автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Динамика электроприводов систем автоматизации технологических процессов с релейно-импульсным регулированием

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1.

ОРГАНИЗАЦИЯ

СТРУКТУРЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ. СИНХРОНИЗАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ РЕЛЕЙНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ДВИГАТЕЛЕЙ.

1.1. Принудительная синхронизация колебаний релейных систем. Особенности динамики релейных систем автоматического регулирования с принудительной синхронизацией.

1.2. Хаос, бифуркации и катастрофы в динамических системах и проблема проектирования релейных систем с принудительной синхронизацией.

Актуальность работы. В современных автоматизированных электроприводах систем управления технологическими процессами, технологических установок производственных механизмов, электрического транспорта регулирование потока электрической энергии, поступающей в двигатели, осуществляется силовыми полупроводниковыми преобразователями посредством различных видов модуляции (ШИМ, ЧИМ, АИМ, МИМ и др.). Для этой цели преимущественно используются системы автоматического регулирования с широтно-импульсной модуляцией.

Значительно реже применяются системы с релейным регулированием [1-7], относящиеся по классификации, данной профессором Кобзевым A.B. [8] к системам с асинхронной модуляцией. Отличаясь простотой технической реализации, такие системы могут обеспечить сколь угодно малый коэффициент пульсаций тока и напряжения, существенно повысить точность регулирования и быстродействие [1-7, 9-14].

Вместе с тем релейным системам свойственны недостатки принципиального характера. Основным режимом работы релейных систем является режим автоколебаний. Из-за непостоянства параметров электропривода, вариации напряжения питающей сети частота автоколебаний изменяется в широких пределах. Вследствие чего существенно усложняется фильтрация низкочастотных пульсаций тока в питающей сети, возникающих при модуляции электрической энергии. При этом появляются дополнительные сложности, обусловленные наличием ограничений на частоту переключений преобразователя вследствие увеличения потерь в ключевых элементах с ростом частоты.

Реализация положительных свойств релейных систем и расширение сферы их применения связаны с решением проблемы стабилизации частоты колебаний. Известно, что если к релейной системе приложить внешнее периодическое воздействие, то режим автономных колебаний (автоколебаний) может устраняться [2, 5] и работа силового преобразователя синхронизируется на заданной частоте. Такой режим является рабочим и часто называется режимом принудительной синхронизацией на основной частоте, а системы с таким способом регулирования называют еще релейно-импульсными.

К настоящему времени накоплено значительное число разработок релейных систем с внешней принудительной синхронизацией. Однако практическая реализация и широкое их внедрение в электроприводах систем автоматизации технологических процессов, преобразовательных устройствах электротехнологических установок, когда необходимо реализовать жесткие требования к качеству преобразования электрической энергии, обеспечить устойчивость в целом рабочего режима колебаний в широком диапазоне изменения параметров информационной и энергетической части системы, возмущающих воздействий, наталкиваются на серьезные сложности.

Дело в том, что внешнее периодическое воздействие может индуцировать более сложные динамические режимы функционирования, включая вынужденные колебания на пониженных частотах, кратных основной частоте модуляции (синхронизация на субгармониках), квазипериодические и хаотические колебания. Существенным является наличие порога устойчивой синхронизации по параметрам. Под устойчивой синхронизацией здесь и далее понимается возникновение устойчивых вынужденных колебаний с частотой внешнего периодического воздействия.

Нарушение синхронизации происходит по различным сценариям. В одних случаях проявляется в плавном или внезапном переходе к режимам вынужденных колебаний на пониженных частотах либо хаотизации движений. В других - сопровождается динамической перемежаемостью, когда на фоне устойчивого синхронного режима время от времени внезапно возникают апериодические движения либо наблюдаются случайные переключения между устойчивыми периодическими колебаниями с различными динамическими характеристиками.

К настоящему времени указанные динамические особенности релейно-импульсных систем, закономерности нарушения синхронизации и условия возникновения недетерминированных режимов остаются неизученными.

Цель работы. Исследование недетерминированных режимов релейных автоматических систем с внешней принудительной синхронизацией (систем с релейно-импульсным регулированием), анализ условий их возникновения, выявление основных закономерностей нарушения синхронизации колебаний, теоретическое обоснование способов синхронизации, технических средств и их параметров, повышающих точность регулирования, обеспечивающих устойчивость в целом рабочих режимов вынужденных колебаний.

Исследования направлены как на развитие теории синхронизации релейных систем, так и создание подхода к проектированию преобразовательных устройств и электроприводов технологических процессов с релейно-импульсным регулированием, базирующегося на методах нелинейной динамики и хаоса, обобщениях результатов анализа динамики широкого класса систем преобразования электрической энергии.

В соответствии с этим в диссертационной работе ставятся следующие задачи:

Разработка математических моделей релейных систем с переменным алгоритмом синхронизации (Я-Б-синхронизация) и с двойной внешней принудительной синхронизацией, методик и алгоритмов их численного анализа.

Исследование закономерностей усложнения колебаний в автоматизированных электроприводах постоянного тока с релейно-импульсным регулированием тока якоря (момента) двигателей при различных способах синхронизации. Анализ бифуркационных переходов, механизмов возникновения периодических движений с различной периодичностью, возможных сценариев перехода от режимов вынужденных колебаний к недетерминированным режимам.

Определение областей устойчивости вынужденных колебаний, исследование характера нарушения синхронизации в зависимости параметров устройств обратной связи, параметров и структуры энергетической части системы при различных способах синхронизации. Определение и теоретическое обоснование критериев, обеспечивающих устойчивую синхронизацию колебаний на заданной частоте.

