автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Комбинированная система управления вентильным двигателем на основе асинхронной машины с фазным ротором

-Г Л ОЛ ;> \ о

•о 0 '' паьюкалышя технически! университет украины "киевский пшштеймчвскш! институт-

На праиы руко/шси УДК 62-83

ЫАДХИ Халад Фатш Абдул-Фаттах (Иордания)

комбинированная систеиа управления 'вёнтилшш ДВИГАТЕЛИ! на основе асинхронной ыашиш с фазным ротором

специальность 05»09.03 - "Электротехнические кошишкси н системы,

включая их управление и регулирование"

автореферат диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Киев - 1997

Диооортецией является рукопись.

Робота выполнена нв кафедре автоматизация горной прошило н-ности Национального технического университета Украины "Киевский, политехнический институт"

Нпуч5шЯ руководитель -

доктор технических наук, профессор В.Ы.Чермалых

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор В.Н.Исаков

. кандидат технических наук, доцент В.Ы.Мамалыга

Ведущая орггшзацая -

Научно-производственная корпорация "Киевский институт автоматики"

Защита диссертации состоится " & " ¿72_1957 г.

в /У часов на заседании специализованного совета К 01.02.04 в Национальном техническом университете Украины "Киевский политехнический институт" по адресу:

252056, г.Киев, пр.Победы, 37, КПП (корп. . ауд.^^Т С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан " " ¿?У 1997 Г.

Ученый секретарь специализованного совета канд.техн.наук, доцент

В.В.Прокопенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТА

Актуальность томи. Внедрение передовых технология я создышо современного оборудования требуют обеспечения высокой точности, быстродействия, шрокого диапазона регулирования координат в про-цоссе воспроизведения заданных траекторий дапшшия исполнительных органов слоеных электромеханических систем. В успешен рошйшш данных задач существенная роль отводится автоматизированному электроприводу. Успехи в создании микропроцессорной техники, развитии таорил цифрового управления позволим торенным образом изменить сам подход к построению как систем управления, так и силовых схем электроприводов. Это, главным образом, относится к приводу пораненного тока, который имеет ряд вгшшх преимуществ перед приводом постоянного тока, который до настоящего времени бил основным для машин и установок, тревущш регулирования координат в широких пределах.

Прогресс в области полупроводниковой техники открыл возможности для разработки регулируемых приводов переменного тока, в тон числе и асшгхронпых с фазным ротором, которые находят широкое применений во многих отраслях прошаленности и достигают ымщюсти 1000 кВт и более. Применяемые электроприводы такого типа в настоящее время в основном работают с релейно-кон-гшшшми системами реостатного управления, онергетические и регулировочные показатели которых весьма низки, что приводит к значительным потерям электроэнергии и затрудняет автоматизацию технологических процессов. Без коренного улучшения этих показателей невозможно решить ' задачу энергосбережения и повышения надежности и долговечности обору довошик

Все сказанное в первую очередь относится к электроприводам, работающим в циклическом рожиме (шахтные подъемные мшппш, грузо-

подъемные краны различного типа), а тагсжа треОущим технологического регулирования скорости (конвойерные установки, турСомеханиз-мы). Подавлящее большинство о тих машин и установок оборудовало «синхронным реостатным Блектроприводом. Существенной трудностью на пути повышения технического урошш действувищх машин указанного типа было отсутствия до последнего времени экономичной, глубоко- н плавнорегулируемой и в то хсе время простой и наденной в работе асинхронной мшшшн (ЛМ) с фазным ротором. Одним из путей преодоления этой трудности явилось создание системы "электропривода, й которой АН работает в рекиме вентильного двигателя (РД). Создании первого промышленного образца такого привода для шахтной подъемной установки мощностью 320 кВт предаествовали научно-исследовательские и экспериментальные работы, которые выполнялись в лаборатории олектропривода НШГН им.М.М.Федорова и на кафедре автоматизации горной промышленности КПИ но полевой комплексной отраслевой программе (ЦНОП) Ыинуглепрома Ц070410.

