автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Микрошаговый режим работы асинхронного инверторного электропривода

<?г

Ни прлилх рчТч'опнсп

ЛЕБЕДЕВ ВЛАДИМИР АЛЕКСАНДРОВИЧ

МИКРОШАГОВЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ АСИНХРОННОГО ИНВЕРТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

05.09.03 Электротехнические комплекты м системы, нключля 11.x упрлнлеиие и реплпроиапие

А в т о р с ([) с р я г

диссертации па соискание ученой степени кни.ш.чата технических намч

КРАСНОЯРСК - 1995

Раоота выполнена о Красноярском государственном техническом уннверситетет

Научный руководитель: доктор технических наук . профессор.

Заслуженны!! деятель науки и техники РФ Соустин Б.П.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор.

Иванчура В Н.

кандидат технических наук, доцент Забуга В.Л.

Ведущее предприятие: Научно-пронаводстаенное объединение

прикладной механики, г. Крпсноярск-26.

Защита состоится "29" декабря 1995 г. в аудитории Д-438 п "14" чяс. "00" мин, на шеедании диссертационного Совета Д.064.54.01 Красноярского Государственного технического университета по адресу: 661)074. г. Красноярск, ул. Киренекого 26.

С диссертацией мо'.кно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан " ¿г •• 1995 г

Ученьш секретарь ; / -х-^деж гор технических наук,

диссертационного Совета - ' профессор В.Н. Тимофеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Возрастающие технологические требования к современным электроприводам и развивающаяся тенденция использования полупроводниковых асинхронных электроприводов обусловливает развитие теории электромеханических переходных процессов и поиск-ц новых способов управления. Появление более быстродействующих и малогабаритных вычислительных машин и микропроцессоров, промышленный выпуск серийных преобразователен дают возможность создания и применения качественно новых алгоритмов управления и расширения функциональных возможностей приводов с короткозамкнутымн асннчронными двигателями.

Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели являются наиболее быстродействующими, надежными в работе, более простыми и менее дорогостоящими в изготовлении, но более сложно управляемыми по, сравнению с двигателями постоянного тока, шаговыми двигателями и другими двигателями специального назначении.

Частотное управление асинхронными электродвигателями широко используется в промышленных системах и системах специального назначения при регулировании скорости. Меньшее распространение ло-лучилп системы позиционирования из-за использующихся методов управления. Использование режима малых дискретных перемещений (мнкрошагов) в сочетании с .известными способами управления открывает новые возможности реализации заданных траекторий точного движения на сверхнизких скоростях без существенного усложнения системы управления приводом.

В работах М.Г.Чиликнна, Б.А.Ивооотенко, Ю.З.Ковалева, Л.Б.Масандилова, В.П.Рубцова. И.И.Петрова и других исследователе!! достаточно полно разработана теория дискретных электроприводов с использованием шаговых двигателе!!, асинхронных двигателе!'! с фазным ротором, а также короткозамкнутых двигателем со специально введенной конструктивной месимметрнен ротора.

В работах С.П.Злхареико, В.П.Луковннкова разработана методика расчета электроприводов шагового движения с общепромышленными асинхронными короткозамкнутымн двигателями для получения шагов.порядка 30. 60 ,90, 120 электрических градусов. Точность шага-пня определяется единицами градусов. Разработана математическая модель для расчета таких режимов и ряд схем енлозои части привода для их реализации.

Релейные позиционные электроприводы с короткозамкнутымн асинхронными двигателями рассмотрены в работах В.А.Шубенко, И.Я.Браславского, Р.Т.Шреннера.

В работах А.С.Сандлера и Р.С.Сарбатова приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований прямых пусков и реверсов асинхронного двигателя, питаемого от инвертора на пони-

женных частотах, приведено приближенное аналитическое определение границы дискретного движения привода и первого максимума мо-мелта, проведен анализ влияния параметров управления и нагрузки на дискретность движения привода с целыо умег^миення пульсаций скорости л момента.

В то же время практически отсутствуют работы по анализу ¡1 синтезу электроприводов (или даже режимов работы электропривода) позволяющих получать дискретное движение асинхронного коротко-замкнутого двигателя с величиной шага в пределах от одной угловой минуты.