Исследование, практическая реализация и внедрение в промышленность системы автоматического управления многорежимным электроприводом постоянного тока с улучшенными динамическими и эксплуатационными характеристиками, построенной на базе релейной системы с гистерезисом и с двойной внешней принудительной синхронизацией.

Методы исследования базируются на аппарате теории дифференциальных уравнений, теории нелинейных колебаний и теории бифуркаций, аппарате матричной алгебры, теории множеств, методах вычислительной математики. Численная реализация математических моделей выполнялась на ЭВМ с помощью разработанного пакета прикладных программ. Экспериментальные исследования проводились на электропоездах ЭР200 №1, ЭР200 №2.

Научная новизна.

Впервые исследованы закономерности усложнения колебаний в динамике автоматизированных электроприводах постоянного тока с релейно-импульсным регулированием тока якоря (момента) двигателей. Изучены бифуркационные переходы, механизмы возникновения периодических движений с различными динамическими характеристиками, характер нарушения синхронизации, возможные сценария перехода от режимов вынужденных колебаний к недетерминированным режимам. Обобщение этих результатов позволило впервые определить теоретически обоснованный критерий устойчивой синхронизации колебаний.

Впервые показана типичность явления аддитивного увеличения периода для моделей релейных систем, синхронизируемых Я- и Б-алгоритмом.

Установлено, что переход от одних устойчивых вынужденных колебаний к другим в релейных системах, синхронизируемых Я- или Б-алгоритмом, происходит жестко и с гистерезисом. Вследствие чего пороговые значения коэффициента заполнения импульсов, соответствующие порогам переключения алгоритмов синхронизации, должны определяться не границами области устойчивости либо области существования периодического движения, а границами области конвергентности.

Впервые изучены динамические свойства релейных систем с двойной внешней принудительной синхронизацией. Теоретически и экспериментально доказано, что двойная синхронизация, по сравнению с Я-8-алгоритмом, позволяет вдвое повысить точность регулирования, повысить быстродействие и, при соответствующем выборе параметров, обеспечить устойчивую синхронизацию колебаний на заданной частоте во всем диапазоне регулирования. Установлено, что при определенных сочетаниях параметров возможно функционирование в режиме автономных колебаний. Показано, что, такие колебания могут быть как периодическими, так и апериодическими. Определены условия их по подавления.

Указанные результаты выносятся на защиту.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанные методы и алгоритмы численного анализа кусочно-сшитых неавтономных динамических систем и полученные в исследованиях новые факты в отношении динамических свойств конкретных систем позволяют: а) подходить к формированию и реализации динамических моделей релейно-импульсных систем с единых теоретических позиций; б) прогнозировать возможные сценарии усложнения колебаний при нарушении синхронизации; в) направленно подходить к выбору параметров релейных элементов способа синхронизации колебаний, что способствует повышению качества и надежности проектируемых систем преобразования электрической энергии с релейно-импульсным регулированием.

Результаты диссертации использовались при проектировании систем управления электроприводами высокоскоростных электропоездов ЭР200. В период с 1994-1997 гг. при участии автора в составе научного коллектива совместно с предприятием ОАО "Экспериментальный завод" (г. Санкт-Петербург) разработаны и изготовлены системы управления тяговыми электроприводами электропоездов ЭР200, основанные на принципе двойной синхронизации, разработан и внедрен специализированный пакет программ для проектирования электроприводов. По результатам испытаний решением межведомственной комиссии системы управления приняты для регулярной эксплуатации в составе электрооборудования скоростных электропоездов ЭР200 на линии Санкт-Петербург-Москва Октябрьской железной дороги, о чем имеются акты о внедрении.

Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ Курского государственного технического университета в рамках госбюджетных НИР на 1992-1996 гг. по теме 1.4.92, № гос. регистрации 01.9.70003503; грантов в области транспортных наук (1993 г., 1994 г., 1996 г.), гранта в области "Автоматики и телемеханики, вычислительной техники, информатики, кибернетики, метрологии, связи" (1997 г.), в которых автор участвовал как исполнитель.

Апробация работы и публикации. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на школе-семинаре "Микропроцессорные системы связи и управления на железнодорожном транспорте" (г. Алушта, Украина, Харьков, 1994 г., 1995г.); на 3-й

11 международной конференции "Измерение, контроль и автоматизация производственных процессов (ИКАПП-94)" (г. Барнаул, 1994 г.); на научно-технической конференции "Электротехнические системы транспортных средств и их роботизированных производств" (г. Суздаль, 1995 г.); на 2-й международной конференции "Распознавание-95" (г. Курск, 1995 г.); на научно-технической конференции "Вибрационные машины и технологии" (г. Курск, 1995 г.); на 4-й международной конференции "Application of Computer Systems ACS-97", Szczecin-Poland. Результаты диссертации отражены в 14 печатных работах и 1 отчете по госбюджетной научно-исследовательской работе.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 113 наименований и 2-х приложений, изложена на 188 страницах и поясняется 69 рисунками и 2 таблицами.

Основные результаты и выводы

1. Показано, что учет ¿С-фильтра в электроприводе в режиме прямого пуска не вносит принципиальных изменений в характер бифуркаций, имеющих место при вариации параметра Л1у. Суть изменений состоит в появлении некоторой симметрии в структуре области Пг, обусловленной наличием двух областей 1 -циклов и двух областей недетерминированной динамики.

2. Установлено, что проекция области конвергентности на плоскость параметров фильтра представляет собой односвязную область, верхняя граница которой по параметру Ьф лежит в пределах 0,3.0,4 мГн, что весьма мало.

3. Выявлено, что с ростом Ьф возможно сильное уменьшение величины гистерезиса релейного элемента и, соответственно, увеличение максимально допустимых значений входного напряжения, однако это сопровождается как сужением области ПсотЬС, так и сдвигом вверх нижней границы допустимых значений Е0.