БД представляет собой основу перспективной системы тиристор-ного электропривода переменного тока, приближающуюся по своим регулировочным и энергетическим показателям к тиристорному приводу постоянного тока. В последние два десятилетия в странах СНГ и за рубеком накоплен немалый опыт создания ВД на основе общепромышленных синхронных машин или машин специальной конструкции для мощностей от нескольких, ватт до десятков мегаватт. Одновременно появился ряд фундаментальных работ, посвящонннх тоории электромагнитных процессов в ВД. В то зке время ВД на основе АМ с фазным ротором иследован недостаточно как в теоретическом, так и в экспериментальном отношении. Поэтому проведение такого рода исследований является актуальной задачей, главным образом, с точки зрения реконструкции электроприводов о АЫ. Актуальным является также повы-

совио качества и сскраадше с]хжов ирсактирошидея на освоив получения я использования достйх.'г^г.мЗ мОДдшцьи о структур к иара-штрах объекта управления.

Поль диссертация - разработка комвшшровыпюЗ по йадмкут

ВОЗДЕЙСТВИЯМ СИС1вМН У'ЛрйИЛОКИЯ ШШЧЧЛЫйИ! ДГ-.ИГИТОЛчМ IUI ог.ионл

достоверной шйкушции о выходных переполни* !«.• muraaa лиьоаризо-пашюй сородаточноа функции объекта для улучшения к&'мсгы рогули-¡ювания и внорготических показателей олиятриириводоа перомеваоги тока.

Для достижения пета наооюдимо решить сладу>tsue_за пачи:

- на основе анализа шюлнотшх исследований, связанных с устшкж-лС'Ниом зависимостей характеристик ВД па основ« .ДМ с фазным ротором о? параметров силовой схемы с учетом компенсации реакции якорл а оптимизации равпков работы ¡шдуктора построить систему управления, позьоляидум наряду с замкнутыми контурами регулирования тока ц скорости использовать прямые передачи по шходашм сигналам задающей модели (ЗН) для компенсации ннерционости системы;

- учитывая, что система электромеханического преобразования анор-глн в ЛЛ рассматриваемого типа является нелинейной разработать иотод получения линеаризованной передаточной Функции силовой схеда по реальным значо1иям выходных переменных для возможности использования при синтезо САР стандартных настроек регуляторов;

-■ обосновать целесообразность при синтезе дискретной шрвдатсшоЗ функции и переходе к непрерывной использовать метод Z-форм в сочетании со схемами в переменных состояния;

- модернизировать GM третьего порядка для возможности формирования управляющих сигналов, соответствующих шогопериодным диаграммам скорости с изменяпцитгся ограничениями координат и разработать уншзэрсалышй алгоритм роакизощгл ЕМ при помощи микроэвм;

2-

- разработать методику определения передаточных функций прямых ш-родач по идентифицированной математической модели БД и обосновать обосновать возможность перехода от диффоренцирущих прямых передач к пропорциональным, используя свойства 3,4 высокого порядка.

Метода исследований. Использованы численно-аналитические методы расчета нолинейшх систем, цифровое моделирование но основа £-Форм и метода переменных состояния передаточных функций объекта управления. .Основные теоретические вывода подтверждены исследованием предложенных систем но ЦВМ, а также на лабораторном стенде. Идущая новизна диссертации заключается, в разработке:

- Функциональной слоны системы комбинированного управления ВД на основе АН с многоканальной Ш к контур&чп компенсации роакции якоря, обэспечивапцими работу привода при знакопеременной нагрузке по заданной программе;

- алгоритмов Формирования многопериодных управлявшее сигналов в ач третьего порядка с автоматическим изменением структуры и оптимальных ограничений производных выходной переменной по времени с целью достижения максимальной точности отработки заданной траектории движения;

- метода определения математической модели ВД путем дискретного измерения ординат реального графика переходной функции, используя схемы в переменных: состояния и 2-формы для определения порядка и коэффициентов характеристического уравнения замкнутой системы;

- мотодшш выбора структуры и параметров прямых перодач по идентифицированной модели системы, содержащей контуры подчиненного регулирования тока и скорости, и перехода от дифференцирующих авоньов 1С пропорциональным, используя структуру линейной части ЗМ.

Практическая ценность. Предложенная система управления, в которой наряду с общепринятыми замкнутыми контурами регулирована!

