Энергооптимальные алгоритмы векторного управления асинхронными электроприводами с улучшенными динамическими характеристиками

Зима, Елена Алексеевна

Электротехнические комплексы и системы

автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энергооптимальные алгоритмы векторного управления асинхронными электроприводами с улучшенными динамическими характеристиками

кандидата технических наук: Зима, Елена Алексеевна
город: Новосибирск
год: 2003
специальность ВАК РФ: 05.09.03
цена: 450 рублей

Диссертация по электротехнике на тему «Энергооптимальные алгоритмы векторного управления асинхронными электроприводами с улучшенными динамическими характеристиками»

Автореферат диссертации по теме "Энергооптимальные алгоритмы векторного управления асинхронными электроприводами с улучшенными динамическими характеристиками"

На правах рукописи

Зима Елена Алексеевна

ЭНЕРГООПТИМАЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМИ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ С УЛУЧШЕННЫМИ ДИНАМИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск - 2003

Работа выполнена в Новосибирском государственном техническом университете

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Панкратов Владимир Вячеславович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Зиновьев Геннадий Степанович

кандидат технических наук, профессор Стальная Майя Ивановна

Ведущая организация: ЗАО "ЭРАСИБ", г. Новосибирск

Защита состоится " 23 " октября 2003 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212.173.04 в Новосибирском государственном техническом университете по адресу: 630092, г. Новосибирск, проспект К. Маркса, 20.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета.

Автореферат разослан " /5~" Сентября 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент

Бородин Н.И.

-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время все большую остроту приобретает глобальная проблема энергосбережения, обусловленная не только ростом потребления электроэнергии в промышленности и в быту и связанной с ним необходимостью строительства и ввода в эксплуатацию новых энергетических мощностей, но и ограниченностью мировых запасов природных ресурсов. Так как среди потребителей электрической энергии доминируют электромеханические преобразователи, главным путем решения указанной проблемы является внедрение во все отрасли народного хозяйства систем регулируемого электропривода, которые признаны в мировой практике одной из наиболее эффективных энергосберегающих и ресурсосберегающих экологически чистых технологий. В массовых системах регулируемого электропривода (ЭП), применяющихся в настоящее время в промышленности, системах тепло- и водоснабжения и работающих, в основном, в продолжительных статических режимах с постоянным либо медленно изменяющимся моментом нагрузки, наибольшее распространение получил электропривод переменного тока, в особенности асинхронный, потребляющий около половины всей вырабатываемой электроэнергии. Именно поэтому возможная в рамках законов частотного и векторного управления оптимизация установившихся режимов работы регулируемых электроприводов на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АД) по различным технико-энергетическим критериям представляет особый интерес для исследования.

Начиная с опубликования в 1925 г. основополагающей работы М.П. Кос-тенко, большой вклад в решение задач оптимизации режимов работы электроприводов переменного тока внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые - М.М. Ботвинник, И.Я. Браславский, В.Н. Бродовский, A.A. Булгаков, A.M. Вейнгер, Г.В. Грабовецкий, Л.Х. Дацковский, Н.Ф. Ильинский, В.И. Клю-чев, В.А. Мищенко, Г.Б. Онищенко, В.В. Рудаков, Ю.А. Сабинин, О.В. Слежа-новский, Ю.Г. Шакарян, Р.Т. Шрейнер, В.А. Шубенко, A. Abbondanti, F. Blaschke, W. Flöter, J. Holtz, R. Jötten. W. Leonard, T.A. Lipo, D.W. Novotny и др.

Как известно, оптимизация режимов работы АД по технико-энергетическим критериям (ТЭК) связана с необходимостью изменений магнитного состояния двигателя в зависимости от текущего значения момента сопротивления нагрузки, что при классическом "скалярном" частотном регулировании (U(f,Me)) обуславливает неприемлемо низкие динамические показатели оптимизированных систем ЭП и препятствует их широкому применению на практике. В этой связи актуальна задача построения алгоритмов управления АД, позволяющих в условиях ограничений, присущих силовой части ЭП, совместить статическую оптимизацию (экстремальное регулирование) с быстродействием, достаточным для большинства общепромышленных электроприводов. Наиболее перспективным при ее решении является использование метода векторного управления с ориентированием управляющих воздействий по направлению оси магнитного поля ротора двигателя, для реализации которого требуется получение текущей информации об опорном векторе магнитных по-

С.Петербург 09 ККЙ an

¡тербург s а/ J

Л I

II ..MI^U.1 *

токосцеплений, существенно зависящих как от других координат состояния и внешних воздействий, так и от значений переменных параметров АД. Питающийся от полупроводникового преобразователя частоты асинхронный двигатель, магнитное состояние которого изменяется в соответствии с законами экстремального регулирования, является существенно нелинейным и нестационарным динамическим объектом, что в свою очередь требует привлечения специальных методов автоматического управления, среди которых в рамках квазинепрерывных моделей наиболее эффективны метод больших коэффициентов и метод локализации.

Целью диссертационной работы является создание общих методических основ построения алгоритмов векторного управления асинхронными электроприводами, оптимальных в установившихся режимах По различного рода технико-энергетическим критериям и обладающих улучшенными динамическими характеристиками.

В соответствии с поставленной целью в диссертации сформулированы следующие задачи исследований.

1. Для критериев минимума тока статора (КМТ) и минимума суммарных потерь в двигателе (КМП) определить экстремальные зависимости задающих воздействий по потокосцеплению ротора и токам АД от желаемого значения электромагнитного момента. Проанализировать влияние на законы экстремального регулирования способов аппроксимации кривой намагничивания двигателя и сформулировать рекомендации по их применению.

2. Разработать структурную схему и методику расчета параметров алгоритма векторного управления АД, обеспечивающего экстремум целевой функции технико-энергетического критерия оптимальности в установившихся режимах работы и высокое быстродействие системы ЭП в переходных процессах по управляющему и возмущающему воздействиям с учетом ограничений ресурсов преобразователя электрической энергии по току и напряжению. Исследовать синтезированные алгоритмы экспериментально.

3. Синтезировать алгоритм текущей идентификации неизмеряемых координат состояния и переменных параметров АД, позволяющий восстанавливать информацию об опорном векторе магнитных потокосцеплений ротора, а также о значениях активных сопротивлений и индуктивностей двигателя, необходимую для ориентации по полю и параметрической коррекции экстремальных задающих воздействий. Разработать процедуру предварительной идентификации начальных значений параметров АД на основе номинальных данных.

Перечисленные задачи решаются методами теории электрических машин и электроприводов переменного тока, современной теории автоматического управления, численного моделирования и экспериментальной проверки теоретических результатов в лабораторных условиях.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждаются корректным использованием математического аппар»та, согласованностью теоретических Выводов и данных эксперимента.

На защиту выносятся:

1. Структура и методика расчета параметров алгоритма экстремального по технико-энергетическим критериям векторного управления асинхронным электроприводом, обеспечивающие высокое быстродействие электропривода в электромеханических переходных процессах с учетом реальных ограничений ресурсов преобразователя частоты.

2. Алгоритм текущей идентификации потокосцеплений и активных сопротивлений АД для систем векторного управления, построенный на основе метода адаптивной модели и преднамеренного разделения темпов процессов оценивания координат и параметров двигателя.

3. Способ предварительной идентификации параметров АД в ходе процесса начального намагничивания, использующий его номинальные данные.

1. Предложен новый, инвариантный к виду целевой функции методический подход к решению задачи статической оптимизации асинхронных электроприводов, позволяющий совместить в едином алгоритме векторного управления законы экстремального регулирования и принципы динамической оптимизации ЭП: введение контура регулирования потокосцепления ротора АД с последовательной коррекцией, подчиненного каналу задания момента; оптимизацию переходных процессов "в большом" методом непрерывной иерархии с ограничением нормы вектора токов статора и динамическим перераспределением ресурса преобразователя частоты по выходному току между каналами намагничивания и моментообразования; а также синтез регулятора внешнего контура регулирования скорости на основе метода локализации.

2. Синтезированный алгоритм текущей идентификации содержит условия "переключения" между "сверхбыстрым" и "ультрамедленным" законами параметрической самонастройки адаптивной модели электромагнитных процессов АД, благодаря чему обеспечивается его асимптотическая устойчивость во всех режимах работы электропривода и практически безынерционное вычисление оценок активных сопротивлений в двигательных режимах.

Практическая ценность результатов диссертационной работы.

1. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение (в пакете Mathcad) для расчета экстремальных зависимостей задающих воздействий по потокосце-плению ротора и токам АД от желаемого значения электромагнитного момента для критериев минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе. При этом рассчитанные в относительных единицах функциональные зависимости, оптимальные по КМТ, являются универсальными для любых типоразмеров АД единых серий.

2. Благодаря достигнутым динамическим характеристикам предлагаемый алгоритм векторного управления расширяет область применения экстремальных систем асинхронного электропривода, удовлетворяя требованиям к системам электропривода большинства общепромышленных механизмов.

3. Разработаны инженерные методики синтеза регуляторов потокосцепления и скорости для оптимизированных систем векторного управления АД, обеспечивающие грубость характеристик ЭП к нелинейности и изменениям параметров объекта управления.

4. Совокупность разработанных алгоритмов предварительной и текущей идентификации может быть использована в любых имеющих режимы начального намагничивания системах векторного управления АД с непосредственным или косвенным ориентированием по полю, обеспечивая быструю сходимость оценок активных сопротивлений к их истинным значениям уже на этапе первого запуска электропривода..

Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, используются при разработке систем управления асинхронными электроприводами в ЗАО "ЭРАСИБ" и ООО "Сибирь-Мехатроника", г. Новосибирск, а также в учебном процессе Новосибирского государственного технического университета (НГТУ).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на заседаниях объединенного научного семинара Электромеханического факультета НГТУ (1999-2003 гг.), V и VI международных конференциях "Актуальные проблемы электронного приборостроения" (Новосибирск, 2000 и 2002 гг.); научно-практическом семинаре "Проблемы синтеза и проектирования систем автоматического управления" (Новосибирск, 2001 г.); международной научно-технической конференции "Электромеханические преобразователи энергии" (Томск, 2001 г.), первой международной Русско-Корейской конференции по проблемам прикладной механики ЯШКО-АМ-2001 (Новосибирск, 2001 г.).

Публикации. Всего по теме диссертации опубликовано 23 научные работы, основные результаты проведенных исследований представлены в 16 из них.

Личный вклад автора в научные работы, опубликованные в соавторстве, состоит в постановке частных задач и выборе методов исследования, выполнении литературных обзоров, расчетов и численного моделирования, разработке методик структурного и параметрического синтеза, формальном анализе и экспериментальном исследовании синтезированных алгоритмов.

Работа выполнена при поддержке администрации Новосибирского государственного технического университета в рамках тематического плана НИР НГТУ 1999-2003 гг.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 3 приложений. Основная часть работы изложена на 187 стр. и включает 62 рисунка.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

Первая глава диссертационной работы посвящена математическим моделям асинхронных двигателей и машин двойного питания (МДП) с произвольным числом фаз т и состоит из 4 разделов.