4. Исследованы изменения в динамике системы с двойной синхронизацией, сопровождающие переход от схемы прямого пуска к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов, суть которых в следующем: а) в рассматриваемых системах не наблюдается подобия областей Псотьс > поскольку переход к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов приводит к разбиению области конвергентности на четыре подобласти, а допустимый диапазон варьирования индуктивности фильтра увеличивается, по крайней мере, в 30 раз; б) при переходе к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов нестабильность напряжения сети не оказывает влияние на величину гистерезиса Ыудоп, также весьма незначительно влияние Е0 на границы области конвергентности.

5. Выявлено, что построение системы управления электроприводом электропоезда ЭР200 на основе переменного алгоритма синхронизации сопровождается отрицательным эффектом: при неоптимальных значениях параметров £С-фильтра в зоне переключения алгоритмов жестко возникают многоцикловые и хаотические режимы с периодической сменой алгоритмов синхронизации. Это приводит к появлению низкочастотных составляющих тока двигателя и фильтра с более большой амплитудой, чем если-бы блок изменения алгоритмов отсутствовал, причем амплитуда спектральных составляющих больше граничного уровня 0,5 А в полосе частот до 400Гц. Также возможна ситуация, когда потеря устойчивости режима на основной частоте происходит раньше, чем должен измениться алгоритм синхронизации.

6. Установлено, что подбор параметров фильтра с целью обеспечения единственности основного движения в рабочем диапазоне регулирования Пр возможен лишь для режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов. Наблюдается сильная зависимость границ областей допустимых параметров фильтра от вида соединения двигателей, величины тока уставки и сопротивления ступени пусковых резисторов. Вариация параметров фильтра в режиме пуска регулированием возбуждения двигателей может привести лишь к некоторому увеличению Псот, однако полностью исключить режимы с т > 1 невозможно.

7. Показано, что реализация системы управления электроприводом электропоезда ЭР200 на основе алгоритма двойной синхронизации позволяет избавиться от недостатков, свойственных переменному алгоритму. Исследования показали, что имеет место значительное увеличение областей допустимых параметров фильтра как для режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов, так и в режиме пуска регулированием возбуждения двигателей. Обнаружено, что даже при возникновении многоцикловых и хаотических движения амплитуда большинства составляющих спектра принимает значения меньше уровня 0,5 А.

8. Выявлено, что при двойной синхронизации в режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов область допустимых параметров фильтра Псот1С состоит из четырех неодносвязных областей, которые имеют тенденцию к сужению с ростом Ьф и Сф. Резкое снижение минимально допустимых значений гистерезиса РЭ возможно лишь в единственной подобласти Псот1С, однако границы последней более опасны с точки зрения электромагнитной совместимости электропривода и устройств рельсовой автоматики. При вариации вида соединения двигателей, величины тока уставки и сопротивления ступеней пусковых резисторов имеет место лишь небольшой сдвиг IJconvLC.

9. Установлено, что рассмотренные системы с импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов имеют общие особенности и закономерности динамики, а именно: а) имеется большая степень подобия проекций Псот1С как по числу областей, так и по диапазону вариации параметров фильтра; б) вариация таких параметров, как напряжение сети и ток уставки, приводит к одинаковым результатам, т.е. изменяется, крайне незначительно, лишь положение Псот1С, величина А1удоп не зависит от напряжения контактной сети, а понижение величины тока уставки сопровождается соответствующим уменьшением минимально допустимой величины гистерезиса РЭ; в) схожи зависимости А1удоп от параметров фильтра: в подобластях nœnvLC, соответствующих малым значениям Сф, наклон характеристик А1удоп довольно большой, и изменением емкости фильтра можно резко улучшить точность регулирования; при переходе к максимальной подобласти Псот1С величина А1удоп увеличивается в 1,5-2 раза и ростом Сф изменяется незначительно, а при Сф > 400 мкФ представляет собой константу, не зависящую от параметров входного фильтра.

156

10. Выявлено, что переход к режиму пуска импульсным регулированием возбуждения двигателей приводит к резкому сужению Псот1С, особенно по параметру Ьф. То же самое происходит при понижении величины тока уставки.

Площадь пересечения допустимых областей параметров фильтра для пусковых режимов электропривода электропоезда ЭР200 очень мала, что делает проблематичным обеспечение устойчивой работы системы регулирования при смене режима работы электропривода ЭР200.

11. Результаты диссертации легли в основу работ по проектированию автоматизированных электроприводов электропоездов ЭР200. В период с 1994-1997 гг. в составе научного коллектива автор, совместно с предприятием ОАО "Экспериментальный завод" (г. Санкт-Петербург), участвовал в разработке и изготовлении системы управления тяговыми электроприводами. По результатам испытаний решением МВК системы управления приняты для регулярной эксплуатации в составе электрооборудования электропоездов ЭР200 на линии Санкт-Петербург-Москва Октябрьской железной дороги.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Расширение сферы применения релейных систем связано с решением проблемы синхронизации. Анализ существующих способов синхронизации релейных систем позволяет считать, что наиболее эффективным является способ, основанный на алгоритме двойной синхронизации. Современная элементная база позволяет создавать конструктивно простые релейные системы с двойной синхронизацией, которые при необходимости легко, без изменения структуры системы, перестраивается на режим с релейным регулированием посредством выключения синхроимпульсов.

2. Определение области синхронизации релейных систем при проектировании современных автоматизированных электроприводов является важной задачей, связанной с проблемой электромагнитной совместимости с устройствами рельсовой автоматики, с надежностью, с обеспечением режимов с заданными динамическими характеристиками. Существующие методы и результаты анализа, в основе которых лежит локальная теория устойчивости, в лучшем случае только констатируют факт потери синхронизации, вдобавок эти данные получены при анализе маломерных динамических моделей. Необходимо также отметить, что эти исследования не дают ответ на более важные для практики вопросы.