тона н скорости,используются прямые передачи, позволяет без предварительных расчетов определять количество атих передач и их конф-¡тццнептов по реальному графзку переходного процесса, полученному при наладке привода. Идентификация структуры силовой схемы ВД одновременно выполняет задачу линеаризация математической модели, что дает возможность реализовать систему автоматического регулирования путем стандартной настройки регуляторов при модернизации действующих олектроприводов.

Реализация результатов работы. Результаты шполношшх исследований использованы при разработав лабораторного стенда для экспериментальной проверен соответствия характеристик ВД, полученш1 методом моделирования, реальным. Исследования показала, что режим работы ВД при даияущем помойте, не превышапцем 0,8 Ма, практически такой хо, как и в естественной схеме включения при номинальной момента на валу. Качество процесса регулирования на различил участках слошюй тахограммы близок к аналогичным процессам в приводе постоянного тока.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуидались на конференции с Международным участием "Проблемы и перспектива развития горной техники" (г. Москва, 1994 г.); 2-ой и 3-ей Украинской кон/Гврэшши по автоматическому управлению (г. Львов, 1395 г., г. Севастополь, 1996 г.); в ШЖ.Ч им.М.М.Федорова (г. Донецк, 1996 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опублшеованы в пяти печатных работах.

Структура и объем диссертвции. Работа состоит из введения, четырех глав, списка литературы и приложений. Содержит 122 страницы машинописного текста, 33 рисунка, 4 таблицы.

г*

ОСНОВНОЕ СОДЕРИДНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована гжтупльность томи диссертации, сформулированы задачи исследований, которые втокают из проблем создания регулируемых влектронриводоз переменного тока, обэспочцвавдпг широкий диапазон регулирования, высокие онергетйчеажо показателя, надокыость в слоеных режимах работы с измопящойся в больших пределах нагрузкой.

В первой гловз рассмотрены оспошзыо направления и современное состояние ксслэдстшлй алектроприводов переменного тока. Показано, что несмотря на широкое нржвнокиэ рогулируег'лх приводов с двигателями постоянного тока,во всех странах наблюдается тенденция создания систем управления технологическими процессами и промышленными установками с использованием ДЕлгатзлзй переменного тока. По данным ряда заруОолшх фирм наиболее перспективные электроприводы базируются но следующих машинах переменного тока: синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов или с обмоткой возбуждения; асинхронная машина двойного питания с роторной обмоткой и фазншш кольцами; асинхронная машина с короткозамкнутым ротором; реактивный шаговый двигатель. Во всех случаях применяется статические преобразователи со званом постоянного тока и без звона постоянного тока.

Системы управления машинами переменного тока отдал ажся от машин постоянного тока большей сложностью. Однако развитие средств вычислительной техники обеспечило возможность контроля и управления текущими координатами машин переменного тока в различных осях отсчета и открыло новые возможности развития и совершенствования систем управления.

В заключении главы показано, что наиболее ушюорсалызым типом привода переменного тока является вентильный двигатель (ВД), в ко-

тором регулирование скорости п вращвщого мем&пта осуществляется подводимым напряжение!!, тойон возбуадопзя, углом опережения вкличения вентилей преобразователя при самоуправлении по частоте питания. ВД обладает регулировочными качествами машшш пои/ошнюго тока и надешостьа систем переменного тока.

Вторая глава шсвящепа вопросам построении кинтильного донга-теля на основе асинхронной машин о фазным ротором. Широкое применение АМ о фазннм ¡ютором о ролеРлю-коытактшш управлением привлекло внимание специалистов к поиску путой создания на ее основе регулируемого привода переменного тока по схема ВД. Под ВД понимают машишю-вентильную систему, содеркащую, помимо многофааиой электрической машины, вентильный преобразователь и датчик, обаснэ-чиваиций управление вентильным преобразователем синхронно и ьраде-ниен ротора.