В первом разделе определено базовое математическое описание процессов в индукционных электрических машинах, позволяющее учитывать измене-

ния магнитного состояния двигателя при экстремальном регулировании. При общепринятых допущениях получена векторно-матричная математическая модель машины с произвольным числом фаз в ортогональной системе координат (1,2,...,т), вращающейся с некоторой угловой скоростью а>к:

и^ЛЛ+^ + и*»*,. + (1)

ш ей

где и,, Иг, I,, 1г, , - векторы напряжений, токов и магнитных пото-

косцеплений статора и ротора со структурой вида Х = [дс, х2 ...хт]г, (¡>е = с!ус / Л - электрическая частота вращения ротора, равная произведению геометрической угловой скорости ш на число пар полюсов рп; Т> - матрица поворота вектора в плоскости (1,2) на угол те/2 с исключением всех компонент нулевой последовательности (с большими индексами); и обобщенная формула для расчета электромагнитного момента машины

Ме = р„{«1^4', + (а -1)1^*, ), (2)

где а - произвольное действительное число.

На основании уравнений магнитных связей и анализа распределения индукции магнитного поля по окружности воздушного зазора машины при синусоидальном и симметричном распределении обмоток доказано, что высшие пространственные гармоники, обусловленные несинусоидальностью магнитного поля, не участвуют в формировании составляющих вектора главных пото-косцеплений, и, следовательно, при решении задач анализа и синтеза систем управления АД и МДП их допустимо не учитывать. Таким образом, правомерно использовать модель главного магнитного потокосцепления

4*0 = 1тЙ1т||)мг1т =1,Л|1т1)мгм(1, + 1,), (3)

где *Р0, 1т - векторы главного магнитного потокосцепления и тока намагничивания; £т(||1т||) - главная взаимная индуктивность машины, зависящая от нормы вектора \т; М - матрица, исключающая из анализа компоненты векторов юков, не удовлетворяющие условиям т -фазной симметрии.

В результате преобразования уравнений (1), (2), (3) и дополнения их моделью механического движения ЭП, построены динамические модели МДП с произвольным числом фаз, адекватные задачам экстремального регулирования ЭП, связанным с изменениями магнитного состояния машины.

Второй раздел посвящен принципу векторного управления, позволяющему рассматривать АД как двухканальный объект управления и независимо воздействовать на продольную (намагничивающую) и поперечную (моментообра-зующую) составляющие вектора токов статора для управления магнитным состоянием и электромагнитным моментом машины соответственно. Составлена математическая модель АД в пространстве состояний, образованном компонентами векторов и в декартовой координатной системе ( с1, д), ориентированной по вектору потокосцеплений ротора. Кривая намагничивания АД в пе-* *

ременных - ¡^ (рис. 1) построена путем изменения масштаба по оси абс-

цисс характеристики намагничивания в переменных ¡Ч'о! ~ ¡1„,[|

1т = /(/„„ ¿¿н ;1£Д где ¡^ - намагничивающий ток статора; , /тн - номинальные значения намагничивающего тока статора и тока намагничивания АД. На рис. 1 у* = Ц1г/Ц1п, - относительное значение модуля вектора потокосцеп-

лений ротора, \угн - его номинальное значение, = /¡¡д, - относительное значение намагничивающего тока статора.

'08 '06 04

0:2 0

0.5

1 ,1.5 2 '«/ Рис. 1

В третьем разделе первой главы анализируются некоторые способы математического представления кривой намагничивания АД, позволяющие в дальнейшем аналитически получить достаточно простые зависимости, реализующие законы энергооптимапьного управления: кусочно-линейная аппроксимация с ограничением, аппроксимация зависимостью вида аппроксимация степенным рядом. Для повышения общности результатов аппроксимация характеристики (рис.1) проведена в относительных единицах, что позволяет распространить полученные результаты на общепромышленные двигатели единых серий. Выявлено, что наибольшую точность дает представление характеристики намагничивания двигателя, являющейся нечетной функцией,

2л-1

степенным рядом вида = пРичем наименьший порядок ряда,

У=1Д...

обеспечивающего приемлемую точность аппроксимации, равен семи.

В четвертом разделе приводится обобщенная математическая модель системы "преобразователь частоты - АД", используемая для синтеза систем автоматического управления электроприводами переменного тока с транзисторными преобразователями,

х = а(*,х) + В(г,х)и,1

у=«('.*); I

где х = со1оп(х;)"=1 б с. 5Я" - вектор координат состояния; к к

у = со1оп(_у,-),-=| с5Я - вектор выходных управляемых переменных,

к<п; и =со1оп(«,)™1 еС1и с9?т - вектор управляющих воздействий, т.е. выходных напряжений или токов преобразователя частоты или сигналов их задания, т>к\ а(/,х), g(t,x) - функциональные векторы-столбцы соответствую-

щей размерности; rank В(/, х) = rank = k. Выполнено приведение систе-

5х

мы к канонической форме записи, применяемой в методе локализации. Для различных наборов управляемых переменных, соответствующих наиболее распространенным способам управления ЭП (управление токами статора АД, векторное управление моментом, векторное регулирование скорости), определены все векторно-матричные элементы полученных уравнений.

Во второй главе в соответствии с принципом векторного управления рассматриваются наиболее распространенные ТЭК оптимизации установившихся режимов работы асинхронного ЭП: КМТ, призванный обеспечить максимум перегрузочной способности,

min , (4)

Ме =const

где Ism - |l,j I - норма вектора токов статора, &у — фаза вектора токов относительно опорного вектора потокосцеплений ротора (угол нагрузки); и КМП

аРх дт > min , (5)

Ме -const

где мощность минимизируемых переменных потерь в двигателе лР^ определяется суммой потерь в обмотках статора и ротора и потерь в стали.

Оба критерия оптимальности сводятся к формальным зависимостям координат двигателя от электромагнитного момента

4r=fWe)> isq=f{Me),

вид которых существенно зависит от выбранного способа аппроксимации характеристики намагничивания АД.

В результате исследования экстремальных зависимостей координат двигателя от электромагнитного момента и, следовательно, задающих воздействий по этим координатам, полученных при использовании способов аппроксимации кривой намагничивания, рассмотренных в первой главе, выявлено, что зависимости вида v|/r = Ал[Г~[ неприемлемы для целей энергетической оптимизации, поскольку требуют стабилизации угла нагрузки на уровне, меньше номинального, что при значительных токах статора будет приводить к чрезмерному насыщению магнитной системы двигателя и, как следствие, увеличению джоуле-вых потерь в обмотке статора и потерь в стали.

Кусочно-линейная аппроксимация функции \yr = /{isj) позволяет получить достаточно простые аналитические зависимости для формирования задающих воздействий по потокосцеплению ротора и моментообразующе-му току i"/

Vref =

Älctg(*y<П при |Aie|<Mnop; Pn

,, при \Ме\>М,

пор>

i "f = 'sq

°P') ■ sign(Me), при \Me\< M,

V PnLl

nop'

LrnMe

при \Me\ > M,

пор

с постоянной фазой тока &уор1 на нарастающем участке кривой намагничивания, т.е. при абсолютных значениях электромагнитного момента, не превышающих порогового значения Мпор = р„4/ tg( ду 0/"). Здесь LrH, LmH - номинальные значения полной индуктивности ротора и главной индуктивности АД, &уор1 = const - оптимальный угол нагрузки, величина которого зависит от критерия оптимизации. Для КМТ угол нагрузки на нарастающем участке кривой не зависит от параметров двигателя и составляет ± я/4. Напротив, при оптимизации по КМП (без учета механических потерь, зависящих только от скорости вращения АД) величина луор' определяется значениями параметров двигателя и в случае, рассматриваемом в экспериментальной части диссертации, составляет примерно 60.86°.

Ч/Т"

Vrlm I 0 9 as

ref* 07 06

/ /

Рис.2

Экстремальные зависимости координат двигателя от электромагнитного момента при аппроксимации кривой намагничивания степенным рядом (рис. 2)

довольно сложны и не могут быть получены в аналитической форме, удобной для восприятия, вследствие чего были рассчитаны численными методами.

На рис. 2 в относительных единицах представлены экстремальные зависимости нС/* , , соответствующие критерию (4); и полученные по критерию (5). Для практической реализации необходимо использовать их табличное представление. Здесь Л/* = Ме /Мт - относительное значение электромагнитного момента, Мт - его номинальное значение.

Степенная аппроксимация принципиально позволяет увеличивать пото-косцепление машины выше номинального значения, что необходимо для повышения перегрузочной способности электропривода в области относительно больших токов, и поэтому наиболее адекватна КМТ.

Использование универсальной кривой намагничивания в относительных единицах и ее аппроксимация степенным рядом позволяют получить единый для любых типоразмеров АД и достаточно точный алгоритм формирования задающих воздействий по потокосцеплению ротора и моментообразующему току, оптимальных по критерию минимума тока статора. Задающие воздействия, оптимальные по минимуму суммарных потерь, индивидуальны для каждого двигателя, т.к. даже после приведения к относительным единицам существенно зависят от параметров АД.

Третья глава содержит главный научно-методический результат диссертации и посвящена динамической оптимизации экстремальных систем векторного управления АД, непосредственная реализация энергооптимальных зависимостей в которых, как показывают проведенные исследования, не позволяет достичь приемлемых динамических показателей ЭП по возмущению.

Существенно улучшить динамические характеристики ЭП как по возмущающему, так и по управляющему воздействию, предлагается введением подчиненного каналу задания момента контура регулирования потокосцепления ротора (КРП) для компенсации электромагнитной инерционности цепи ротора "в малом" и оптимизацией использования ресурсов регулируемого источника токов (РИТ) "в большом" по методу непрерывной иерархии каналов управления

в соответствии с критерием V(t,x)—S—» min , где V(t,x) - квадратичная форма

иеП„

ошибок регулирования скорости и потокосцепления.

Структурная схема алгоритма векторного управления АД, совмещающего законы экстремального регулирования в установившихся режимах с достаточно высоким быстродействием системы ЭП в переходных процессах по управляющему и возмущающему воздействиям, представлена на рис. 3. Здесь БОС -блок обратных связей; PC, РП - регуляторы скорости вращения и потокосцепления ротора двигателя; ФП - функциональный преобразователь, реализующий энергооптимальные законы управления АД в статике; (йге^ - задающее воздействие по скорости; М"$ - задающее воздействие по электромагнитному моменту двигателя; w°pt - обратно-пропорциональный \\ir оптимизирующий ко-

эффициент непрерывной иерархии, позволяющий перераспределять ресурс РИТ между каналами управления потокосцеплением ротора и скоростью двигателя в переходных процессах "в большом". Вид функционального преобразователя определяется выбранным критерием оптимальности системы и способом аппроксимации кривой намагничивания АД. Функцию формирования области допустимых управлений выполняет алгоритм ограничения нормы вектора управляющих воздействий в полярной системе координат (АО).