3. Анализ экспериментальных данных, полученных в отношении динамики конкретных объектов, позволяет считать, что нарушение синхронизации в результате потери устойчивости, сопровождающееся качественным изменением динамических характеристик движений, является следствием сложной динамики системы, а именно: бифуркаций, неединственности периодических движений и хаотизации колебаний. Это ставит задачи разработки соответствующих методов анализа сложных нелинейных явлений и проведения детального анализа динамики конкретных объектов с целью получения информации о закономерностях возникновения различных движений.

4. Анализ экспериментальных исследований динамики конкретных электроприводов показывает очевидные преимущества системы с двойной синхронизацией по сравнению с системой с переменным алгоритмом. Однако отсутствие сколь-нибудь глубоких исследований динамики указанного класса систем не позволяет дать утвердительный ответ на вопрос, решает ли этот алгоритм проблему синхронизации релейных систем в принципиальном плане. Если да, то возникает другой вопрос, а именно: возможна ли неединственность режимов, бифуркационные явления, либо хаотизация колебаний.

5. Анализ литературы по нелинейной динамике и хаосу к задачам синхронизации автономных систем показывает, что внешнее периодическое воздействие оказывает двоякое влияние: хаос, периодизация хаотических колебаний. Эти результаты получены при анализе динамики конкретных радиофизических объектов, однако глубокие исследования синхронизации колебаний близких по сути моделей электромеханических систем с преобразователями электрической энергии в научной литературе отсутствуют.

6. Развит подход к формированию и реализации математических моделей релейно-импульсных систем автоматического регулирования с переменной структурой и дискретно изменяющимися параметрами, основанный на аппарате точечных отображений и позволяющий исследовать широкий класс кусочно-сшитых неавтономных динамических систем с единых теоретических позиций.

7. Установлено, что в системах с S- и R-алгоритмами синхронизации переход к режимам хаотических колебаний при изменении параметров происходит через последовательность жестких бифуркаций. При этом имеет место перемежаемость областей с недетерминированной и периодической динамикой. Вследствие неединственности движений малые вариации параметров при наличии случайных помех могут приводить к катастрофической смене характера движения. Впервые показана типичность явления аддитивного увеличения периода для моделей релейных систем, синхронизируемых Я- и 8-алгоритмами.

8. Обобщение результатов анализа систем при синхронизации Я- и Б-алгоритмами позволило впервые определить теоретически обоснованный критерий устойчивой синхронизации колебаний. Поскольку переход от одних устойчивых вынужденных колебаний к другим происходит жестко и с гистерезисом, то пороговые значения коэффициента заполнения импульсов, соответствующие порогам переключения алгоритмов синхронизации, должны определяться не границами области устойчивости либо области существования периодического движения, а границами области конвергентности.

9. Выявлено, что применение переменного алгоритма синхронизации в системах без учета входного 1С-фильтра и функционирующих в режимах прямого пуска и импульсного регулирования сопротивления пусковых резисторов обеспечивает устойчивую синхронизацию на основной частоте в рабочем диапазоне регулирования. Однако данному алгоритму присущ недостаток: в зоне перекрытия алгоритмов при наличии внешних возмущений возможен переход от одного 1 -цикла к другому, что приводит к резкому изменению характеристик функционирования.

10. Обнаружено, что применение как переменного алгоритма, так и алгоритма двойной синхронизации в режиме пуска регулированием возбуждения двигателей не обеспечивает устойчивую синхронизацию при заданных ограничениях на частоту переключений преобразователей.

11. Впервые изучены динамические свойства релейных систем с двойной внешней принудительной синхронизацией, функционирующих в режимах прямого пуска и импульсного регулирования сопротивления пусковых резисторов. Теоретически и экспериментально доказано, что двойная синхронизация, по сравнению с переменным алгоритмом, позволяет вдвое повысить точность регулирования и, при соответствующем выборе параметров, обеспечить устойчивую синхронизацию колебаний на заданной частоте во всем диапазоне регулирования.

12. Выявлено, что система с двойным алгоритмом синхронизации при определенных сочетаниях параметров может функционировать в режиме автономных колебаний. Установлена структура областей релейных режимов. Она складывается из областей хаотической динамики и многоцикловых режимов. Получены зависимости между параметрами, учет которых позволяет исключить возникновение режимов релейных колебаний.

13. Показано, что учет ЬС-фильтра в электроприводе с прямым пуском не вносит принципиальных изменений в характер бифуркаций, имеющих место при вариации параметра ЛI . Суть изменений состоит в появлении некоторой симметрии в структуре области Пг, обусловленная наличием двух областей 1 -циклов и двух областей недетерминированной динамики.

14. Установлено, что проекция области конвергентности на плоскость параметров фильтра представляет собой односвязную область, верхняя граница которой по параметру Ьф лежит в пределах 0,3.0,4 мГн, что весьма мало.

15. Выявлено, что с ростом Ьф возможно сильное уменьшение гистерезиса релейного элемента и, соответственно, увеличение максимально допустимых значений входного напряжения, однако это сопровождается как сужением области Псот1С, так и сдвигом вверх нижней границы допустимых значений Е0.

16. Исследованы изменения в динамике системы с двойной синхронизацией, сопровождающие переход от схемы прямого пуска к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов, суть которых в следующем: а) в рассматриваемых системах не наблюдается подобия областей Пconvie ' так как переход к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов приводит к разбиению области конвергентности на четыре подобласти, а допустимый диапазон варьирования индуктивности фильтра увеличивается, по крайней мере, в 30 раз; б) при переходе к схеме пуска регулированием сопротивления пусковых резисторов нестабильность напряжения сети не оказывает влияние на величину гистерезиса AI доп, также весьма незначительно влияние Е0 на границы области конвергентности.

