. Лутидзе III.И. Основы теории электрических машин с управляемым полупроводниковым коммутатором. — М.: Наука, 1968. 303 с.

50. Матасаро К. Патент Японии, №9820, 1957.

51. Машуков Е. В. Уменьшение динамических потерь в транзисторах импульсных усилителей мощности. — ЭВА / Под. ред. Ю. И. Конева. — М.: Радио и связь, 1981, вып. 12.

52. Нагорский В. Д. Мостовая схема управления реверсивным двигателем постоянного тока на полупроводниковых триодах // Сборник I «Применение управляемых полупроводниковых вентилей в промышленности». М.: МДНТП, 1961, С. 16-31.

53. Нагорский В. Д. Управление двигателями постоянного тока с помощью импульсов повышенной частоты // Известия Академии наук СССР, ОТН, Энергетика и автоматика, 1960, №2, С. 38-43.

54. Овчинников И. Е. Вентильные электрические двигатели и привод на их основе (малая и средняя мощность) / И.Е. Овчинников: Курс лекций. — СПб.: КОРОНА-Век, 2007. — 336 е.: ил.

55. Овчинников И. Е. Классификация схем обмоток бесконтактных двигателей. В кн.: Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами. Л.: Наука, 1972. С. 38-44.

56. Овчинников И. Е. Теория вентильных электрических двигателей. — Л.: Наука, 1985.

57. Овчинников И. Е. Энергетические характеристики бесконтактных двигателей и их оптимизация / Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами — Сборник статей под редакцией И.Е. Овчинникова. Л.: Наука, 1972.

58. Овчинников И. Е., Лебедев Н. И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. — Л.: Наука, 1979.

59. Овчинников И. Е., Лебедев Н. И. Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. — Л.: Наука, 1966.

60. Панкратьев Л. Д., Паппе И. Г., Петров Б. И., Полковников В. А. Импульсные и релейные следящие приводы постоянного тока с полупроводниковыми усилителями. М., «Энергия», 1969.

61. Полковников В. А., Паппе В. П. Защита транзисторов, работающих в режиме переключения, в выходных каскадах усилителей. — Электронная техника в автоматике / Сборник статей под ред. Ю. И. Конева. М.: Сов. Радио, 1972, №3.

62. Попов Б. Н. Методы проектирования микропроцессорных устройств управления мехатронными модулями систем приводов: Дис. работа на соискание учёной степени док. тех. наук: 05.02.02. — Москва, 2001.

63. Попов Б. Н. Микропроцессорное управление синхронными трёхфазными двигателями / Электротехника — 1993, № 1. — С. 32-37.

64. Попов Б. Н. Цифровые устройства систем приводов летательных аппаратов: Учебное пособие. — М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2008. — 124 е.: ил.

65. Решетов С. А., Трубачёв А. Т., Лашин В.Ю. Перспективы создания авиационных следящих приводов с рекуперацией энергии // Научный вестник МГТУ ГА, №148, 2009 г. С. 34-42.

66. Розанов Ю. К. Электронные устройства электромеханических систем: Учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / Ю. К. Розанов, Е. М. Соколова. — Издательский центр «Академия», 2004, 272 с.

67. Сонных М., Ганнель Л. Основные технические особенности вентильных двигателей // «РИТМ» (Ремонт Инновации Технологии Модернизация), №9 (57), 2010. С. 40-42.

68. Тихменёв Б. Н. Новые схемы вентильного двигателя. — Электричество, 1935, №12. С. 39-46.

69. Усольцев А. А. Частотное управление асинхронными двигателями / Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2006.

70. Шпиглер Л. А. Вопросы проектирования электропривода постоянного тока с ШИП. В кн.: Элементы оборудования и автоматики металлорежущих станков. М.: НИИМАШ, 1968. С. 178-216.

71. Шрейнер Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: УРО РАН, 2000, 654 с.

72. Электропривод летательных аппаратов: Учебник для авиационных вузов / В. А. Полковников, Б. И. Петров, Б. Н. Попов и др.; Под общ. ред. В. А. Полковникова. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1990. — 352 е.: ил.

73. Abraham L., Blumel R. Optimization of three phase pulse pattern by variable zero sequence component // Proc. Conf. Rec. EPE, 1991. Pp. 272-277.

74. Alexanderson E.F.W., Mittag A.H. Thyratron motors // Electrical Engineering. No. 53. Nov. 1934. Pp. 1517-1523.

75. Alexanderson E. F.W., Mittag A.H. The Thyratron motor // Power Plant Eng. 1935. Vol. 39. No. 4. Pp. 232-234.

76. Brailsford H.D. Commutatorless direct current motor. Патент США 2,719,944, 1955.

77. Blaufuss К. Drehzahlregelung von Gleichstrommmotoren durch Stromstosse, Archiv fur Electrotechnik, 1940, № 10.

78. Buja G., Indri G. Improvement of pulse width modulation techniques / Archive fur Electrotechnik, vol. 57, 1975. Pp. 281-289.

79. Davenport T. Improvement in propelling machinery by magnetism and electro-magnetism. Патент США №132, 1837.

80. Depenbrock M. Pulse width control of a 3-phase inverter with nonsinusoidal phase voltages // IEEE-ISPC Conf. R.ec., 1977. Pp. 399—403.

81. Handley P. G., Boys J. T. Practical real-time pwm modulators: An assessment // Proc. Inst. Elect. Eng. B. Vol. 139, Mar. 1992. Pp. 96-102.