Наиболее ваишо теоретические исследования процессов н ВД на основе АМ выполнены Д.Н.Родышш;н, В.и.Шевченко (Криворожский технический университет) и В.А.БарннОергом (НИШМ им. и. Ц. ¿Сидорова, г.Донецк), При переводе АМ в режим ВД в качестве якоря целесообразно использовать рогор. Статор в этом случае является индуктором, в него подается постоянный ток возОумдения подобно тому, как ото имеет место при динамическом тормокении. К особенностям АМ по сравненшш с синхронной машиной, на основе которой обычно выполняется ВД, относится значительно меньший воздушный зазор. Поетому на характеристики ВД повышенное влияние оказывает реакция якоря. С другой стороны на индукторе ВД на основе АМ располагаются три фаз-1Шв обмотш!, сдвинутые относительно друг друга на 120 ал.градусов. Ото представляет широкие вовможностн для гибкого управлв1шя амплитудой и пространственным положением ВДС индуктора с целью компенсации реакции якоря.

Для осуществления компенсации реакции якоря результирупцая МДС индуктора должна содержать две составляющие: постоянную НДС возбуждения и МДС компенсации, изменяющуюся пропорционально изменению тока якоря. Это условие выполняется, если ток каждой из фаз индуктора (статора) содершт два слагаемых, пропорциональных току возбуждения (Гв) и току компенсации (Гк): 1А = (КАвГв+йДкГк)К1 (^2;

ГВ = (*Ввгв + ^ ГС = <*Свгв + Ук^^ • где

1А, 1в, гс - ток в фазах Л, В, С индуктора; Е1 - 3/(2Кт); К^, -коэффициент трансформации АЫ; К^, КВв, КСв, К^, ЯВк, КСк - постоянные коэффициенты взаимосвязи токов.

Из условия минимальных суммарных потерь в меда трехфазного индуктора выбираются коэффициенты взаимосвязи, чему должно соответствовать равенство ГА + Гв + 1с = 0, то есть симметричное В1слюченне Фаз индуктора. Спещфнеской особенностью ВД на основе АМ является такке влияние режима индуктора на коэффициент использования мощности электрической машины.

Практическая реализация компенсации якоря возможна с помощью двух типов схем. К норвому типу относится схема ВД со смешанным возбуждением, в которой две фазные обмотки индуктора включаются в цепь выпрямленного тока на входе инвертора и выполняют функции компенсационных обмоток, а третья фаза подключается к нерегулируемому источнику постоянного напряжения и является обмоткой независимого возбуждения. Второй тип представляет трехфазный мостовой выпрямитель с независимым управлением анодной и катодной группами вентилей. При использовании такого возбудителя фазные обмотки индуктора соединяются в симметричную звезду или треугольник. Этим автоматически обеспечивается выполнение уоловия оптимального распределения токов в фазах индуктора.

Упрощенная функциональная схена комбинированной по задающему воздействии системы управления БД показана па рас Л,а. По своей структуре она представляет собой стандартную систему подчиненного регулирования, дополненную двумя контурами регулирования токов фаз индуктора с блоком компенсации реакции якоря (ВК) и задающей моделью (ЗЫ). т формирует сигнал заданной скорости (1/а с), а такие сигналы, пропорциональные динамической состапляпдей тока якоря (ГГа) и производной тока по времени (Цр). Сигналы ир и иа подаются на вход регулятора тока, повышая тем самым эффективность компенсации реакции якоря и быстродействие системы в переходных реаимах. В большинстве случаев достаточно использовать только сигнал

о'

ГисЛ

Регуляторы контуров регулирования токов фая FBI и РВ2 осуществляют компенсацию реакции якоря потому, что сигналы и Ur¿ каждого из указании контуров содормт слагаемые, пропорциональные вадтшому току ротора (У° т). Требуемые значения параметров Кв и 1К, а также угол компенсации ®к (угол мовду током компенсации 1'к и фазной ЭДС холостого хода ротора Ь'с) задаются в БК. Функции обеспечения заданного направления даккепия и необходимого pernio работы (двигательного или рекуперативного тормовения) выполняет логическое нерэключавдое устройство ЛГ1У.