17. Выявлено, что системе управления электроприводом электропоезда ЭР200 на базе переменного алгоритма синхронизации свойственен крупный недостаток: при неоптимальных значениях параметров LC -фильтра в зоне переключения алгоритмов жестко возникают многоцикловые и хаотические режимы с периодической сменой алгоритмов синхронизации. Это приводит к появлению низкочастотных составляющих тока двигателя и фильтра с более большой амплитудой, чем если-бы блок изменения алгоритмов отсутствовал, причем амплитуда спектральных составляющих больше граничного уровня 0,5 А в полосе частот до 400 Гц. Также при переменном алгоритме возможна ситуация, когда потеря устойчивости режима на основной частоте происходит раньше, чем должен измениться алгоритм синхронизации.

18. Установлено, что подбор параметров фильтра с целью обеспечения единственности основного движения в рабочем диапазоне регулирования Пр возможен лишь для режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов. Наблюдается сильная зависимость границ областей допустимых параметров фильтра от вида соединения двигателей, величины тока уставки и сопротивления ступени пусковых резисторов. Вариация параметров фильтра в режиме пуска регулированием возбуждения двигателей может привести лишь к некоторому увеличению Псот, однако полностью исключить режимы с т > 1 невозможно.

19. Показано, что реализация системы управления электроприводом ЭР200 на основе алгоритма двойной синхронизации позволяет избавиться от недостатков, свойственных переменному алгоритму. Исследования показали, что имеет место значительное увеличение областей допустимых параметров фильтра как для режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов, так и в режиме пуска регулированием возбуждения двигателей. Обнаружено, что даже при возникновении многоцикловых и хаотических движения амплитуда большинства составляющих спектра принимает значения меньше уровня 0,5 А.

20. Выявлено, что при регулировании с двойной синхронизацией в режима пуска импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов область допустимых параметров фильтра ПсотЬС состоит из четырех неодносвязных областей, которые имеют тенденцию к сужению с ростом Ьф и Сф. Резкое снижение минимально допустимых значений гистерезиса РЭ возможно лишь в единственной подобласти Псот1С, однако границы последней более опасны с точки зрения электромагнитной совместимости электропривода и устройств рельсовой автоматики. При вариации вида соединения двигателей, величины тока уставки и сопротивления ступеней пусковых резисторов имеет место лишь небольшой сдвиг Псот1С.

21. Установлено, что рассмотренные системы с импульсным регулированием сопротивления пусковых резисторов имеют общие особенности и закономерности динамики, а именно: а) имеется большая степень подобия проекций Псот1С как по числу областей, так и по диапазону вариации параметров фильтра; б) вариация таких параметров, как напряжение сети и ток уставки, приводит к одинаковым результатам, т.е. изменяется, крайне незначительно, лишь положение TIconvLC, величина Мудоп не зависит от напряжения контактной сети, а понижение величины тока уставки сопровождается соответствующим уменьшением минимально допустимого гистерезиса РЭ; в) схожи зависимости А1удоп от параметров фильтра: в подобластях

Пconvie > соответствующих малым значениям Сф, наклон характеристик AIyàon довольно большой, и изменением емкости фильтра можно резко улучшить точность регулирования; при переходе к максимальной подобласти Псот1С величина Л1удоп увеличивается в 1,5-2 раза и ростом Сф изменяется незначительно, а при Сф > 400 мкФ представляет собой константу, не зависящую от параметров входного фильтра.

22. Выявлено, что переход к режиму пуска импульсным регулированием возбуждения двигателей приводит к резкому сужению IJconvLC, особенно по параметру Ьф. То же самое происходит при понижении величины тока уставки. Площадь пересечения допустимых областей параметров фильтра для пусковых режимов электропривода электропоезда ЭР200 очень мала, что делает проблематичным обеспечение устойчивой работы системы при смене режима работы электропривода электропоезда ЭР200.

23. Результаты исследований составили методологическую основу проектирования автоматизированных электроприводов электропоездов ЭР200. Разработан и внедрен специализированный пакет программ для проектирования электропривода электропоезда ЭР200. В период с 1994-1997 гг. при участии автора в составе научного коллектива совместно с предприятием ОАО "Экспериментальный завод" (г. Санкт-Петербург) разработаны и изготовлены системы управления тяговыми электроприводами. По результатам испытаний решением МВК системы управления приняты для

164 регулярной эксплуатации в составе электрооборудования электропоездов ЭР200 на линии Санкт-Петербург- Москва Октябрьской железной дороги.

1. Андронов A.A., Витт A.A., Хайкин С.Э. Теория колебаний. М.: Физмангиз, 1959. - 916 с.

2. Цыпкин Я.З. Релейные автоматические системы. М.: Наука, 1974. - 424 с.

3. Первозванский A.A. Курс теории автоматического управления.-М.:Наука. 1986.-616 с.

4. Бромберг П.В. Матричные методы в теории релейного и импульсного регулирования. М.: Наука, 1967. - 329 с.

5. Зайцев А.П., Вейцман Л.Ю., Михеев Ю.Ф. Релейные регуляторы тока двигателя последовательного возбуждения // Электротехника. 1973. - №5. -С.48-50.

6. Шефкинд Ю.М. Система двухпозиционного регулирования тока двигателей последовательного возбуждения горнотранспортных машин. Автореф. Дис. На соискание ученой степени канд. Техн.' наук.- Новокузнецк, 1986,- 16 с.