Рис.3

Разработаны методики синтеза регуляторов предложенной экстремальной системы ЭП.

Для обеспечения высокого быстродействия КРП использован метод больших коэффициентов, при котором пропорционально-интегральный закон управления "в малом" принимает вид

V О ;

где щ >0 - малый параметр, порождающий большие коэффициенты передачи; С) - положительный коэффициент, который при желаемой настройке синтезируемого контура с коэффициентом демпфирования г| можно определить по известной формуле С| ю—Ц-гшп—. Максимальная скорость процессов регули-4п ' Тг

рования потокосцепления ротора "в малом" достигается при Ц] = ——®-, где

7>0ч/ ~ 1

Тг - постоянная времени цепи ротора; (ц01), - собственная частота контура, допускающая не учитывать собственную динамику РИТ, для чего быстродействие контуров регулирования токов статора АД должно на порядок (обычно в 6... 10 раз) превышать быстродействие синтезируемого КРП.

Для построения внешнего контура регулирования скорости (КРС) "в малом" можно воспользоваться достаточно простой традиционной методикой модального синтеза, использующей допущение о безынерционное™ системы векторного управления по моменту и не учитывающей интервальной неопределенности магнитного потокосцепления, начальное и конечное состояния которого зависят от нагрузки ЭП. Однако на практике все величины, которыми определяются коэффициенты РС, включая коэффициент передачи системы векторного

управления (СВУ) по моменту км, зависящий от динамических отклонений от (в статике ки =1), переменны. В этой связи применение традиционной методики может потребовать снижения коэффициентов РС, которое будет зависеть от уровня ограничения минимального потокосцепления и характера момента сопротивления нагрузки ЭП.

Для обеспечения малой чувствительности характеристик ЭП к изменениям параметров и динамической нелинейности СВУ целесообразно применять методы, основанные на преднамеренной организации многотемповых процессов в системах с "глубокими" обратными связями по выходным переменным и их производным, в частности, метод локализации. Структурная схема астатиче-

Рис. 4

Здесь КБД - контур быстрых движений (процессов) регулирования скорости, собственная частота которого ю0(1) £ю0ч,/2; ц2 = ! постоянная времени

желаемых процессов выбирается из соотношения Тж > (6.. 10)ГКБд.

При необходимости экстремального регулирования скорости АД выше основной структура СВУ с подчиненным контуром регулирования потокосцепления (рис. 3) может быть дополнена ПИ-регулятором напряжения, выходной сигнал которого используется для уменьшения задающего воздействия по по-токосцеплению ротора при работе ЭП в режиме ослабления Поля.

Четвертая глава посвящена вопросам предварительной и текущей идентификации параметров, а также наблюдению неизмеряемых координат состояния АД в СВУ.

Разработанный способ предварительной идентификации позволяет автоматически определять параметры АД, используя только паспортные данные машины и результаты измерений тока статора в тестовом режиме, в качестве которого, в частности, может рассматриваться процесс начального намагничивания. Получаемая при этом информация о параметрах двигателя дает возможность повысить динамическую и статическую точность частотно-регулируемых ЭП, расширить их диапазоны регулирования и избежать проблем запуска.

В ходе предварительной идентификации определяются только начальные приближения активных сопротивлений статора и ротора, существенно изменяющихся в процессе работы двигателя. Информацию об ориентирующем векторе магнитных потокосцеплений ротора и текущих значениях активных сопротивлений АД позволяет восстановить алгоритм текущей идентификации

(рис. 5), структура которого принципиально определяется возможностью измерения координат механического движения ЭП или применения стороннего алгоритма вычисления оценки скорости. Алгоритм основан на "полной" модели электромагнитных процессов АД и ориентирован на преднамеренную организацию разнотемповых процессов оценивания координат и параметров машины.

Рис. 5

Здесь ВУ, ВА - датчики напряжений и токов статора АД; ВЯ - "условный" датчик скорости, в качестве которого может выступать сторонний алгоритм вычисления скорости двигателя; (■) - оценки соответствующих координат состояния и параметров АД; А - адаптер, осуществляющий "сверхбыструю" адаптацию наблюдателя к температурному дрейфу активных сопротивлений; НМС и НМР - настраиваемые модели цепей статора и ротора.

Как показали проведенные исследования, в двигательных режимах ЭП предлагаемый алгоритм текущей идентификации позволяет осуществлять наблюдение потокосцепления ротора с одновременной адаптацией НМС и НМР к изменениям активных сопротивлений АД. В генераторных режимах модель наблюдателя становится неустойчивой, в связи с чем при непродолжительных торможениях адаптация временно прекращается, а в настраиваемых моделях наблюдателя используются значения и Яг, вычисленные ранее, для чего их необходимо периодически "запоминать". Если же продолжительность тормозного режима превышает интервал времени, в течение которого оценки и Яг

можно считать неизменными, следует переходить к известному "ультрамедленному" (интегральному) алгоритму формирования настроечных воздействий, основанному на использовании собственных демпфирующих свойств настраиваемой модели объекта.

Для адаптации алгоритмов идентификации координат состояния, применяемых в экстремальных системах ЭП, к изменениям индуктивных параметров АД модели наблюдателей необходимо дополнить статической зависимостью главной взаимной индуктивности двигателя от модуля вектора потокосцепле-ний ротора.

В пятой главе приведены результаты экспериментального исследования оптимизированных по ТЭК алгоритмов векторного управления АД, на лабораторной установке, созданной на базе комплектного ЭП "Размер-2М-5-2" и двигателей 4A100L4Y3. Динамические характеристики построенной системы регулирования скорости полностью подтвердили основные теоретические положения главы 3. В частности, быстродействие оптимальной по КМТ СВУ с КРС (рис. 4) в переходных процессах по задающему воздействию и динамическая просадка скорости при набросах нагрузки с нуля до номинальной лишь в два раза уступают показателям традиционной системы с постоянством потока ротора, что делает возможным ее применение в ЭП общего назначения.

Расчет технико-экономического эффекта оптимизации СВУ АД показал, что наилучших результатов можно добиться при аппроксимации кривой намагничивания двигателя степенным рядом, позволяющей наиболее полно использовать ресурсы системы "преобразователь частоты — АД" как по энергосбережению (рис. 6), так и по перегрузочной способности (рис. 7).

% 100-1

ЕЕ

ЕЕ,

SG 80 70' 60 50 лРх« " 30 2010

-10'

уч

0 ( 5 5 ! л 5 | : 5

Рис. 6

&М,

е/,

ш.

%45

35 30 25 20

ед/£

/ \ У/

/ 1 /

D ( Ъ^) 1 5 ? : 5 ? 3

Рис.7

На рис. 6 ЕЕ/ , ЕЕц>х - оценки экономического эффекта оптимизации системы ЭП по критериям (4) и (5) соответственно, рассчитанные по формуле

ЕЕ =

дР

trad

■ tJ>"P'

дР

trad

100%.

Здесь bPtrai - потери в двигателе при традиционном способе управления (\yf = ); tPopt - потери в АД в экстремальной системе.

На рис. 7 1*т =Ism/lSmH ~ относительное значение модуля вектора токов статора, соответствующее уровню токоограничения РИТ; IsmH - его номинальное значение;

м'е!ш ={м*е1т -ACJ-100%, ш;^ -М*,ш)Л00%,

где М*е[т - электромагнитный момент АД в системе ЭП, оптимизированной по

критерию (4) в относительных единицах; Metraij - электромагнитный момент АД в традиционной системе ЭП с постоянством магнитного потокосцепления ротора в относительных единицах; - относительный электромагнитный

момент АД в системе ЭП, оптимизированной по критерию (5).

Оптимизация системы ЭП по КМТ максимально повышает ее перегрузочную способность во всем диапазоне возможных уровней токоограничения по сравнению с регулированием при v|/r = \j/rH и обеспечивает экономию электроэнергии при значениях электромагнитного момента, существенно отличающихся от номинального. В диапазоне 0.65 < М* £1.52 в оптимизированной системе наблюдается небольшое увеличение потерь энергии, не превышающее 6.07%. Увеличение перегрузочной способности ЭП при номинальном токе на 4% достигается за счет его перераспределения по осям намагничивания и мо-ментообразования. Для кратности тока, равной 1.5 и 2, перегрузочная способность СВУ по моменту увеличивается на 13% и 21% соответственно.

Оптимизация системы ЭП по КМП снижает потребление электроэнергии во всем диапазоне электромагнитных моментов. При значениях /*т < 0.51 и, что особенно важно, 1 ш > 1 наблюдается увеличение перегрузочной способности оптимизированной системы. В нехарактерной для токоограничения области 0.51 < /*„, < 1 этот показатель несколько ниже, чем у системы управления с постоянством магнитного потокосцепления ротора.

Поскольку при больших электромагнитных моментах потери в системе "преобразователь частоты - АД" практически пропорциональны квадрату мо-ментообразующего тока статора, в области больших М* оба рассмотренных критерия дают практически одинаковые результаты как по потреблению электроэнергии, так и по перегрузочной способности двигателя.

В заключении сформулированы основные научные результаты работы, рекомендации по их применению, описаны новизна и практическая значимость.

В приложения вынесены программы расчета экстремальных задающих воздействий при аппроксимации кривой намагничивания АД степенным рядом и технико-экономического эффекта оптимизации по ТЭК, составленные в пакете Mathcad, а также приведены сведения о внедрении результатов исследования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили получить в диссертационной работе следующие основные результаты.

1. Для критериев минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе разработаны алгоритмы и программное обеспечение, позволяющие рассчитать экстремальные зависимости задающих воздействий по потокосцеп-лению ротора и токам АД от желаемого значения электромагнитного момента. При этом в относительных единицах получены оптимальные по критерию минимума тока статора функциональные зависимости, которые являются универсальными для любых типоразмеров АД единых серий.

2. В результате анализа влияния способов математического описания кривой намагничивания двигателя на законы экстремального регулирования доказано, что при разработке экстремальных систем векторного управления АД следует отдать предпочтение аппроксимации характеристики намагничивания степенным рядом не ниже седьмого порядка.

4. Разработаны инженерные методики синтеза регуляторов потокосцеп-ления и скорости для экстремальных систем векторного управления АД предложенной структуры, обеспечивающие грубость характеристик ЭП к нелинейности и изменениям параметров объекта управления.

под максимальной нагрузкой в режиме минимума потерь составила 10%, а перегрузочная способность в режиме минимума тока статора возросла на 21% по сравнению с законом управления при постоянстве потокосцепления ротора. По быстродействию в переходных процессах при скачках задающего воздействия и по максимальной динамической просадке скорости он уступает системе сравнения всего в два раза. Благодаря оптимизированным динамическим характеристикам предложенный алгоритм векторного управления может быть использован в системах ЭП большинства общепромышленных механизмов.