Решение теоретических вопросов при исследовании электромагнитных и электромеханических переходных процессов микрошагового режима короткозамкиутого асинхронного двигателя, создание методики расчета режима малых дискретных перемещений и нх реализация является актуальной задаче:!. Данная работа выполнялась в рамках программ МВ и ССО "Оптимум", программы Минвуза РСФСР "Прочность".

Целью работы является исследование режима малых дискретных перемещений асинхронного штерторного электропривода с величиной шага в диапазоне от одной угловой минуты до одного градуса, создание методов управления и расчета микрошагового режима.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следуго-щие основные задачи:

- разработать математическую модель режима малых дискретных перемещений асинхронного штерторного электропривода;

- разработать методики определения величины шага, скорости и времени перемещения;

- разработать программное обеспечение для расчета шагового режима при различных алгоритмах управления;

- создать стенд для экспериментального исследования и испытания динамических режимов электроприводов, в том числе .. в режимах позиционирования и дискретных перемещении;

- разработать программное обеспечение для автоматизации экспериментальных исследований и испытаний электропривода в микрошаговом режиме работы:

Методы исследования. Теоретические исследования базируются на математической модели асинхронного двигателя в двухосной системе координат с использованием обобщенных пространственных векторов и операционного исчисления. При решении уравнений электромеханических переходных процессов в электропривод, используетст метод "декомпозиции". Уравнения электромагнитных и механических процессов в электроприводе рассматриваются отдельно, а уравнением связи является выражение электромагнитного момента двигателя. Это позволяет аналитически решить уравнения переходных процессов на интервалах непрерывности напряжения и момента нагрузки и провести аналитический анализ фрагментов переходного процесса. Разработан- ,

ные методы ориентированы на применение персональных IBM совместимых ЭВМ.

Оценка допущении. правомерность результатов теоретических исследовании и разработанных методик, работоспособность предложенных алгоритмов управления асинхронным электроприводом для получения мпкрошагоного движения проверялись экспериментально на разработанном испытательном стенде и в производственных условиях.

Научная пошила работы заключается в следующем:

!. Разработана математическая модель аспнхр'оннога инверторно-го электропривода в микрошаговом режиме^аботы.

2. Представлены принципы и способы формирования момента двигателя для получения заданных малых, дискретных перемещении.

3. Предложена методика определения характеристик мнкрошаго-вого режима в зависимости от параметров управления.

Созданы новые алгоритмы управления электроприводом (инвертором) для получения заданных малых дискретных перемещений. t

5. Созданы новые алгоритмы и программы для расчета на ЭВМ асинхронного штертортю! о электропривода в мнкрошаговом режиме работы.

Практическая иенпость работы состоит в следующем:

1. На основе анализа функциональных возможностей алгоритмов управления приводом при микрошаговом режиме работы разработаны практические рекомендации по их применению.

2. Разработаны алгоритмы управления электроприводом в мнк-рошаговом режиме работы как для малых, так и для больших инерционных нагрузок, а также различных моментах сопротивления.

3. Созданы методики расчета микрошагопого режима работы асинхронного инверторно^о электропривода.

4. Сошна универсальная лсследовательско-нспытателыгая установка, позволяющая исследовать динамические режимы электроприводов, проводить математическое и физическое (экспериментальное) моделирование переходных процессов в диалоговом режиме и оперативно сравнивать экспериментальные результаты с расчетными.

5. Созданы алгоритмы н рабочие программы автоматизированных испытаний асинхронного ннверторного электропривода.

6. Разработан и изготовлен опытный образец асинхронного ин-верторного электропривода с короткозамкнутьш асинхронным двигателем ДАТ-3267! с возможностью получения микрошагового режима работы, как дополнительного режима при необходимости высокой точности позиционирования н pea лизании следящего режима на сверхнизких скоростях.

Научные н практические результаты диссертационной работы могут быть использованы для усовершенствования асинхронных ннвер-торных электроприводов, а также для автоматизации испытаний электроприводов различного назначения и'исполнения.

Защищаемые тетей.

. 1. Прсдложешиьч магматическая .модель асинхронного шшертор-ного электропривода потоляет проводить иимедовапия в микроитго-вом режиме работы.

2. Разработанные алгоритмы управлеииг инвертором обеспечивают получение заданных одиночных импульсов и серии перемещений.

3. Полученная методика расчета позволяет определять параметры управления для обеспечения заданных дискретных перемещении.

4. Расчетные характеристики режимов в зависимости от параметров управления с удовлетворительно» точностью совпадают с экспериментальными.