7. Тищенко В.Н., Ковалева В.Н. Исследование режима автоколебаний асинхронного электропривода с релейным тиристорным регулятором тока // Электричество. 1991. - №4. - С.25-31.

8. Кобзев A.B., Михальченко Г.Я., Музыченко Н.М. Модуляционные источники питания РЭА. Томск: Радио и связь, 1990. -336 с.

9. A.c. 1331679 СССР, МКИ В 60 L 15/04. Устройство для регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства / Ю.В.Колоколов, Ж.Т.Жусубалиев, А.А Кукин (СССР). №4051082/31-11; Заяв. 07.04.86 . Опубл. 23.08.87. Бюл. - №31. - 3 е.: ил.

10. A.c. 1400920 СССР, МКИ В 60 L 15/04. Устройство регулирования тока тягового электродвигателя транспортного средства / Ю.В.Колоколов,

11. Ж.Т. Жусубалиев,Ю.И.Коваленко, A.A. Кукин (СССР): №4144298/27-11; Заяв. 06.11.86 . Опубл. 07.06.88. Бюл.-№21. - 5 е.: ил.

12. A.c. 1403320 СССР, МКИ Н 02 Р5/175. Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя постоянного тока / Ю.В.Колоколов, Ж.Т.Жусубалиев, A.A. Кукин (СССР). №4085392/24-07; Заяв. 03.07.86. Опубл. 15.06.88. Бюл. №22. - 6 е.: ил.

13. Плакс A.B., Колоколов Ю.В., Жусубалиев Ж.Т. Некоторые принципы построения релейных регуляторов тока двигателей постоянного тока // Изв. вузов. Электромеханика. 1989. - №10. - С.92-100.

14. Баушев B.C., Жусубалиев Ж.Т., Колоколов Ю.В. К анализу релейных САР тока в режимах электродинамического торможения высокоскоростных электропоездов // Электричество. 1989. - №7. - С.66-70.

15. Колоколов Ю.В., Жусубалиев Ж.Т., Коваленко Ю.И., Кукин A.A. Анализ способов автоматического регулирования тягового и тормозного токов на высокоскоростном электропоезде ЭР200 // Вестник ВНИЖЖТ. 1989. - №5. -С. 19-23.

16. Казанцев Ю.М. Релейно-импульсное управление в полупроводниковых преобразователях // Электричество. 1998. - №3. - С.58-63.

17. A.c. №773882. Устройство для регулирования тока электродвигателя / Ю.В. Колоколов, В.Г. Букреев, А.П. Зайцев, В.В. Болотов. Опубл. в Б.И.-1980.-№39.

18. A.c. №895748. Релейно-импульсный регулятор тока электродвигателя транспортного средства / В.А. Подлягин, А.П. Зайцев, В.Г. Букреев, Ю.В. Колоколов. Опубл. в Б.И.- 1982 - №1.

19. A.c. №964940. Устройство для релейного управления тяговым электродвигателем / Ю.В. Колоколов, В.Г.Букреев. Опубл. в Б.И.- 1982-№37.

20. A.c. №964941. Релейно-импульсный регулятор тока электродвигателя / Ю.В. Колоколов, А.П. Зайцев, В.Г. Букреев, Л.Ю. Вейцман. Опубл. в Б.И.-1982.-№37.

21. A.c. №1102001. Электропривод постоянного тока / В.Г. Букреев, A.A. Жарков, Ю.В. Колоколов, A.A. Криушов. Опубл. в Б.И.- 1984 - №25.

22. A.c. №1120472. Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя с постоянной частотой переключений /Ю.В. Колоколов, В.А. Мельников, В.Г. Букреев, A.A. Жарков. Опубл. в Б.И.- 1984 - №39.

23. A.c. №1534729. Устройство для регулирования тока электродвигателя / В.Г. Букреев, Ю.В. Колоколов, С.К. Соснин. Опубл. в Б.И.- 1990.- №1.

24. A.c. 1614966 СССР, МКИ В 60 L 15/04. Релейно-импульсный регулятор тягового электропривода постоянного тока/ Ю.В.Колоколов, Ж.Т. Жусубалиев, A.A. Кукин (СССР). №4648243/31-11; Заяв. 09.02.89 . Опубл. 23.12.90. Бюл.-№47. - 12 с. : ил.

25. Ильинский И.Ф. Электропривод и энергосбережение // Электротехника. 1995. - №9. - С.24-26.

26. Андерс В.И., Коськин O.A., Карапетян А.К. Исследование систем управления в тиристорно-импульсных тяговых приводах городского электрического транспорта // Энергетика и транспорт. 1990. - №5. - С.65-77.

27. Рабинович A.A., Коськин O.A., Миледин В.К., Глушенков В.А. Тяговое электрооборудование для троллейбусов с тиристорно-импульсной системой управления // Электротехника. 1989. - №12. - С.28-30.

28. Коськин O.A., Суслов Б.Е., Зубков Ю.А., Рабинович A.A. Тяговый электропривод с тиристорно-импульсной системой управления для трамвайных вагонов повышенной провозной способностиЮлектротехника. 1992. - №4/5.

29. Зубков Ю.А., Миледин В.К., Скибинский В.А. Опыт разработки тягового электропривода для четырехосных и сочлененных трамвайных вагонов //Электротехника. 1993. - №8. - С.28-30.

30. Маркин В.В., Миледин В.К., Скибинский В.А., Хоменко C.B. Опыт разработки тяговых электроприводов троллейбусного транспорта // Электротехника. 1993. - №8. - С.21-24.

31. Суслов Б.Е. Компоненты преобразовательного оборудования серии "МЭРА" //Электротехника. 1995. - №9. - С.48-57.

32. Маркин В.В., Миледин В.К., Скибинский В.А., Фельдман Ю.И. Тиристорный тяговый привод троллейбуса на базе преобразователя с GTO-тиристорами //Электротехника. 1995. - №9. - С.58-60.