щих воздействий. Алгоритм обеспечивает быструю сходимость оценок активных сопротивлений к их истинным значениям на этапе первого запуска электропривода и асимптотически устойчив в генераторных режимах.

7. Предложен оригинальный способ предварительной идентификации параметров АД в течение процесса начального намагничивания, использующий лишь его номинальные данные.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Панкратов В.В., Зима Е.А. Многокритериальная оптимизация систем векторного управления асинхронными электроприводами И Электричество. -2002. - № 4. - С. 40-46.

2. Панкратов В.В., Зима Е.А. Метод многокритериальной оптимизации алгоритмов векторного управления асинхронными электроприводами // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. - № 2. - С. 44-49.

3. Панкратов В.В., Зима Е.А. Исследование алгоритмов идентификации для систем частотно-регулируемого электропривода // Материалы научно-технической конференции "Научные идеи В.А. Шубенко на рубеже веков". -Екатеринбург: УГТУ, 1999. - С. 85-89.

4. Зима Е.А., Панкратов В.В. Алгоритм идентификации для систем частотно-регулируемого электропривода // Труды V международной конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т. 4. - Новосибирск: НГТУ, 2000.-С. 145-150.

5. Зима Е.А., Панкратов В.В. Идентификация параметров и переменных состояния в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе // Совершенствование технических средств электрического транспорта. Вып. 2: Сборник научных трудов. - Новосибирск: НГТУ, 2001. - С. 54-65.

6. Панкратов В.В., Зима Е.А. Синтез астатических систем на основе метода локализации // Материалы научно-практического семинара "Проблемы синтеза и проектирования систем автоматического управления". 13-15 июня 2001 г., Новосибирск, Россия. - Новосибирск: НГТУ, 2001. -С. 39-42.

7. Нос О.В., Зима Е.А. Оптимальное управление асинхронным двигателем в адаптивной системе с идентификатором // Автоматизированные электромеханические системы: Сб. науч. тр. - Новосибирск, 2001. - С. 42-50.

8. Панкратов В.В., Зима Е А. Алгоритмы идентификации в системах общепромышленного частотно-регулируемого электропривода // Автоматизированные электромеханические системы: Сб. науч. тр. - Новосибирск, 2001. - С. 29-35.

9. Панкратов В.В., Зима Е.А. Энергетически оптимальное векторное управление асинхронными электроприводами // Электромеханические преобразователи энергии: Материалы международной науч.-техн. конф. (Томск, 6-7 сентября 2001 г.) - Томск: ТПУ, 2001. - С. 88-89.

Ю.Зима Е.А., Панкратов В.В. Синтез астатических многосвязных систем методом локализации // Материалы VI международной конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т. 6. - Новосибирск: НГТУ, 2002. - С. 27-31.

11. Зима Е.А., Hoc О.В., Панкратов В.В. Способы аппроксимации кривой намагничивания при энергооптимальном управлении асинхронными электроприводами // Материалы VI международной конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т. 6. - Новосибирск: НГТУ, 2002. - С. 132-137.

12. Зима Е.А. Метод энергооптимального управления асинхронными электроприводами // Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск: НГТУ, 2002. - №3(29). - С. 3-10.

13. Vladimir Pankratov, Oleg Nos, Yelena Zima Stator Current Limitation in a High-performance Induction Motor Drive // The 4th Korea - Russia International Symposium on Science and Technology. June 27 - July 1, 2000. Ulsan, Korea. / Part 2: Electronics and information technology. - Ulsan: University of Ulsan, Republic of Korea, 2000. - pp. 261-264.

14. Vladimir V. Pankratov, Yelena A. Zima Multi-objective optimization of field-oriented control systems for induction motor electric drives // Proceedings of 1st Russian - Korean International Symposium on Applied Mechanics RUSKO-AM-2001 (October 2-4,2001). - Novosibirsk: NSTU, 2001. - pp. 157-160.

15. Ye. A. Zima, V.V. Pankratov. Synthesis of astatic multivariable systems by the localization method // Proc. of the 6-th International Scientific - Technical conference "Actual Problems of Electronics Instrument Engineering". Vol. 1. - Novosibirsk, Russia: NSTU, 2002. - pp. 236-240.

16. Vladimir V. Pankratov, Yelena A. Zima. New off-line identification method of induction motor parameters // Siberian Russian Workshops and Tutorials on Electron Devices and Materials EDM'2002: Workshop Proceedings, 2002. Vol.2. -Novosibirsk, Russia: NSTU, 2002. - pp. 85-87.

Подписано в печать 11.09.03. Формат 60x84x1/16 Бумага офсетная. Тираж 100 экз. Печ. л. 1.0. Заказ № ¡¡76

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

»15523

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Зима, Елена Алексеевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. Математическое описание процессов в индукционных электрических машинах и машинах двойного питания.

1.1.1. Уравнения электрического равновесия обмоток машины и их преобразования.

1.1.2. Баланс мощностей и электромагнитный момент АД.

1.1.3.Уравнения магнитных связей машины.

1.1.4. Структурные схемы и уравнения МДП как динамического объекта.

1.2. Принцип векторного управления АД.

Ь 1.3. Некоторые способы аппроксимации кривой намагничивания АД.

1.4. Обобщенная математическая модель системы "преобразователь частоты - асинхронный двигатель".

1.5. Выводы.•.

2. ОПТИМИЗАЦИЯ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПО ТЕХНИКО ЭНЕРГЕТИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ.

2.1. Критерии технико-энергетической оптимизации.

2.2. Координаты двигателя при управлении по минимуму тока статора

2.2.1. Кусочно-линейная аппроксимация кривой намагничивания.

2.2.2. Аппроксимация кривой намагничивания зависимостью вида

Vr=A4^d

2.2.3. Аппроксимация кривой намагничивания степенным рядом.

2.2.4. Сравнительный анализ способов аппроксимации.

2.3. Координаты АД при управлении по минимуму суммарных потерь в двигателе.

2.3.1. Оптимальные зависимости для кусочно-линейной аппроксимации кривой намагничивания.

2.3.2. Оптимальные зависимости для случая аппроксимации кривой намагничивания степенным рядом.

2.3.3. Сравнение оптимальных зависимостей, полученных при различных способах аппроксимации кривой намагничивания.

2.4. Выводы.

3. СИНТЕЗ И ДИНАМИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ

ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИСТЕМ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ АД.

3.1. Структура экстремальной системы векторного управления АД.

3.2. Экстремальная система векторного управления АД с подчиненным контуром регулирования потокосцепления ротора. щ 3.2.1. Структура экстремальной СВУ АД с подчиненным КРП.

3.2.2. Методика синтеза контура регулирования потокосцепления ротора

АД "в малом" методом больших коэффициентов.

3.2.3. Методика синтеза контура регулирования скорости АД "в малом"

3.3. Синтез астатического КРС методом локализации.

3.3.1. Синтез астатических многосвязных систем методом локализации: основные положения.

3.3.2. Методика синтеза И-регулятора скорости "в малом".

3.4. Оптимизация переходных процессов "в большом".

3.4.1. Метод непрерывной иерархии: основные положения.

3.4.2. Синтез оптимального алгоритма управления "в большом" методом непрерывной иерархии.

3.5. О возможности регулирования скорости АД выше основной с сохранением экстремальности СВУ.

3.6. Выводы.

4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ КООРДИНАТ СОСТОЯНИЯ И ПЕРЕМЕННЫХ

ПАРАМЕТРОВ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ.

4.1. Предварительная идентификация. 4.2. Текущая идентификация ориентирующего вектора потокосцеплений ротора и активных сопротивлений с использованием информации о скорости АД.

4.2.1. Структурный и параметрический синтез алгоритма текущей идентификации.

4.2.2. Синтез алгоритма адаптации наблюдателя к изменениям активных сопротивлений АД.

4.3. Об алгоритмах идентификации для систем без датчиков координат механического движения.

4.4. Об идентификации индуктивных параметров при изменениях магнитного состояния АД.

4.5. Выводы.

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГООПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ.

5.1. Описание экспериментальной установки.

5.2. Исследование динамических показателей оптимизированных систем регулирования скорости.

5.2.1. Переходные процессы в электроприводе с постоянством магнитного потокосцепления ротора АД.

5.2.2. Переходные процессы в ЭП с экстремальной системой векторного управления токами АД.

5.2.3. Переходные процессы в экстремальных системах векторного управления с подчиненным контуром регулирования потокосцепления ротора.

5.3. Исследование динамических характеристик экстремальной СВУ с интегральным регулятором скорости и подчиненным КРП методом численного моделирования в среде Matlab.

5.4. Исследование статических характеристик экстремальных систем ЭП.

5.5. Выводы.

Введение 2003 год, диссертация по электротехнике, Зима, Елена Алексеевна

В настоящее время все большую остроту приобретает глобальная проблема энергосбережения, обусловленная не только ростом потребления электроэнергии в промышленности и в быту и связанной с ним необходимостью строительства и ввода в эксплуатацию новых энергетических мощностей, но и ограниченностью мировых запасов природных ресурсов. Так как среди потребителей электрической энергии доминируют электромеханические преобразователи, главным путем решения указанной проблемы является внедрение во все отрасли народного хозяйства систем регулируемого электропривода, которые признаны в мировой практике одной из наиболее эффективных энергосберегающих и ресурсосберегающих экологически чистых технологий. По оценке специалистов, в целом по стране внедрение регулируемого электропривода (ЭП) в энергетике, промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве и дру-Ч гих отраслях может обеспечить ежегодную экономию 35-40 млрд. кВт*ч элек-- троэнергии, что эквивалентно годовой выработке тридцати энергоблоков мощностью по 300 МВт каждый [53]. Высокая эффективность применения автоматизированного электропривода для регулирования параметров и оптимизации работы различных технологических систем с механизмами, особенно с насосными и вентиляционными установками, работающими в переменных режимах, подтверждена многолетним мировым опытом.

В массовых системах регулируемого электропривода, применяющихся в настоящее время в промышленности, системах тепло- и водоснабжения и работающих, в основном, в продолжительных статических режимах с постоянным либо медленно изменяющимся моментом нагрузки, наибольшее распространение получил электропривод переменного тока, в особенности асинхронный, потребляющий более половины всей вырабатываемой электроэнергии [17]. Это стало возможным благодаря последним достижениям в области теории электрических машин и электроприводов переменного тока, теории автоматического управления многосвязными нелинейными объектами, созданию современных полностью управляемых силовых полупроводниковых приборов, развитию микроэлектронных и микропроцессорных средств управления и обработки информации. Абсолютное преобладание асинхронного двигателя с короткозамк-нутым ротором (АД) в массовом электроприводе можно объяснить также высокой надежностью, обусловленной отсутствием щеточно-коллекторного узла, контактных колец и постоянных магнитов, простотой конструкции, малыми габаритами и моментом инерции ротора, отсутствием коммутационных ограничений по скорости и току и т.д. [51].