В качестве сигнала обратной связи по току якоря используется выпрямленное напряжение с трансформаторов тока (ТТ), установленных на сетевой стороне преобразователя. Указанное напряженно имеет всегда одну и ту г.э полярность, потому сигнал задания на входе контура регулирования тока (КГТ) тагске должен иметь соответствующую полярность. Для атой цели на входе ЮТ установлен электронный кляч KI, который управляется логическим сигналом h и обеспечивает подачу на вход PI либо прямого, либо инвертированного напряжения из.т установившихся режимах работы сигнал У®>т = 1Г3>Т на входо FT всегда имеет один и тот ке знак). lía вход БК напряжение задания тока т подается через диодный элемент ИД, который необходим для того, чтобы изменение знака т в переходных рекимах но привело к ослаблению МДС индуктора до значений меньше заданных. Электронпне ключи К2 и КЗ, установленные на задающих входах PBI и FB2, управляются логическим сигналом atgnu.

Так как при переходе из двигательного режима в реккм рекуперативного торможения система не может ¡обеспечить мгновенное скачкообразное изменение сигнала управления Uy на выходе РТ, имеется узет компенсации (УК) проткво-ЭДС, в состав которого входят инвертор и электронный ключ К4. На еход УК подается сигнал, пропорций-

нзльннй скорости (ЭДС), а с выхода сигттл !/К1) суммируется с гтаод-гшч напряжением РТ. Благодаря тому, что шал К4 управляется логическим сигналом П, независимо от направления вращения, Г/Кд > 0 в двигательном режиме в 1/к9 < О в регшмэ рекуперативного торможения.

В трэтьой главе рассмотрены вопросы определения структура и параметров математической модели ВД по реальному грг.фпс> переходной фушсцЕИ силовой части системы. Данный вопрос является вагашч, так кок аналитическое определение передаточной функции РД макет быть получено только приближенно. Поэтому целесообразно в процессе палвдгш системы управления произвести уточнение параметров звеньев зомкпутых контуров и прямых передач комбинированного управления. Для роиртшя- донной задачи наиболее приемлемым является продлокон-пый проф.с.Н.Родимовнм катод определения дискретной передаточной Функции, используя ¿-преобразование.

О целью упрощения процедуры прямого и обратного преобразования в донной работе использованы 2-формы в сочетании со схемами п переменных состояния. Для перехода от непрерывных координат к дискретным (от р-областп к я-области) использованы Л-фо рмн, соответ-стлуггутп методу Боксера-Талера, т.о.

п-1 _ Т 2 + I . _-2 Г гг + Юг + I . п-э Т3 з[г + I)

Р- - ПГ^Т- Р - ТГ (2 _ 1)2 • Р - (2_1}з '

Но основании данных зависимостей передаточную функции непрерывной системы вида

у{р)/и(р) = я/(рч + с^р4"1 + ... + ач_,р + ац) (I)

можно представить в дпсггротном виде схемой в переменных состояния (рис.2). Здесь X,, X - переменные фостоягаш; Л0, Я,,... В^,

, Л2,... Лч - соответствешга коэффициенты полиномов числителя л знаменателя'дискретной передаточной функции; Т -период дискрзги-

аации; - представляет собой идеальное запаздывание.

Рис.2

Согласно схеме рис.2 при скачкообразном входном воздействии ((ЛлГ] = 17) можно записать уравнения, связиващив выходную переменную у для каидого значения п - I, 2, 3, ... о коэффициентами ■ системы для любой степени д характеристического полинома. Как показали исследования при определении коэффициентов А1 по дискретным значениям выходной переменной уп, все коэффициента числителя, кроме В^, иохао принять равными нулю.

Следовательно, нухно определять коэффициенты знаменателя для дискретной передаточной функции:

П(г) =

I + А^г

-1

+

+ А гГ4 ч

(2)

Так, для д = 3, 17 = сспаг ыокно записать зависимости: по прямому каналу

Уп =

=

°п "п-в"' ^п+1 "п-2*

по обратным связям

Ьп-1Л1 + + Еп-3А3 Из (3) и (4) находим

Уп+2 = Еп-1В'

Е

и.

(3)

(4)

Еп = + Мэ + 4 )/в. (б)

Записав выражение (5) для четырех смежных значений Я ,

Еп-г' ^п-з^ и Реиал совместно с (3), (4) систему восьми уравнений, получаем:

Уп+1 " Уа " <Уа " > + " У*-2> +

+ Аэ<Уп-г - Уп-з»

(6)

- Уп+1 - <Уп+1 - Уп> + - Уп-1) + + ^з^а-1 " Уп-гУ-

Уп+э " УП+г = - Уп+1> + - +

+ ^3(1/п ~ Ув_,> Откуда находятся коэффициенты А^, Аг, Л3.