5. Функциональная, структурная схемы л алгоритмы работы стен?, да для исследования и испытаний динамических режимов работы электроприводов могут использоваться для любых систем позиционирования асинхронных электроприводов.

Реализация результатов работы. Опытный образец инверторного асинхронного электропривода с дополнительным микрошаговым режимом работы передан Томскому НИ'ИПП в качестве привода для двухкоордпнатиого. стола, используемого при производстве полупроводников. Еще один опытный образец испытывался на НПО ГШ в качестве Альтернативного варианта шаговому'двигателю в приводе системы поворота антенн. Там же были внедрены алгоритмы автоматизации испытаний электроприводов систем поворота антенн.

Апробации работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на международной научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока" (г. Екатеринбург 14-17 марта 1995 г.), республиканской научно-технической конференции (г.Мннск 1994 г.)

Публикации. Результаты проведенных теоретических ч экспериментальных исследовании исследовании опублилог.аны в 2 отчетах о Н11 Р. 7 печатных работах..

Структура а объш работы. Структура диссертационной работы па 125 страницах мцшишпнсаого текста, иллюстрируете,; рисунками и таблицами на 60 страницах и состоит т пведення, 4 глас, заключения, списка литературы :тз 92 наименовании н приложение.

Содержание работы.

Во гвед:шш обосновала актуальность диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, выделены основные г;о-ложепил, имеющие новизну и практическую ценность.

С персон главе приводятся требования к электроприводу, работающему в режиме малых дискретных перемещений, требования к математической модели. . '

Показано, что при исследовании режима милых дискретных перемещений необходимо учитывать скорость и время нарастания и спада электромагнитного момента двигателя и, как следствие этого учитывать дискретное изменение.напряжения в момент коммутаций обрат--

ных диодов при закрытых транзисторах инвертора. Также необходимо учитывать свободные составляющие тока ротора при закрытых ключах инвертора.

Математическая модель электромагнитных процессов в системе инвертор-двигатель при формировании дискретных перемещений имеет неременную структуру, зависящую ог состояния ключей инвертора и фазных токов двигателя, и содержит три расчетные схемы:

Первая схема это классическая модель асинхронного двигателя с неподвижным ротором. Приводя уравнения трехфазной машины, с помощью известных координат ных преобразований, к двухфазной машине получаем две пары независимых уравнений, которые решаются аналитически па интервале непрерывной проводимости ключей инвертора. Уравнения решаются а координатной системе, одна из осе»! которой совпадает с осыо одной и> фаз статора.

Расчетная схема имеет вид:

&& /. - ^

Рис. |.

Уравнения электромагнитных процессов при этом следующие:

+ 1 ¿к-.V/ ' Л '

с! /,. , с/ /'

7 г -т ; +1 ~ +1,

Ув

-с/г

си с!(

<Н,р

III

'Н,

(1)

ф, (¡1

сНф

Г,,Ч 'г/1 + Цр

+ 1

ш/З

(И

Выражение электромагнитного момента двигателя имеет вид:

Л/м = /.ш((те 1,е~1ф1п,)\ (2)

Изменение структуры и переход ко второй расчетной схеме происходит при прерывании тока в одной из фаз статора. Эта ситуация может возникнуть при 120-градусном управлении инвертором и при запирании всех транзисторов инвертора, когда токи фаз статора замыкаются через обратные диоды. В этом случае обмотки двух "оставшихся" фаз включены последовательно и по ним протекает один ток. Векторы тока и напряжения находятся на одной оси и прекраща-

ется магнитная связь статора с той фазой ротора, которая соответствует отключенной фазе статора. При этом уравнения двигателя надо решать в координатной системе, ось которой совпадает с направлением вектора тока статора. Эта координатная сис-.'ма оказывается повернутой относительно первоначальной на углы в 30, 90, 150, 210, 270, 330 градусов с зависимости от положения вектор;- тока статора. Изменение эквивалентного сопротивления статора учитывается при координатных преобразованиях изменением коэффициента, выравнивающего амплитуды изображающего и фазного векторов (»место коэффициента 2/3 берется коэффициент 1/2).

Расчетная схема для этого случая представлена на рис. 2

(3)

Рис. 2.