Наибольшее распространение в практике построения систем автоматического управления (САУ) асинхронным электроприводом, реализующих заданные статические показатели, на раннем этапе получил простейший пропорциональный закон управления амплитудой напряжения статора в функции его частоты вида Uff = const. Однако, в [51] доказано, что при таком законе управле

Щ ния невозможно одновременно обеспечить удовлетворительные механические и энергетические характеристики ЭП в широком диапазоне изменений частоты вращения и нагрузки вследствие влияния активного сопротивления и индуктивности рассеяния статора АД. В этой связи еще в 60-х годах начался переход от элементарного алгоритма U[ f -управления к более сложному, получившему название частотно-токового управления, при котором в обмотках фаз статора формируется трехфазная система синусоидальных токов, амплитуда, частота и фаза которых зависят от требуемых значений момента двигателя, частоты вращения или положения ротора, а также потокосцепления ротора [5].

Наиболее перспективным способом управления асинхронным ЭП в настоящее время является принцип векторного управления [73], позволяющий рассматривать АД как двухканальный объект (аналог двигателя постоянного тока с независимым возбуждением) в координатной системе, ориентированной по вектору потокосцеплений ротора, и независимо воздействовать на продольную (намагничивающую) и поперечную (моментообразующую) составляющие вектора токов статора для управления магнитным состоянием машины и электромагнитным моментом соответственно. При построении систем векторного управления (СВУ) асинхронными ЭП, в том числе САУ электромагнитным моментом АД, используются два принципиально различных подхода, называемые непосредственным и косвенным ориентированием вектора управляющих воздействий по направлению магнитного поля двигателя (непосредственное и косвенное полеориентирование) [25]. При непосредственном полеориентировании (Direct Field-Oriented Control - FOC) по результатам обработки текущей информации о доступных прямым измерениям переменных (напряжениях, токах, скорости двигателя) производится оценивание компонент вектора потокосцепле-ний ротора в неподвижной системе координат (а, /3), через которые затем определяются мгновенные значения направляющих cosy^ и siny^, используемые в преобразовании координат. Косвенное ориентирование по полю (Indirect FOC, Feedforward FOC) производится без обработки информации о мгновенных токах и напряжениях двигателя путем вычисления оценки фазы вектора пото-косцеплений ротора интегрированием суммы электрической частоты вращения и оценки частоты скольжения или сложением электрического угла поворота ротора с интегралом частоты скольжения.

В настоящее время широкое распространение в промышленности имеют как традиционные системы частотно-регулируемого асинхронного электропривода с датчиком скорости на валу АД, так и бездатчиковые системы, в которых оценка скорости вращения формируется либо на основании информации о токах и напряжениях двигателя на выходе преобразователя частоты, либо как разность между частотой питающего напряжения и оценкой частоты скольжения. Основным требованием, предъявляемым к современным электроприводам общего назначения (общепромышленным ЭП), является обеспечение при относительной статической ошибке менее 5. 10% диапазонов регулирования скорости: в бездатчиковом варианте - не менее 100, при наличии датчика скорости -до 10000. г

Современный ЭП переменного тока, как правило, содержит двухзвенный преобразователь частоты с неуправляемым выпрямителем или реверсивным управляемым вентильным преобразователем, работающим с постоянными ма-^ лыми углами регулирования и инвертирования. Выпрямитель нагружен на транзисторный автономный инвертор напряжения, работающий в режиме ши-ротно-импульсной модуляции (ШИМ) с частотой не менее 1-2 кГц. Такая структура преобразователя частоты позволяет независимо от режима работы электропривода обеспечить высокий коэффициент мощности силовой цепи, а при реализации законов векторного управления - наилучшие динамические и статические показатели системы регулирования. С созданием так называемых биполярных транзисторов с изолированным затвором (модулей IGBT) и интегральных схем управления ими (драйверов) область применения ЭП с транзисторными преобразователями стала почти неограниченной. Уже в начале 90-х годов многими фирмами серийно производились транзисторные асинхронные > % электроприводы мощностью до 350 кВт, а в 1995-96 гг. появились коммерческие предложения по системам с номинальной мощностью до 1 — 1,5 МВт.

Таким образом, особый интерес для исследования представляет оптимизация установившихся режимов работы регулируемых электроприводов на базе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором по различным технико-энергетическим критериям, осуществляемая именно в рамках законов векторного управления современными полностью управляемыми преобразователями электроэнергии электроприводов.

Впервые задача сохранения близких к номинальным показателей функционирования АД при частотном регулировании была решена в основополагающей работе М.П. Костенко [20] еще в 1925г. С тех пор многие исследователи неоднократно обращались и продолжают обращаться к проблеме энергетической оптимизации статических режимов работы ЭП [23,44, 51, 67, 68, 70].

Большой вклад в решение задач оптимизации режимов работы электроприводов переменного тока внесли выдающиеся отечественные и зарубежные ученые - М.М. Ботвинник, И.Я. Браславский, В.Н. Бродовский, А.А. Булгаков, A.M. Вейнгер, Г.В. Грабовецкий, J1.X. Дацковский, Н.Ф. Ильинский, В.И. Клю-чев, В.А. Мищенко, Г.Б. Онищенко, В.В. Рудаков, Ю.А. Сабинин, О.В. Слежа-новский, Ю.Г. Шакарян, Р.Т. Шрейнер, В.А. Шубенко, A. Abbondanti, F. Blaschke, W. Floter, J. Holtz, R. Jotten, W. Leonard, T.A. Lipo, D.W. Novotny и др.

Как известно, оптимизация режимов работы АД по технико-энергетическим критериям (самыми распространенными среди которых являются критерий минимума тока статора, обеспечивающий максимальную перегрузочную способность ЭП и наименьшую мощность потерь в активных сопротивлениях обмотки статора АД и преобразователе частоты, а также критерий минимума суммарных потерь АД) связана с необходимостью изменений магнитного состояния двигателя в зависимости от текущего значения момента сопротивления нагрузки. При классическом "скалярном" частотном регулировании (U(f,Me)) это обуславливает неприемлемо низкие динамические показатели оптимизированных систем ЭП и препятствует их широкому применению на практике. Следовательно, актуальна задача построения алгоритмов управления АД, позволяющих в условиях ограничений, присущих силовой части ЭП, совместить статическую оптимизацию (экстремальное регулирование) с быстродействием, достаточным для большинства электроприводов общего назначения (общепромышленных ЭП).

Целью диссертационной работы является создание общих методических основ построения алгоритмов векторного управления асинхронными электроприводами, оптимальных в установившихся режимах по различного рода технико-энергетическим критериям и обладающих улучшенными динамическими характеристиками.

Автор [45] выделяет два основных подхода к решению задачи энергооптимизации. Первый подход характеризуется тем, что задача оптимизации режимов ЭП рассматривается с точки зрения приближения к экстремальному значению какого-либо одного показателя качества (однокритериальная постановка). При втором подходе задача оптимизации решается с привлечением нескольких показателей качества (многокритериальная постановка). Особенностью диссертационной работы является то, что одним из используемых является динамический критерий. В частности, выбран критерий метода непрерывной иерархии, требующий максимальной мгновенной скорости затухания квадратичной формы ошибок регулирования (по частоте вращения ЭП и потокосцеп-лению ротора АД) в условиях ограничения евклидовой нормы вектора управляющих воздействий (ресурса преобразователя частоты по выходному току), что при относительном порядке объекта управления, равном или незначительно превышающем единицу, близко к оптимизации по быстродействию [29].

Как уже упоминалось, наиболее перспективным при достижении поставленной цели является использование метода векторного управления с ориентированием управляющих воздействий по направлению оси магнитного поля ротора двигателя, для реализации которого требуется получение текущей информации об опорном векторе магнитных потокосцеплений, существенно зависящих как от других координат состояния и внешних воздействий, так и от значений переменных параметров АД.

Использование датчиков индукции магнитного поля в воздушном зазоре машины на базе элементов Холла или применение дополнительных статорных обмоток для измерения ЭДС, наводимой главным магнитным потоком или полным потоком статора, требует изменения конструкции двигателя, его технологического усложнения, а следовательно, удорожания. Датчики Холла, кроме того, существенно снижают надежность СВУ, так как чрезвычайно чувствительны к ударам и вибрациям. В этой связи является перспективным применение идентификаторов (наблюдателей) ориентирующего вектора с измерением токов, напряжений и, если требуется, скорости АД.

Идентификация опорного вектора по уравнениям равновесия напряжений обмотки статора сопряжена с интегрированием оценки ЭДС и, даже при реализации специальных устройств коррекции дрейфа нуля интеграторов, существенно ограничивает диапазон рабочих частот СВУ снизу [49]. Асимптотическая устойчивость наблюдателя, а также высокие быстродействие и точность текущей идентификации достигаются при использовании модели цепи ротора двигателя или более сложной "полной" модели электромагнитных процессов АД. Однако в этом случае необходима информация о значениях параметров объекта управления, входящих в модель идентификатора. Если в однозонной СВУ, работающей на скоростях ниже основной с постоянством потока, индуктивности схемы замещения АД можно приближенно считать постоянными величинами и определять их только в ходе предварительной идентификации, то активные сопротивления обмоток, существенно зависящие от температурного режима двигателя, являются лишь квазистационарными параметрами и изменяются от процесса к процессу в достаточно широких диапазонах. Это обуславливает необходимость подстройки (адаптации) наблюдателя к изменениям активных сопротивлений статора и ротора, как правило, без измерения температуры. Более того, поскольку магнитное состояние АД в каждый текущий момент времени характеризуется положением рабочей точки на основной кривой намагничивания двигателя, при формировании экстремальных законов управления, связанных с изменениями магнитного потокосцепления, нужно учитывать не только нелинейность характеристики намагничивания, но и изменения индуктивных параметров машины даже для однозонной системы ЭП. С целью определения начальных приближений всех переменных параметров машины и диапазонов их возможных изменений, что требуется для нормального функционирования алгоритмов текущей идентификации, следует привлекать методы предварительной идентификации.

Распространено мнение [45], что свойства электроприводов переменного тока как объектов экстремального управления исследованы недостаточно полно. Отсутствуют практически реализуемые алгоритмы, обеспечивающие энергооптимальные режимы ЭП в условиях малой априорной информации о параметрах силовой части. Известные алгоритмы управления требуют знания параметров электрической машины и не учитывают возможные параметрические изменения. Все это препятствует внедрению экстремальных законов в практику управления установившимися режимами ЭП переменного тока, что, как показывает анализ, при сравнительно малых затратах на реализацию указанных алгоритмов с помощью современной микропроцессорной техники может дать дополнительный экономический эффект.

Существует два пути решения этой проблемы: а) автоматический поиск в процессе функционирования ЭП экстремума целевой функции технико-энергетического критерия, оцениваемой по результатам текущих измерений, что характеризуется низким быстродействием; и б) реализация заранее определенных оптимальных соотношений координат двигателя и текущая идентификация определяющих их переменных параметров объекта управления. Таким образом, задачи текущей идентификации координат состояния АД и экстремального регулирования необходимо рассматривать комплексно.