82. Hava A.M. Carrier based pwm-vsi drives in the overmodulation region. A dissertation sumitted in partial fulfillment of the requirementsfor the degree of Doctor of Philosophy (Electrical and Computer Engineering), 1998.

83. Hava A. M., Kerkman R. J., Lipo T. A. A high performance generalized discontinuous pwm algorithm / IEEE-APEC Conf. Records, Atlanta, Georgia, Feb. 1997. Pp. 886-894.

84. Hava A. M., Kerkman R. J., Lipo T. A. Simple analytical and graphical methods for carrier-based pwm-vsi drives / IEEE Trans. Power Electron. Vol. 14, Jan. 1999. Pp. 49-61.

85. Holmes D. G., Lipo T. A. Pulse width modulation for power converters: principle and practice, New Jersey: Willey-IEEE Press. 2003.

86. Holtz J. Pulsewidth modulation — a survey / IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 39. No. 5. Oct. 1992. Pp. 410-420.

87. Holtz J. Pulsewidth modulation for electronic power conversion / Proceeding of the IEEE. Vol. 82. No. 8. Aug. 1994. Pp. 1194-1214.

88. Houldsworth J. A., Grant D. A. The use of harmonic distortion to increase output voltage of a three-phase pwm inverter / IEEE Trans. Industry Appl. Vol. IA-20, Sept./Oct. 1984. Pp. 1124-1228.

89. Jenni F., Wueest D. The optimization parameters of space vector modulation / Fifth European conf. Power Electronics and Applications, 1993. Pp. 376-381.

90. Kern E. Der kommutatorlose einphasen-lokomotivmotor für 40 bis 60 Herz // Elektrische bahnen. 1931. Vol. 7. Pp. 313-321.

91. King K. G. A three phase transistor class-b inverter with sinewave output and high effiency // Inst. Elec. Eng. Conf. Publ. 123, 1974. Pp. 204-209.

92. Kolar J.W., Ertl H., Zach F. C. Influence of the modulation method on the conduction and switching losses of a pwm converter system // IEEE Trans. Ind. Applicat. Vol. 27, Nov./Dec. 1991. Pp. 1062-1075.

93. Kovac K.P., Racz I. Transiente Vorgange in Wechselstrom-maschinen, Verlag der ungarischen Akademie der Wissenschaften, Budapest, 1959.

94. Krishnan R. Permanent magnet synchronous and brushless DC motor drives. CR.C Press. 2009. P. 611.

95. Lee D.-Ch., Lee G-M. A novel overmodulation technique for space-vector pwm inverters / IEEE Trans, on power electronics. Vol. 13. No. 6. Nov. 1998.

96. Mehrizi-Sani A., Filizadeh S. An optimized space-vector modulation sequence for improved harmonic performance / IEEE Trans. Ind. Electron., submitted for publication.

97. Mehrizi-Sani A., Filizadeh S., Wilson P. L. Harmonic and loss analysis of space-vector modulated converters / Int. Conf. on Power Systems Transients (IPST 07), Lyon, France, Jun. 2007.

98. Ohm D. Y., Oleksuk R.J. Influence of pwm schemes and commutation methods for dc and brushless motors and drives // P.E. Technology 2002 Conference, Stephens Convention Center (Rosemont, IL, U.S.), Oct. 27-31, 2002.

99. Ogasawara O., Akagi H., Nabel A. A novel pwm scheme of voltage source inverters based on space vector theory // Proc. EPE European Conf. Power Electronics and Applications, 1989. Pp. 1197-1202.

100. Pillay P., Krishnan R. Modeling of permanent magnet motor drives / IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 35. No. 4. Nov. 1988. Pp. 537-541.

101. Pillay P., Krishnan R. Modeling, simulation, and analysis of permanentmagnet motor drives. Part I. The permanent-magnet synchronous motor drive / IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. 25. 1989. Pp. 265-273.

102. Rashid M. H. Power electronics handbook. Academic Press, 2001.

103. Schönung A., Stemmler H. Static frequency changers with subharmonic control in conjuction with reverseable variable speed ac drives // Broown Boveri Review. Sep. 1964. Pp. 555-577.

104. Schörner J. Bezugsspannung zur umrichtersteuerung / ETZ-b, Bd. 27, 1975. Pp. 151-152.

105. Sutikno Т., Jidin A., Basar M. F. Simple realization of 5-segment discontinuous svpwm based on fpga // International Journal of Computer and Electrical Engineering. Vol. 2. No. 1. Feb. 2010.

106. Taniguchi K., Ogino Y., Irie H. PWM technique for power mosfet inverter // IEEE Trans. Power. Electron. July 1988. Pp. 328-334.

107. Van Der Broeck H. W. Analysis of the harmonics in voltage fed inverter drives caused by pwm schemes with discontinuous switching operation / European Power Electron. Conf. R.ec., 1991. Pp. 261-266.

108. Van Der Broeck H., Skudelny H., Stanke G. Analysis and realization of a pulse width modulator based on voltage space vectors // IEEE Transactions on Industry Applications. Vol. IA-24. No. 1. Jan. 1988. Pp. 142-150.

109. Zaubitzer R. Kollektorloser gleichstrom motor. Патент AHU, №1075207, 1960.

110. Zhang W.-F., Yu Y.-H. Comparison of three svpwm strategies / JESTC. Vol. 5. No. 3. 2007. Pp. 283-287.