Уравнения электромагнитных процессов при этом имеют вид:

и-г ; + ; 21 + / ■

а• '¡а яа' ^ ■Чш' ,, т ита' >

С11 111

0 = г ,

га *га га ц ^ ^ ^ *

Электромагнитный момент при этом определяется выражением:

Мхк-Ьт^а. у; (ч)

Следующее изменение структуры и переход к третьей расчетной схеме происходит в момент закрывания всех ключей инвертора (транзисторов и обратных диодов) при незатухиийс токах ротора. Расчетная схема представлена на рис. 3

Рис. 3.

Уравнения электромагнитных процессов примут вид:

/I • /

<> = г,„ + и,

7/ '

0 - Гф 'г/1 + 1-г{1

111

Эквивалентные напряжения расчетных схем и >равнений ии. Ь\>„ (/,/ • имеют дискретный характер. (/«, и (Уц,- - составляющие изображающих векторов напряжений 1-6 согласно'диаграммы рис. 4 а. Ь'а/ -соответствует векторам Г-6' для расчетной схемы 2.

Напряжения /У«,, Щ, V,,/ - постоянны на интервале между коммутациями ключей инвертора (такте) Тг Координатные преобразования, выполняемые при закрывании обратного диода одной из фаз статора изображены на рис. 4 б. ¿я*/*'

Рнс. 4.

Приближенные, с последующим уточнением, аналитические определения времен проводимости обратных диодои и аналитическое решение уравнений (1)-(5) на .интервалах, непрерывной проводимости транзисторов инвертора гозволяют определить значения токов двигателя на момент любой коммутации и последовательно просчитать граничные значения всех тактов процесса формирования шага или серии шагов. Затем, в зависимости от заданной точности, можно задать любой шаг расчета и построить кривые переходных процессов. При этом не накапливается систематическая погрешность и шаг расчета не влияет на точность определения мгновенных значений токов, момента, скорости и перемещения.

/ (Годограф вектора I тока статора

// I \

Годограф вектора тока ротора Рис. 5.

Годограф векторах напряжения статора

Годографы векторов токов статора, ротора и напряжения статора при двухтактном переключении транзисторов инвертора и отключении инвертора представлены на рис. 5, где точка а - переключение инвертора из состояния 1 в 2. точка б - момент з;'--:рытия транзисторов инвертора, точка п сответствует отключению обратного диода одной фазы. точка г - закрытие всех обратных диодов, прекращение тока инвертора.

Переключение напряжений в расчетной схеме 1 происходит под управление заданного алгоритма (файла управления), а при закрывании транзисторов инвертора переключение напряжений и смена структуры 1-2-3 (расчетных схем) происходит под управлением фазных токов двигателя (естественные коммутации).

Во «торой главе рассматривается двух, трех и четырехтактное формирование электромагнитного момента двигателя, решается уравнение движения.

При решении уравнения движения принимается допущение о независимости протекания электромагнитных процессов двигателя от движения ротора т.к. угол и скорость поворота ротора составляют не более 1% от угла и скорости поворота магнитного поля двигателя. .

В большинстве промышленных установок нагрузку двигателя составляет динамический момент и реактивный статический момент, в частности для исследуемого позиционного привода это момент сухого трения. Поэтому уравнение движения имеет вид:

м s e'Sj ' ~ К s'gnf«); (6)

Мц - постоянны на интервале непрерывной проводимости ключей инвертора и дискретно меняются при переходе к следующему интервалу.

Существует аналитическая зависимость максимального момента на втором такте от длительности первого такта, поэтому вводится определение граничной Ашпкпышапи такта (7"1Г) - длительность такта при которой максимальное значение момента на следующем такте равно моменту сопротивления. При формировании дискретных перемещений, нижняя граница Длительности такта 7]Р, а верхняя определяется токоограниченнем и насыщением двигателя.

Интегрирование уравнения движения проводится по интервалам непрерывности правой части уравнения (6). Решение уравнения движения примет вид:

Л>(о = ){МЫ - мс)Л + )(МШ - M,)dt + I(М„ - Mc)dt + '¡(М,м - Mc)di.

I; II ' '«1 '«!

О)

Для конечного числа интервалов интегрирования п решение уравнения движения имеет вид:

■'I

V*l) .

i ' 1

для скорости:

1 ü f 3 «(0 = 7 I

J н [

где:

n - количество интервалов интегрирования, j - помер интервала интегрирования, tj- начало /'-того интервала интегрирования, tj+i- конец/-того интервала интегрирования, для угла поворота ротора:

А/

С -':»)■

(8)

р(0 = т2

ivl

У

I I.