33. Глазенко Т.А., Томасов B.C. Состояние и перспективы применения полупроводниковых преобразователей в приборостроении // Изв. вузов. Приборостроение. 1996. - №3. - С.5-12.

34. Тихменев Б.Н., Трахтман JIM. Подвижной состав электрических железных дорог. Теория работы электрооборудования, электрические схемы и аппараты. М.: Транспорт, 1980. - 471 с.

35. Розенфельд В.Е., Исаев И.П., Сидоров H.H. Теория электрической тяги. М.: Транспорт, 1983. - 328 с.

36. Ефремов И.С., Калиниченко А .Я., Феоктистов В.П. Цифровые системы управления электрическим подвижным составом с тиристорными импульсными регуляторами. М.; Транспорт, 1988. - 253 с.

37. Тулупов В.Д. Эффективность электроподвижного состава с импульсным управлением // Железнодорожный транспорт. 1994. - №3. - С. 46-54.

38. Тулупов В.Д. Эффективность электроподвижного состава с импульсным управлением // Железнодорожный транспорт: 1994. - №4. - С. 4958.

39. Колоколов Ю.В., Вейцман Л.Ю., Жусубалиев Ж.Т., Бухал А.И., Берзин P.M. Автоматизированная система управления тяговыми электроприводами второго скоростного электропоезда ЭР200 // Электротехника. 1990. - №9. - С. 49-52.

40. Блехман И.И. Синхронизация динамических систем- М.: Наука,1971.

41. Блехман И.И. Вибрационная механика. М.: Наука, 1994.

42. E.Ott, C.Grebogi, and J.Yorke Controlling chaos, Phisical Review Letters, vol.64(11), 1990, pp.1196-1199.

43. Ланда П.С. Нелинейные колебания и волны. М.: Наука, Физматлит, 1997. - 496 с.

44. Анищенко B.C., Астахов В.В. Бифуркационные явления в автостохастическом генераторе при внешнем регулярном воздействии // ЖТФ.- 1983.-T.53.-B.il.-С. 2165-2170.

45. Анищенко B.C., Летчфорд Т.Е., Сафонова М.А. Разрушение квазипериодического движения за счет удвоений и стохастичность в системе связанных генераторов // Изв. вузов. Радиофизика 1984 - Т.27 - №5 - С. 565575.

46. Анищенко B.C., Летчфорд Т.Е., Сафонова М.А. Эффекты синхронизации и бифуркации синхронных и квазипериодических колебаний в неавтономном генераторе // Изв.вузов. Радиофизика- 1985 Т.28 - №9. -С.1112-1125.

47. Kaneko К. Doubling of torus // Progr. Theor. Phys. Japan. - 1983 -V.69.-№6.-pp. 1806-1810.

48. Kaneko K. Oscillations and doubling of torus // Progr. Theor. Phys. -Japan. 1984.- V.72.- №2.- pp. 202-215.

49. Landa P.S., Rosenblum M.G. Synchronization and chaotization of oscillations in coupled self-oscillating systems // Appl. Mech. Rev. 1993- V.46-№7.-pp. 414-426.

50. Landa P.S. Nonlinear Oscillations and Waves in Dynamical Systems. -Dordrecht-Boston-London: Kluwer Academic Publ., 1996.

51. Анищенко B.C., Нейман А.Б., Ф. Mocc, JI. Шиманский-Гайер. Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка // Успехи физ. наук. 1999 - Т. 169. -№1 - С.7-38.

52. Шалфеев В.Д., Осипов Г.В., Козлов А.К., Волковский А.Р. Хаотические колебания генерация, синхронизация, управление // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. - 1997. - №10. - С.27-49.

53. Шустер Г. Детерминированный хаос. М.: Мир, 1988. - 362 с.

54. Шарковский А.Н. и др. Динамика одномерных отображений. Киев: Наукова думка, 1989. - 356 с.

55. Хорстхемке Р., Лефеер Р. Индуцированные шумом переходы. -М.: Наука, 1987.-416 с.

56. Динамические системы и недетерминированные явления / Под ред. Шарковского А.Н. Киев: Наукова думка, 1990. - 435 с.

57. Дмитриев А.С., Кислов В.Я. Стохастические колебания в радиофизике и электронике. М.: Наука, 1989. - 280 с.

58. Мун Ф. Хаотические колебания. М.: Мир, 1990. - 312 с.

59. Гласс, Мэкки. От часов к хаосу. Ритмы жизни. М.: Мир, 1991.- 248 с.

60. Хаотические системы // ТИИЭР.- 1987.- Т. 75. № 8.

61. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. О детерминистском подходе к турбулентности: Пер. с франц.- М.: Мир, 1991.-368 е., ил.

62. Тучин Б.А., Вейцман Л.Ю. Тяговое электрооборудование скоростного электропоезда ЭР200 // Электротехника. 1979. - №2. - С. 18-22.

63. Вейцман Л.Ю., Кастер Е.С., Берзин P.M. Тяговое электрооборудование второго скоростного электропоезда ЭР200 // Электротехника. 1990. - №9. - С.49-52.

64. Зайцев А.П., Подлягин В.А. Устойчивость синхронизации колебаний релейно-импульсной системы регулирования тока // Электромеханика. 1987. -№7. - С. 94-98.

65. Гончаров Ю.П., Чикотило И.И., Ганчинский С.С. Анализ устойчивости широтно-импульсного преобразователей при однопозиционном регулировании тока // Электромеханика. 1979. - №7. - С.610-614.

66. A.c. №481476. Устройство для релейного регулирования тока электродвигателя / А.П. Зайцев и др. Опубл. в Б.И. - 1975 - №31.