Питающийся от полупроводникового преобразователя частоты асинхронный двигатель, магнитное состояние которого изменяется в соответствии с законами экстремального регулирования, является существенно нелинейным и нестационарным динамическим объектом, что, в свою очередь, требует обеспечения малой чувствительности динамических и статических характеристик системы ЭП к изменениям режима работы САУ и параметрическим возмущениям.

Задача обеспечения малой чувствительности [29] может быть эффективно решена в рамках непрерывных алгоритмов управления, при разработке которых могут применяться две группы методов. Первую группу составляют методы синтеза систем с разделяющимися многотемповыми процессами, предназначенные для достижения высокой динамической точности и малой чувствительности САУ к параметрическим возмущениям при неизменной структуре и постоянных параметрах управляющей части системы. Во вторую группу входят методы компенсационно-параметрического типа, предельным случаем которых является метод обратной модели, основанный на адаптации САУ к параметрическим возмущениям, что, также как и решение задачи наблюдения неизмеряе-мых координат (потокосцеплений АД) требует обязательной идентификации всех существенно-переменных параметров объекта управления и их w квазистационарности.

Естественная малочувствительность САУ специальной структуры при организации многотемповых процессов регулирования объясняется эффектом быстрого парирования системой любых возмущений, в том числе и параметрических, что наиболее ярко проявляется в методе локализации [9]. Идея всех методов построения САУ с многотемповыми процессами [9, 21, 33], в том числе и метода скользящих режимов, предназначенного для синтеза разрывных алгоритмов управления [60], заключается в следующем. В САУ целенаправленно организуется (алгоритмически) специальная подсистема, характеризующаяся несколькими главными свойствами [30]. Во-первых, процессы регулирования в ней протекают значительно быстрее, чем основные "рабочие" процессы по выи ходным переменным. Во вторых, путем структурных преобразований данная подсистема может быть выделена из общей структурной схемы САУ в виде некоторого контура быстрых движений. И, наконец, в-третьих, благодаря применению "глубоких" обратных связей по производным выхода, вплоть до относительных старших, или их оценкам в подсистеме быстрых движений могут локализоваться проявления собственных динамических свойств объекта, параметрические и аддитивные возмущения (все или часть). Таким образом, задача синтеза регуляторов системы автоматизированного электропривода приводится к задаче формирования заданных процессов по регулируемым координатам в определенном диапазоне изменений параметров ЭП, что адекватно цели управления в методе локализации (управления по старшей производной) [9].

В соответствии с вышеизложенным для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы следующие задачи исследований.

1. Для критериев минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе определить экстремальные зависимости задающих воздействий по потокосцеплению ротора и токам АД от желаемого значения электромагнитного момента. Проанализировать влияние на законы экстремального регулирования способов аппроксимации кривой намагничивания двигателя и сформулировать рекомендации по их применению.

2. Разработать и исследовать экспериментально структурную схему и методику расчета параметров алгоритма векторного управления АД, обеспечивающего экстремум целевой функции технико-энергетического критерия оптимальности в установившихся режимах работы и высокое быстродействие системы ЭП в переходных процессах по управляющему и возмущающему воздействиям с учетом ограничений ресурсов преобразователя электрической энергии по току и напряжению.

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждаются корректным использованием математического аппарата, согласованностью теоретических выводов и данных эксперимента.

Научная новизна работы.

1. Предложен новый, инвариантный к виду целевой функции методический подход к решению задачи статической оптимизации асинхронных электроприводов, позволяющий совместить в едином алгоритме векторного управления законы экстремального регулирования и принципы динамической оптимизации ЭП: введение подчиненного каналу задания момента контура регулирования потокосцепления ротора АД с последовательной коррекцией; оптимизацию переходных процессов "в большом" методом непрерывной иерархии с ограничением нормы вектора токов статора и динамическим перераспределением ресурса преобразователя частоты по выходному току между каналами намагничивания и моментообразования; а также синтез регулятора внешнего контура регулирования скорости на основе метода локализации.

Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в следующем.

1. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение (в пакете Mathcad) для расчета экстремальных зависимостей задающих воздействий на потокосце-пление ротора и токи АД от желаемого значения электромагнитного момента для критериев минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе. При этом рассчитанные в относительных единицах функциональные зависимости, оптимальные по критерию минимума тока статора, являются универсальными для любых типоразмеров АД единых серий.

3. Разработаны инженерные методики синтеза регуляторов потокосцепления и скорости для экстремальных систем векторного управления АД, обеспечивающие грубость характеристик ЭП к нелинейности и изменениям параметров объекта управления.

Диссертационная работа состоит из пяти глав и трех приложений.

Первая глава содержит математические модели асинхронных двигателей и машин двойного питания произвольной фазности. Особое внимание уделяется математическому описанию магнитных связей машин, рассматриваются некоторые способы аппроксимации характеристики намагничивания, позволяющие в дальнейшем аналитически синтезировать законы экстремального управления. Рассмотрен векторный принцип построения САУ скоростью АД. Приводится обобщенная математическая модель системы "преобразователь частоты -АД", необходимая для синтеза систем автоматического управления электроприводами переменного тока с транзисторными преобразователями.

Во второй главе рассматриваются вопросы оптимизации установившихся режимов работы асинхронного ЭП с векторным управлением по критериям минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе. Критерии оптимальности сводятся к формальным зависимостям координат двигателя и соответствующих задающих воздействий от заданного (желаемого) значения электромагнитного момента. Исследуется влияние способа аппроксимации кривой намагничивания на вид указанных экстремальных зависимостей.

Третья глава посвящена разработке и динамической оптимизации экстремальных систем векторного управления АД. Предложена модифицированная структура САУ с подчиненным контуром регулирования потокосцепления, позволяющая существенно повысить быстродействие экстремальной системы ЭП "в малом". Предложен подход к оптимизации переходных процессов в синтезированной системе "в большом" по методу непрерывной иерархии каналов регулирования, основанный на переходе от покомпонентного ограничения вектора токов статора двигателя к ограничению его нормы (амплитуды фазных токов) в полярной системе координат и введении в контур регулирования потокосцепления ротора оптимизирующего коэффициента, позволяющего перераспределять ресурс преобразователя частоты между каналами управления магнитным состоянием и скоростью АД в зависимости от предъявляемых требований. Разработаны методики расчета параметров регуляторов скорости и потокосцепления ротора, обеспечивающих малую чувствительность динамических и статических характеристик системы к изменениям параметров и нелинейностям СВУ, описана возможность регулирования скорости ЭП выше основной.

В четвертой главе рассматриваются вопросы предварительной и текущей идентификации параметров, а также наблюдения неизмеряемых координат состояния АД. Для построения алгоритма предварительной идентификации условно постоянных полных индуктивностей рассеяния двигателя и начальных приближений активных сопротивлений статора и ротора используется модель цепи статора. Соотношения, полученные на основе анализа переходной характеристики цепи статора и выражений для активной и реактивной мощностей двигателя в установившемся режиме, позволяют определить параметры машины, используя лишь номинальные данные и информацию о значениях тока статора в начальный и конечный моменты процесса намагничивания. Алгоритм текущей идентификации опорного вектора потокосцеплений и переменных параметров (активных сопротивлений) в системах ЭП с датчиком скорости, в качестве которого может выступать сторонний алгоритм вычисления скорости двигателя, основан на "полной" модели электромагнитных процессов АД и ! ориентирован на преднамеренную организацию разнотемповых процессов идентификации. Алгоритм содержит условия "переключения" между "сверхбы-* стрым" и "ультрамедленным" законами параметрической самонастройки адаптивной модели электромагнитных процессов АД, благодаря чему обеспечивается его асимптотическая устойчивость во всех режимах работы электропривода и практически безынерционное вычисление оценок активных сопротивлений в двигательных режимах. Для бездатчиковых систем ЭП проведен обзор алгоритмов оценивания частоты вращения, среди которых выделены модель вида MRAS (Model Reference Adaptive System), так называемая, адаптивная система наблюдения с задающей моделью, и адаптивный идентификатор с параметрической самонастройкой. Дополнение модели цепи ротора наблюдателей зависимостью главной взаимной индуктивности от модуля вектора потокосцепле-ний ротора позволяет учесть влияние магнитного состояния на индуктивные «ь параметры двигателя.

В пятой главе приводятся результаты экспериментального исследования на лабораторной установке динамических характеристик синтезированных экстремальных систем, оцениваются эффекты их оптимизации по энергосбережению и перегрузочной способности по сравнению с традиционной СВУ с постоянством магнитного потокосцепления ротора.

В приложения вынесены программы аппроксимации кривой намагничивания АД степенным рядом, расчета зависимостей задающих воздействий, оптимальных по критериям минимума тока статора и минимума суммарных потерь в двигателе, программы расчета технико-экономического эффекта оптимизации, а также сведения о внедрении результатов диссертационного исследования.

Заключение диссертация на тему "Энергооптимальные алгоритмы векторного управления асинхронными электроприводами с улучшенными динамическими характеристиками"

5.5. Выводы

1. Как и следовало ожидать согласно материалам главы 3, введение подчиненного контура регулирования потокосцепления ротора АД в экстремальную систему ЭП позволяет существенно улучшить ее динамические характеристики как по управляющему, так и по возмущающему воздействиям.

2. Наиболее близкими к "эталонной" системе ЭП (с постоянством потокосцепления ротора АД) динамическими характеристиками обладает экстремальная система с подчиненным КРП и ПИ-регулятором скорости, оптимизированная методом непрерывной иерархии (с ограничением нормы вектора токов статора и коэффициентом w°pt), что также подтверждает результаты главы 3.

3. Замена ПИ-регулятора скорости в экстремальной СВУ с КРП, оптимизированной по методу непрерывной иерархии, на интегральный позволяет улучшить динамические характеристики системы по возмущающему воздействию, но приводит к увеличению времени пуска на номинальную скорость почти в 1.5 раза, а на скорость юн/10 - в 2.8 раза. При этом, однако, следует отметить, что с инженерной точки зрения методика синтеза И-регулятора скорости является более строгой (грубой), поскольку позволяет не учитывать нелинейность и инерционность СВУ по моменту, в то время как коэффициенты ПИ-регулятора приходилось подбирать экспериментально, принимая их расчетные значения лишь в качестве начальных приближений.

4. Быстродействие СВУ с И-регулятором скорости по старшей производной, оптимизированной "в большом" по методу непрерывной иерархии каналов управления, в переходных процессах по задающему воздействию и динамическая просадка скорости при набросах нагрузки с нуля до номинальной лишь в два раза уступают показателям традиционной системы, что делает возможным ее применение в ЭП общего назначения.

5. Расчет технико-экономического эффекта оптимизации СВУ АД при различных способах аппроксимации кривой намагничивания двигателя показал, что наилучших результатов можно добиться при аппроксимации степенным рядом, позволяющей наиболее полно использовать ресурсы системы "ПЧ-АД" как по энергосбережению, так и по перегрузочной способности.