В работе получена система уравнений (7), позволяющая определять коэффициенты характеристического полинома любой степени ц: ч

УпЧ - Уа+>м - Уа+Ы_,). / - I. 2. ... ч. (7)

Искомые коэффициенты находятся решением системы алгебраических уравнений но любым 2д + I смежным значениям ординат экспериментальной переходной функции у[пТ1.

Для д = I А = (ув+, - уп)/(ув - уп_,).

Для д = 2 =

<Уп+2 - - уп-2) - (уп+1 - уануа - уа-,) .

<Уа+1 - Уп)<Уа_, - Уп-25 -

А = -У«/ - 1 - Уп) (Уа - Уп-1> ' 2 (Уа+, - уп)(уп_1- - уп-2) - (Уп - уп-,)2 '

Чтобы перейти от дискретной передаточной функции к непрорнв-

ной, нушо б последней выразить операторы р через г, используя приведенные выше соотношения. Тогда характеристический полипом (I) лапшется так:

1Цг) - 2Ч + + + ... + А*. (8)

где Л* - /,(3". аг а2,...,ач).....А* = /^(¡Г, а,, а,,...,су.

Приравняв ковффициенты с одинаковыми индексами характеристических полиномов (8) и (2), Л* - Л,, А* = А2,..., получим систему уравнений, из которой находим кошМдоциенты о1, о,,.... Коэффициент передачи К в выражении (I) определяется по установившемуся значению экспериментального графика 1/уСТ-' К - Поскольку степень полинома д заранее неизвестна, то предлогено определять ее методом цифрового моделирования переходного процесса по полученной переходной функции для принятого ориентировочно значения д. Последовательно увеличивая д и проверяя соответствие переходной функции модели реальной, легко находится линеаризованная передаточная функция, наилучшим образом соответствующая реальному объекту.

Б четвертой главе изложены вопросы построения комбинированной системы управления ВД по идентифицированной передаточной функции. Если экспериментально полученная передаточная функция силовой часта имеет ы.А «(р) - иД(р)/иу(р) = К/(рг + а(р + аг), где Уу -

скачкообразный сигнал на входе СИФУ, то мокно перейти к нормальной схеме, аналогичной приводу постоянного тока с' электромеханической постоянной времени Ти = I/а, и коэффициентом передачи - 1/0^ - К/а£. По данным соотношениям определяете)! эквивалентное сопротивление якорной цепи Яэ = Уд/^ н строится система подчиненного регулирования с регуляторами тока и скорости.

Г Г

Для более полной кошенсации инерционности системы целпсооС-• рпзко использовать ггрямые передачи по сигналам, формируема в 34, ¡'ооф1шдшнты пргата передач наиболее !>ффоктйшо выбирать по коэффициентам харистеркстлчеспого полинскз зденифярфовштой передаточной функции контура регулирования скорости (КРС). Такая система упрзвляния справедлива и для позиционного электропривода, в котором, креме КГТ и КГС, используется и контур регулирозаитш полоео-шя (1ОТ1) с регулятором положения (РП). Для управления такой сис-теией применяется ЕМ третьего порядка, в которой формяруптся четыре управлящпх сигнала, пропорциоиалыгах заданным диаграммам пэрэ-ке^штя (У1Г), скорости (Ус), ускорения (иа) и рывка. Для построения ксг.бгатнрованкой системы управления экспериментально определяется передаточная функция КРС по переходной функции, получаемой подачей на вход ГС скачксм постоянного сигнала. В большинстве случаев достаточно представить такую модель с <7 = 2, т.е. передаточная Функция КРС будет тлеть вид, как показано на рис.3,а. Пяреда-течная функция компенсирующей прямой передачи !?к(р) - ип{р)Д1п(р)-^ 1/Г?0>у(р), гдэ !Т0>у(р) = «^/(р3 + а,?2 + а2р), для ее рэалр-еациз необходимы дзгфферепцируювде звенья высоких порядков. Поэтому без применения Е.М реализовать такую систему практически неноэмоя-но. Кат ко использовать дополнительные выходные сипшлы СМ, греке основного Пп, то все прямые передачи будут пропорциональными. Это объясняется тем, что выходной каскад с?» представляет собой последовательное соединение штегр1фукцих звеньев, входные сигналы которых пропорциональны производным выходного сигнала последнего интегратора по времени, как показано па рис.3,6.