67. Колоколов Ю.В. Формирование принципов построения релейно-импульсных регуляторов тока тяговых двигателей постоянного тока // Электричество. 1990. - №9. - С. 35-44.

68. IEEE Transaction on Circuits and Systems / Special Issue on Chaos in Electrinic Circuits.- 1993 -V.40.-№10.

69. Chaos in chemistry an biochemistry. Eds. R.J. Field, L. Gyorgyi. Word Scientific, 1992.

70. Chaos in chemical engineering. Eds. G. Biardi, M. Giona, A. Giona. Word Scientific, 1995.

71. Демирчян K.C., Бутырин П.А., Савицки А. Стохастические режимы в элементах и системах электроэнергетики // Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. 1987. - №3. - С. 3-16.

72. Жуйков В.Я., Леонов А.О. Хаотические процессы в электротехнических системах // Изв. АН СССР. Энергетика и трансп. 1991. - №1. - С.121-127.

73. Белов Г.А. Исследование колебаний в импульсном стабилизаторе напряжения вблизи границы устойчивости // Электричество. 1990. - №9.- С.44-51.

74. Белов Г. А. Высокочастотные тиристорно-транзисторные преобразователи постоянного напряжения. М.: Энергоатомиздат, 1987.- 120 с.

75. Коськин O.A., Карапетян А.К. Влияние входного фильтра на устойчивость к автоколебаниям тягового привода с ТИСУ // Научные труды МЭИ. 1987.-№136. - С. 30-35.

76. Коськин O.A., Карапетян А.К. Анализ пульсационной составляющей тока в системе авторегулирования тягового привода // Научные труды МЭИ. -1992.-№641.-С. 16-22.

77. Андерс В.И., Коськин O.A., Карапетян А.К. Исследование систем управления в тиристорно-импульсных тяговых приводах городского электрического транспорта // Энергетика и транспорт. 1991. - №5. - С. 65-77.

78. Жусубалиев Ж. Т., Колоколов Ю. В., Рудаков В. Н. К проблеме хаотизации состояний систем автоматического регулирования тяговым электроприводом // Изв. Вузов. Электромеханика. 1995. -№5-6. - С. 86-92.

79. Жусубалиев Ж. Т., Колоколов Ю. В., Пинаев С. В., Рудаков В. Н. Детерминированные и хаотические режимы преобразователя напряжения с широтно-импульсной модуляцией // Изв. РАН. Энергетика. 1997. -№ 3. -С.157-170.

80. Баушев B.C., Жусубалиев Ж.Т. О недетерминированных режимах функционирования стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием// Электричество. 1992. - №8. - С.69-75.

81. Баушев B.C., Жусубалиев Ж.Т., Михальченко С.Г. Стохастичность в динамике стабилизатора напряжения с широтно-импульсным регулированием// Электричество. 1996. - №3. - С.47-53.

82. Баушев B.C., Кобзев A.B., Тановицкий Ю.Н. Нормальные структуры динамических объектов. В кн.: Аппаратно программные средства автоматизации технологических процессов. - Томск: Изд-во ТГУ. - 1997. - С. 146-152.

83. Митришкин Ю.В. Минимизация амплитуды автоколебаний в релейной системе управления с устойчивой линейной динамической частью // Автоматика и телемеханика. 1989. - № 9. - С. 91-102.

84. Постников Н.С. Стохастические колебания в ядерном реакторе с релейной системой регулирования// Атомная энергия. 1994. - Т.76. - Вып. 1. -С.3-11.

85. Постников Н.С. Стохастичность релейных систем с гистерезисом // Автоматика и телемеханика. 1998. - № 3. - С. 57-68.

86. Фейгин М.И. Вынужденные колебания систем с разрывными нелинейностями. М.: Наука, 1994. - 288 с.

87. Филиппов А.Ф. Дифференциальные уравнения с разрывной правой частью. М.: Наука, 1985. - 224 с.

88. Неймарк Ю.И. Метод точечных отображений в теории нелинейных колебаний. М.: Наука, 1978. - 472 с.

89. Бутенин Н.В., Неймарк Ю.И Введение в теорию нелинейных колебаний. М.: Наука, 1987. - 384 с.

90. Гашус Э.В. Исследование динамических систем методом точечных преобразований. М.: Наука, 1976. - 368 с.

91. Неймарк Ю.И., Ланда П.С. Стохастические и хаотические колебания. -М.: Наука, 1987.-424 с.

92. Анищенко B.C. Сложные колебания в простых системах. М.: Наука, 1990.-312 с.

93. Жусубалиев Ж.Т., Пахомова Е.П., Пинаев C.B. Метод точечных преобразований в теории релейных систем // Вибрационные машины и технологии: Сборник докладов и материалов 3-ой международной научно-технической конференции. Курск, 1997. - С.254-257.

94. Пинаев C.B. Динамические режимы стабилизатора напряжения с широтно-импульсной модуляцией // Вибрационные машины и технологии: Сборник докладов и материалов 2-ой научно-технической конференции. -Курск, 1995.-С.115-117.

95. Айзерман М.А., Гантмахер Ф.Р. Устойчивость по линейному приближению периодического решения системы дифференциальных уравнений с разрывными правыми частями // Прикладная математика и механика, T.XXI, 1957.- С.658-669.

96. Деннис Дж., Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения нелинейных уравнений. М.: Мир, 1988. - 440 с.

97. Амосов A.A. и др. Вычислительные методы для инженеров.-М.: Высш. шк., 1994.-544 с.

98. Датчики тока и напряжения // Проспект фирмы "LEM" (Швейцария). 1988.

99. УТВЕРЖДАЮ" Начальник ТЧ-8 Октябрьской ж.д.