6. Оптимизация системы ЭП по критерию минимума тока статора максимально повышает ее перегрузочную способность во всем диапазоне возможных уровней токоограничения и обеспечивает экономию электроэнергии при значениях электромагнитного момента, существенно отличающихся от номинального. В диапазоне 0.65 <М*е <1.52 в оптимизированной системе наблюдается небольшое увеличение суммарных потерь энергии, не превышающее 6.07%. Увеличение перегрузочной способности ЭП при номинальном токе на 4% достигается за счет его оптимального перераспределения по осям намагничивания и момен-тообразования. Для А, равном 1.5 и 2, перегрузочная способность по моменту увеличивается на 13% и 21% соответственно.

7. Оптимизация системы ЭП по критерию минимума суммарных потерь в двигателе снижает потребление электроэнергии во всем диапазоне электромагнитных моментов. При значениях I*sm < 0.51 и, что особенно важно, I*m > 1 наблюдается увеличение перегрузочной способности оптимизированной системы. В нехарактерной для токоограничения области 0.51 <1*т <1 этот показатель несколько ниже, чем у системы управления с постоянством магнитного потокосцепления ротора.

8. Поскольку при больших электромагнитных моментах потери в системе "преобразователь частоты - АД" практически пропорциональны квадрату моментообразующего тока статора, в области больших М* оба рассмотренных критерия дают практически одинаковые результаты как по потреблению электроэнергии, так и по перегрузочной способности двигателя.

172

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили получить в диссертационной работе следующие основные результаты.

3. Теоретически обоснована рациональная структура алгоритма векторного управления АД, обеспечивающего экстремум целевой функции технико-энергетического критерия оптимальности в установившихся режимах работы и высокое быстродействие системы ЭП в переходных процессах по управляющему и возмущающему воздействиям с учетом ограничений ресурсов преобразователя электрической энергии по току и напряжению. Алгоритм совмещает законы экстремального регулирования и принципы динамической оптимизации ЭП: введение контура регулирования потокосцепления ротора АД с последовательной коррекцией, подчиненного каналу задания момента; оптимизацию переходных процессов "в большом" методом непрерывной иерархии с ограничением нормы вектора токов статора и динамическим перераспределением ресурса преобразователя частоты по выходному току между каналами намагничивания и моментообразования; ia также синтез регулятора внешнего контура регулирования скорости по методу локализации.

4. Разработаны инженерные методики синтеза регуляторов потокосцепления и скорости для экстремальных систем векторного управления АД предложенной структуры, обеспечивающие грубость характеристик ЭП к нелинейности и изменениям параметров объекта управления.

5. Получены экспериментальные оценки технико-экономической эффективности применения экстремальных алгоритмов векторного управления АД разработанной структуры в однозонном электроприводе регулируемой скорости мощностью 4 кВт. В оптимизированном электроприводе с перегрузочной способностью по току X/ =2 расчетная экономия электроэнергии при работе под максимальной нагрузкой в режиме минимума потерь составила 10%, а перегрузочная способность в режиме минимума тока статора возросла на 21% по сравнению с законом управления при постоянстве потокосцепления ротора. По быстродействию в переходных процессах при скачках задающего воздействия и по максимальной динамической просадке скорости он уступает системе сравнения всего в два раза. Таким образом, благодаря достигнутым динамическим характеристикам предложенный алгоритм векторного управления может быть использован в системах электропривода большинства общепромышленных механизмов.

6. Синтезирован комбинированный алгоритм текущей идентификации АД для систем векторного управления, позволяющий восстанавливать информацию об опорном векторе магнитных потокосцеплений ротора, а также о значениях активных сопротивлений и индуктивностей двигателя, необходимую для ориентации по полю и параметрической коррекции экстремальных задающих воздействий. Алгоритм обеспечивает быструю сходимость оценок активных сопротивлений к их истинным значениям на этапе первого запуска электропривода и асимптотически устойчив в генераторных режимах.

7. Предложен оригинальный способ предварительной идентификации параметров АД. Соотношения, полученные на основе анализа переходной характеристики цепи статора и выражений для активной и реактивной мощностей двигателя в установившемся режиме, позволяют определить параметры машины, используя лишь номинальные данные и информацию о значениях тока статора в начальный и конечный моменты процесса предварительного намагничивания.

175

Библиография Зима, Елена Алексеевна, диссертация по теме Электротехнические комплексы и системы

1. Архангельский Б.Н. Аналитическое выражение кривой намагничивания электрических машин // Электричество. — 1950. — № 3. — С. 34-36.

2. Архангельский В.И. Алгоритмы и техническая реализация систем прямого цифрового управления. М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, 1978. - С. 4-31.

3. Асинхронные двигателя серии 4А: Справочник / А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, В.И. Афонин, Е.А. Соболенская. — М.: Энергоиздат, 1982. 504 с.

4. Беспалов В.Я., Мощинский Ю.А., Петров А.П. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщенной ортогональной системе координат // Электричество. 2002. - № 8. - С. 33-39.

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

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся втузов. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. - 544 с.

7. Булгаков А.А. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергоиздат, 1982.-216 с.

8. Вероятность и математическая статистика. Энциклопедия / под ред. Ю.В. Прохорова. — М.: научное изд-во "Большая Российская Энциклопедия", 1999. — 910 с.

9. Востриков А. С. Синтез нелинейных систем методом локализации. Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та, 1990. — 120 с.

10. Дацковский Л.Х., Роговой В.И., Абрамов Б.И., Моцохейн Б.И., Жижин С.И Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе // Электротехника. 1996. - № 10. - С. 18-28.

11. Зима Е.А. Метод энергооптимального управления асинхронными электроприводами // Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. техн. ун-т. Новосибирск: НГТУ, 2002.-№3(29).-С. 3-10.

12. Зима Е.А., Панкратов В.В. Алгоритм идентификации для систем частотно-регулируемого электропривода // Труды V международной конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т. 4. Новосибирск: НГТУ, 2000. -С. 145-150.

13. Зима Е.А., Панкратов В.В. Синтез астатических многосвязных систем методом локализации // Материалы VI международной конф. "Актуальные проблемы электронного приборостроения", т. 6. — Новосибирск: НГТУ, 2002. С. 27-31.

14. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины. -М.: Энергия, 1980. — 928 с.

15. Ильинский Н.Ф. Регулируемый электропривод. Энерго- и ресурсосбережение // Приводная техника. — 1997. № 3. — С. 21-23.

16. Ключев В. И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 560 с.

17. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1968. - 720 с.

18. Костенко М.П. Работа многофазного асинхронного двигателя при переменном числе периодов // Электричество. 1925. - № 2. — С. 85-95.

19. Крутъко П.Д. Обратные задачи динамики управляемых систем: Нелинейные модели. — М.: Наука. Гл.ред. физ. мат. лит., 1988. - 328 с.

20. Мищенко В.А., Шрейнер Р. Т., Шубенко В.А. Оптимальный по минимуму потерь закон частотного управления асинхронным двигателем // Изв. вузов. Энергетика. 1969.-№ 8. - С. 115-118.

21. Нос О.В., Зима Е.А. Оптимальное управление асинхронным двигателем в адаптивной системе с идентификатором // Автоматизированные электромеханические системы: Сборник научных трудов / Ответ, ред. Аносов В.Н. Новосибирск, 2001. - С. 42-50.

22. Панкратов В.В. Векторное управление асинхронными электроприводами. — Новосибирск: Изд-во НГТУ, 1999. 66 с.

23. Панкратов В.В. Метод синтеза алгоритмов текущей идентификации на основе адаптивных моделей // Автоматизированные электромеханические системы / Новосиб. гос. техн. ун-т. Новосибирск, 1997. - С. 15-30.

24. Щ 27. Панкратов В.В. Метод синтеза многосвязных автоматических систем с ограниченной нормой вектора управляющих воздействий и его применение в задачах электропривода // Мехатроника. 2000. — № 5. - С. 32-41.

25. Панкратов В.В. Методы синтеза систем автоматического управления электроприводами переменного тока, малочувствительных к изменениям параметров. Дисс. . д-ра техн. наук. Новосибирск: НГТУ, 1997.

26. Панкратов В.В. Построение систем асинхронного электропривода на основе метода локализации: Дисс. .канд. техн. наук Новосибирск: Новосиб. электротехн. ин-т, 1992.

27. Панкратов В.В. Синтез адаптивного идентификатора потокосцеплений и активных сопротивлений асинхронного двигателя для систем векторного управления // Изв. Вузов. Электромеханика. — 1997. № 3. - С. 65-68.

28. Панкратов В.В. Синтез оптимальных алгоритмов управления многосвязным динамическим объектом "в большом" методом непрерывной иерархии // Изв. вузов. Электромеханика. 1996. — № 1-2. - С. 58-65.

29. Панкратов В.В. Синтез нелинейных систем методом больших коэффициентов // Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. техн. ун-т. — Новосибирск: НГТУ, 1996. №1. -С. 31-38.

30. Панкратов В.В. Учет кривой намагничивания асинхронного двигателя в задачах энергооптимизации частотно-регулируемых электроприводов // Экологически перспективные системы и технологии: Сб. науч. тр. — Новосибирск: Изд-воНГТУ, 1998.-Вып. 2.-С. 110-117.

31. Панкратов В.В. Электромагнитный момент многофазной асинхронной машины с учетом нелинейности кривой намагничивания // Автоматизированные электромеханические системы / Новосиб. гос. академия водного транспорта. — Новосибирск, 1998. С. 25-33.

32. Панкратов В.В., Зима Е.А. Алгоритмы идентификации в системах общепромышленного частотно-регулируемого электропривода // Автоматизированные электромеханические системы: Сборник научных трудов / Ответ, ред. Аносов В.Н. Новосибирск, 2001. - С. 29-35.

33. Панкратов В.В., Зима Е.А. Исследование алгоритмов идентификации для систем частотно-регулируемого электропривода // Материалы научно-технической конференции "Научные идеи В.А. Шубенко на рубеже веков". — Екатеринбург: УГТУ, 1999. С. 85-89.

34. Панкратов В.В., Зима Е.А. Метод многокритериальной оптимизации алгоритмов векторного управления асинхронными электроприводами // Изв. вузов. Электромеханика. 2002. - № 2. - С. 44-49.

35. Панкратов В.В., Зима Е.А. Многокритериальная оптимизация систем векторного управления асинхронными электроприводами // Электричество. — 2002. — № 4. С. 40-46.

36. Панкратов В.В., Нос О.В. Алгоритмы управления асинхронными электроприводами в режимах токоограничения // Электротехника. 2000. - № 11. — С. 23-25.

37. Панкратов В.В., Нос О.В. Оптимизация алгоритмов векторного управления асинхронным электроприводом на основе метода непрерывной иерархии // Электричество. 2000. - № 6. - С. 48-53.