В данной глево приведены результаты, относящиеся к синтезу параметров ЗМ третьего порядки но желаемым диаграммам управляемых координат при заданных ограничениях выполнены исследования дина-

Г'

и,

п.т

зм-з

Zr

H

QzP

un

•о

РП

"к

Kâ

нрс

рА+а,р+-ал

и

п.д

Кп/Р

а)А

а

Рис.з 6

мяческих режимов при различных методах синтеза системы подчиненного регулирования. В заключении главы пршзедены алгоритмы оптимального управлегош электроприводом при многопериодпых диаграммах скорости. Такие режимы характерны для ряда малин и механизмов, которые в силу специфических требований (из условий безопасности, высокой ТОЧ1ЮСТИ позиционирования, особенностей технологического процесса) в начале и в конце рабочего цикла или на промежуточных участках диаграммы скорости должны работать на пониженных скоростях и с менызими ускорениями по отношению к основному регстму. Нродлокогшыа алгоритмы обеспечивают также автоматический выбор оптимальных ограшпений управляемых коордипат при изконешга ротгчмев работы. Универсальность данных алгоритмов заключается в том, что для перехода от общей структуры значительной слокности, ориентированной на ее реализацию с помодаю микроэвм, к более простым, достаточно изменить только входные величины.

основные результаты и выводы

1. Для большого числа машин и установок, оборудованных асинхронными двигателями с фазным ротором, важной проблемой является улучшение динпмичешеих своЛств такого рода привода, для которого до настоящего времени отсутствует акономичная, достаточно надежная, и обеспечивающая плавное регулирование во всех реяямах работы система управления.

2. Наиболее простую схему управления, подобную приводу постоянного тока, имеет созданный в последние два десятилетия универсальный тип привода - вентильный двигатель (ВД), основу которого составляет синхронная машина. Выполненный ряд теоретических и аксп«р»№н-талышх исследований подтверждает возможность построения системы привода по схеме ВД на основе асинхронной машины (ЛМ) с фазным ротором.

3. БД ьа основе АН наряду с известным недостатками, обусловленными конструктивными особенностями семой электрической машины, юле от и определенные достоинства в случае использования в качестве индуктора статора, а в качества якоря ротора, к которому в данном варнтта привода подводится основная мощность. Такая схема является перспективной для реконструкции действущих приводов с высоковольтными АМ (шахтные подъемнне машины, конвейерные установки большой мощности, турбоыашины).

4. Поскольку БД на основа АЫ с фазным ротором представляет собой слояный диньмичоский об'ьект, математическая модель которого моьшт быть получена только приближенно, в данной работе предложено для синтеза параметров регуляторов использовать идентифицированную передаточную функцию, полученную по реальному графику переходного процесса, снятому при наладка привода.

Б. Для получения передаточной функции БД но дискретным значениям переходной функции разработан метод, основанный на использовании 2 форм при прямом и обратном преобразовании в сочетании со схемами в переменных состояния.

6. Как показали исследования, исходя из свойств рассматриваемой системы привода при идентификации достаточно определить кооффмци-енти характеристического полинома дискретной передаточной функции по лм*им 2(/ + I смоиным ординатам реального переходного процесса при ступенчатом ьяодном воздействии (д - предполагаемая степень полинома). Коэффициент передачи находится по установившемуся значению контролируемой переменной.

7. Так как все вычисления, связанные с идентификацией, выполняются на ЭВМ, то реальную величину д предложено определять методом цифрового моделирования переходного процесса по шлучошюй переходной. Функции для конкретного значения о. Последовательно увеличивая д ц

проверяя соответствие переходной функции модели реальной, легко находится яелаемая линеаризованная передаточная функция ВД. 8- Ввиду того, что в случае д > 2 переход от полученной математической модели в виде дробно-рациональной функции к нормальной структуре, аналогичной силовой схеме привода постоянного тока, представляет определенные трудности, предложено применит^ комбинированное управление по задающему воздействию с коэффициентами прямых передач, определенными с учетом параметров идентифицированной передаточпой функции объекта. При этом сохраняются контуре подчиненного регулирования тока и скорости.

9. Разработанная универсальная структурная схема управляющего алгоритма позволяет, используя многоканальную задащую модель третьего порядка в решила комбинированного управления получить любую встречающуюся на практике диаграмму скорости. Кроме этого, данная система осуществляет автоматический выбор ограничений, удовлетворяющих определенным критериям оптимального управления.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Чермалых Т.В., Медеи Халед Ф.А., Шабо Камил. Системы оптимального управления позиционным тиристорным электроприводом с многоканальной задающей моделью. - Киев, 1994.- 49 е.- (1Тропр./НАН Украины. Ин-т электродинамики; Л 762).

2. Чермалых Т.В., Мадхи Халед Ф.А., Аль-Юсеф Ахмад. Автоматическое управление вентильным двигателем с задающими моделями // Труды 2-й Украинской конференции по автоматическому управлению, том 2. -Львов, 19Э5. - С.64,65.

3. Чермалых В.М., Яценко О.Я., Мадхи Халед Ф.А. Система управления слоеными электромеханическими объектами с переменной структурой в

скользящем режиме // Труду 3-й Украинской конференции по автоматическому управлению, том 3. - Севастополь, 1996. - С.59,60. 4. Алгоритмы оптимального управления электроприводом с многопэрн-одной диаграммой скорости / Чермалых В.Ы., Яценко О.Я., Надхи Ха-лед Ф.А.: Нац.техн.ун-т Украины "Киев.политехи.ин-т"- Киев, 1996.12 е.: ил. - Библиогр.: 2 назв. - Рус. - Деп. в УкрИНГЗИ 27.03.96, » 798 - Ук96, аннотировано ВИНИТИ, 1996, й 7 (295), О/о ЦБ.

Личный вклад автора. В работах, написанных в соавторстве, автору принадлежат: разработка структуры и алгоритмов функционирования ИЛ третьего порядка [1,3], методика выбора параметров прямых передач комбинированного управления БД 121, Алгоритмы оптимального управления электроприводом с многопериодной диаграммой скорости [41.

Ключов! слова: вентильний двигун, вадаюча модель, комб1нованв керування, 1двнтиф1кация.

АННОТАЦИЯ

Ыадхи Халед Ф.А. Комбинированная система управления вентильным двигателем (ВД) на основа асинхронной машины с фазным ротором. Дисертация на соисканое учоной степепи кандидата техпичесгап; наук по специальности 05.09.03. - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование. Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт, Киев, 1997.

Закидаются методы построения структуры и алгоритмов функционирования системы управления ВД с трехфазным индуктором и многоканальной задающей моделью, которая.формирует и подвет по прямым каналам на регуляторы тока и скорости оптимальные задающие воздействия. Предложено для уточнения математической модели ВД использовать действительный графж переходной функции объекта, полученный при наладке привода, используя метод Z-форм совместно со схемами в переменных состояния. Получены формулы для определения коэффициентов характеристического полинома любой степени.

ANNOTATION

Khaled Fathl Hadhl. Combined aiatem of control of permanent magnet motor (PMM) on the base or asynchronous machines with phaseo rotor. Dissertation submitted for a Technical Sciences candidate's degree for speciality 05.09.03. - Electrotechnlcal Complexes and Systems Including Their Control and Regulation. National technical University of Ukraine "Kiev polytechnic Institute", Kiev, 1997. The author Is defending methods of construction of structure and algorithms of function the System of control PMM with 3-Phases Inductor and manychannels supplied model, which formulates and supply by direct connection or current and Yeloslty regulator optimal Bapplled lnf варр1led Influctions. The usage real graphic of transfer function of object for determination of mathematical model of PMM, received of treating the drive, using the Z-Forra method with conjunction of scheme lii changing condition are offering. The formulation of coefficients characteristic pollnom any rang are received.

Ключов! слова: вентилъний двигун, задаючя модель, комб!норпне керування, 1дентиф1кация.