38. Панкратов В.В., Нос О.В. Оптимизация динамических режимов работы в асинхронном электроприводе с учетом ограничений // Изв. вузов. Электромеханика. 1999. -№ 4. - С. 51-56.

39. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. — Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 1998.-172 с.

40. Поляков В.Н., Таран А.А., Шрейнер Р.Т. Алгоритм численного решения задачи экстремального управления асинхронным электроприводом при ограничениях по току и напряжению // Электротехника. — 2001. № 11. — С. 45-48.

41. Потапенко Е.М., Потапенко Е.Е., Бичай В.Г. Согласование оптимальных режимов векторного управления асинхронным двигателем // Техшчна електро-динамка. Тематичный випуск: Силова електрошка та енергоефектившсть. Час-тина 7. КиТв. - 2002. - С. 93-97.

42. Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронные электроприводы с векторным управлением. — Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987. — 136 с.

43. Сабинин Ю.А., Грузов B.JI. Частотно-регулируемые асинхронные электроприводы. — JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1985. — 128 с.

44. Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. — М.: "Энергия", 1974. 328 с.

45. Сарычев С.П. К синтезу систем с астатическим законом управления по вектору скорости // Автоматизация производственных процессов / Новосиб. элек-тротехн. ин-т. Новосибирск, 1978. — С. 109-116.

46. Сахарное Ю.В. Регулируемый электропривод эффективное энергосберегающее оборудование // Энергетика Тюменского региона. — 2002. — №1(15). - С. 26-35.

47. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями / О. В. Слежановский, Л.Х. Дацковский, И. С. Кузнецов и др. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 256 с.

48. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А.А. Красов-ского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 712 с.

49. Титце У, Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное руководство / Пер. с нем. под ред. А.Г. Алексеенко. — М: Мир, 1983. 512 с.

50. Туровский Я. Техническая электродинамика / Пер. с польск. М.: Энергия, 1974.-488 с.

51. Уайт Д., Вудсон Г'. Электромеханическое преобразование энергии. — М. -Д.: Энергия, 1964.

52. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. -М.: Наука, 1981.-386 с.

53. Филъчаков П.Ф. Численные и графические методы прикладной математики. Справочник. — Киев: Наукова думка, 1970. 800 с.

54. Харитонов С.А, Берестов В.М. Анализ синусоидальной ШИМ с натуральной выборкой (методический аспект) // Техшчна електродинамша. Тематичный ви-пуск: Силова електрошка та енергоефектившсть. Частина 2. — Кшв. — 2002. С. 31-37.

55. Чемоданов Б.К и др. Математические основы теории автоматического регулирования: Учеб. пособие для втузов. Т. 1. Изд-е 2-е, доп. / Под ред. Б.К. Чемоданова М.: Высш. шк., 1977. — 366 с.

56. Шевченко С.Б. Пути улучшения энергетики векторного управления асинхронными двигателями // Техшчна електродинамжа. Тематичный випуск: Си-лова електрошка та енергоефектившсть. Частина 7. Кшв. - 2002. - С. 163-165.

57. Шиянов А. И. Электропривод переменного тока с несимметричными фазными токами // Автоматизированный электропривод / Под общ. ред. Н.Ф. Ильинского, М.Г. Юнькова. — М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 22-30.

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

59. Шрейнер Р. Т., Дмитренко Ю.А. Оптимальное частотное управление асинхронными электроприводами. — Кишинев: Штиинца, 1982. — 224 с.

60. Шубенко В.А., Шрейнер Р.Т., Мищенко В.А. Оптимизация частотно-управляемого асинхронного электропривода по минимуму тока // Электричество. 1970. - № 9. - С. 23-26.

61. Электропривод асинхронный глубокорегулируемый комплектный "Размер-2М-5-2". Техническое описание. ЗВЯ.011.034 ТО.

62. Эпштейн И.И. Автоматизированный электропривод переменного тока. — М.: Энергоиздат, 1982. 192 с.

63. U. Baader, М. Depenbrock, and G. Gierse, "Direct Self Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine: A Basis for Speed Control Without Speed Measurement," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 28, No. 3, pp. 581-588, May/June 1992.

64. M. Beck and D. Naunin, "A New Method for the Calculation of the Slip Frequency for a Sensorless Speed Control of a Squirrel-Cage Induction Motor," IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 678-683, 1985.

65. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung die Grundlage ftir die Transvektor — Regelung von Drehfeldmaschinen // Siemens Zeitschrift, 1971. Bd. 45, H. 10. - S. 757-760.

66. M. Bodson and J. Chiasson, "A systematic approach to selecting optimal flux references in induction motors," in Record 27th Annu. Meet. Ind. Applicat. Soc., Houston, TX, Oct. 1992.

67. L. B. Brahim and R. Kurosawa, "Identification of Induction Motor Speed Using Neural Networks," IEEE PCC, Yokohama, pp. 689-694,1993.

68. M. Depenbrock, "Direct Self-Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 3, No. 4, pp. 420-429, October 1988.

69. R. Gheysens, H. Cherif, and M. Poloujadoff, "Speed Determination of a Squirrel Cage Induction Motor by Indirect Method," Proceedings of IPEC -Tokyo, pp. 1137-1143, 1990.

70. G. Henneberger, B. J. Brunsbach, etal., " Field-Oriented Control of Synchronous and Asynchronous Drives Without Mechanical Sensors Using a Kalman Filter," EPE, Firenze, pp. 3.664-3.671, 1991.

71. J. Holtz, "Speed Estimation and Sensorless Control of AC Drives," IEEE IECON, pp. 649-654, 1993.

72. J. Holtz, "Methods for Speed Sensorless Control of AC Drives", IEEE PCC Yo-* kohama,pp. 415-420, 1993.

73. K. D. Hurst and T. G. Habetler, "Sensorless Speed Measurement Using Current Harmonic Spectral Estimation in Induction Machine Drives," IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 10-15, 1994.

74. M. Ishida and K. Iwata, "A New Slip Frequency Detector of an Induction Motor Utilizing Rotor Slot Harmonics," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. IA-20, No. 3, pp. 575-581, May/June 1984.

75. R. Joetten and G. Maeder, "Control Methods for Good Dynamic Performance Induction Motor Drives Based on Current and Voltage as Measured Quantities," IEEE Transactons on Industry Applications, Vol. IA-19, pp. 356-363, May/June 1983.

76. M. P. Kamierkowski and H. J. Koepcke, "Current Source Inverted-Fed Induction Motor Drive System Without Speed Sensor," EPE Conference, Brussels, pp. 3.3453.350,1985.i

77. G. S. Kim, I. J. Ha, and M. S. Ко, "Control of induction motors for both high dynamic performance and power efficiency," IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 39, pp. 323-333, Aug. 1992.

78. Y. R. Kim, S. K. Sul, and M. H. Park, "Speed Sensorless Vector Control of Induction Motor Using an Extended Kalman Filter," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 30, No. 5, pp. 1225-1233, September/ October 1994.

79. H. Kubota, K. Matsuse, and T. Nakano, "DSP-Based Speed Adaptive Flux Observer of Induction Motor," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 29, No. 2, pp. 344-348, March/April 1993.

80. Т. K. Lee, S. B. Cho, and D. S Hyun, "Sensorless Vector Control of Induction Motor Compensating the Variation of Rotor Resistance," IEEE IECON, pp. 72-76, 1992.

81. K. Minami, M. Velez-Reyes, et al., "Multi-stage Speed and Parameter Estimation for Induction Machines," IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 596604, 1991.

82. Miyashita and Y. Ohmori, "A New Speed Observer for an Induction Motor Using the Speed Estimation Technique," European Power Electronics Conference, pp. 349-353, 1993.

83. H. Nakano, I. Takahashi, "Sensor Less Field Oriented Control of an Induction Motor Using an Instantaneous Slip Frequency Estimation Method," IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 847-854, 1988.

84. Novotnak R.T., Chiasson J. andBodson M. High-Performance Motion Control of an Induction Motor with Magnetic Saturation // IEEE Trans. Contr. Sys. Tech. — 1999. V.7, No 3. - p. 315 -327.

85. F. Z. Peng and T. Fukao, "Robust Speed Identification for Speed-Sensorless Vector Control of Induction Motors," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 30, No. 5, pp. 1234-1240, September/October 1994.

86. F. Profumo, G. Griva, M. Pastorelli, et al., "Universal Field Oriented Controller Based on Air Gap Flux Sensing via Third Harmonic Stator Voltage," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 30, No. 2, pp. 448-455, March/April 1994.

87. K. S. Rajashekara, "Impact Speed Calculations," Research Disclosure, No. 32787, July 1991.

88. C. Schauder, "Adaptive Speed Identification for Vector Control of Induction Motors Without Rotational Transducers," IEEE Transactions on Industry Applications, pp. 1054-1061, September/October 1992.

89. G. Simoes and В. K. Bose, "Neural Network Based Estimation of Feedback Signals for a Vector Controlled Induction Motor Drive," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 31, No. 3, pp. 620-629, May/ June 1995.

90. V. R. Stefanovic and Т. H. Barton, "Static torque characteristics of an induction motor with variable frequency supply," in Proc. IEEE PES Winter Meet., New York, NY, 1972, pp. 1-3.

91. H. Tajima and Y. Hori, "Speed Sensorless Field-Orientation Control of the Induction Machine," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 29, No. 1, pp. 175-180, January/February 1993.

92. H. Tajima, Y. Matsumoto, et al., "Speed Sensorless Vector Control Method for an Industrial Drive System," Proceedings of International Power Electronics Conference, Yokohama, pp. 1034-1039, 1995.

93. S. Tamai, H. Sugimoto, et al., "Speed Sensor-Less Vector Control of Induction Motor With Model Reference Adaptive System," IEEE Industry Applications Society, pp. 189-195, 1987.

94. M. Velez-Reyes, K. Minami, and G. C. Verghese, "Recursive Speed and Parameter Estimation for Induction Machines," IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 607-611, 1989.

95. I. T. Wallace, D. W. Novotny, R. D. Lorenz, and D. M. Divan, "Increasing the dynamic torque per ampere capability of induction machines," IEEE Trans. Ind. Ap-plicat., vol. 30, pp. 146-153, Jan./Feb. 1994.

96. X. Xu and D. W. Novotny, "Selection of the flux reference for induction machines in the field weakening region," IEEE Trans. Ind. Applicat, vol. 28, pp. 13531358, 1992.

97. G. Yang and Т. H. Chin, "Adaptive Speed Identification Scheme for Vec-tor Controlled Speed Sensorless Inverter Induction Motor Drive," IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 29, No. 4, pp. 820-825, July/August 1993.

98. D. S. Zinger, F. Profumo, et al.t "A Direct Field-Oriented Controller for Induction Motor Drives Using Tapped Stator Windings," IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 5, No. 4, pp. 446-453, October 1990.

Похожие работы

Электротехника
05.09.00