5.

■S'/.i

М

Л/г /-

- + 'W,. /, + СО п)

(9)

Так как постоянные времени экспонент, составляющих функцию момента отличаются примерно в 20 раз, то принимая "медленные" экспоненты постоянными, для крутых фронтов импульса момента, аналитически определяются пределы интервалов интегрирования: время начала движения, время достижения максимальной скорости и время шага (точки /;«, При необходимости, расчет уточняется методом последовательных приближений. Для пологих фронтов импульсов момента. когда длительность коммутационных тактов в несколько раз превышает постоянные времени "крутых" экспонент, пределы интервалов интегрирования определяются также аналитически, но с учетом только "медленных" экспонент.

Зная пределы интервалов интегрирования, в пределах исследуемого диапазона задается шаг расчета, в зависимости от требуемой точности, и вычисляются мгновенные значения скорости и угла поворота ротора.

Зависимости максимальных значений электромагнитного момента на втором, третьем и четвертом тактах а функции длительности периода переключений транзисторов инвертора представлены на рис. б..

Двигатель 4АА-56-В4

0 0.02 0,04 0,06 0,08 0.1

а)

а.

0.02

J

Рис. 6.

где: кривая 1 - максимальное значение момента на 2-м такте при ишш=300 в, 2 - максимальное значение момента на 3-м такте при иШв=300 в, 3 - максимальное значение момента на 4-м такте при ишШ=300 в, 4 - максимальное значение момента на 3-м таете при и„ш,=400 в, 5 - максимальное значение момента на 3-м таете при и,,па=500п.

При необходимости форсировки электромагнитного момента на третьем такте или изменения знака момента, с целью получения необходимой интенсивности торможения, можно пользоваться расчетными характеристиками зависимости максимального момента на третьем такте от периода переключений для различных вариантов включения инвертора на третьем такте. Кривая 1 - для последовательности состояний инвертора N. //+1, ЛЧ-2, кривая 2 - N. N+1, Л'+З, кривая 3 - /V, N+1, /У-2, кривая 4 - ЛЧ-1, ЛМ, кривая 5 - N. N+1, N. (рис. 7.).

Т(сск)

0,02 0.02 U=4(№b

hic. 7.

— и=зао о

Рис. 8.

Зависимости максимального значения тока инвертора от длительности такта представлены на рис. 8.

Графическое решение уравнения движения при четырехтактном формировании момента представлено на рис. 9.

J - интервалы интегрирования; /» - время начала движения /л - время достижения максимума скорости; 1ц - общее время шага

Рис. 9.

По характеристикам рис. б определяются граничные значения длительности интервалов, по токовым зависимостям рнс. 8, и заданным предельно допустимым значениям 'Фоков инвертора определяется максимально-допустимые длительности тактов и запас по моменту. Далее, используя выражения скорости и угла поворота определяется длительность такта для получения заданного перемещения. Выбор состояния инвертора при торможении и длительность тормозного такта определяется с учетом зависимостей рнс. 7.

В третьей главе рассматриваются повторные включения инвертора и вопросы формирования серии дискретных перемещении.

Для облегчения аналитического Анализа момента двигателя при повторном включении выражения составляющих токов статора и ротора представлены в виде: '«,(') =«,1 Уа +«12 + % ',„(0). %/)(0 = а2\ Ур+ац 4/Л°) + "п ',р(°>-

1га(')= «3| и а + «32 'лсДО) + "33 '«(0). ',/1(0 = «41 Vр + «42 ЪрФ) + «43

(¡0) -

где: /уа(0), /гк(0), ¿,// (0), ¡гр (0) - составляющие векторов тока статора и ротора на момент переключения ключей инвертора.

Записывая выражение электромагнитного момента при повторном включении через амплитудные значения получим:

= Ст и,„ /„,,, с ' 5т(у).

(11)

где:

С„, - величина определяемая комбинацией произведений коэффициентов а,у выражения (10),

/„„о - модуль вектора тока ротора на момент прекращения тока статора,

Тг = ф--постоянная времени ротора,

I - время, начиная с момента прекращения тока статора, у - угол между начальным положением вектора тока ротора и вектором напряжения на первом такте повторного включения.

Зависимость максимального момента двигателя на первом такте повторного включения от длительности паузы представлена на рис. 10.

к«,, м-.,'

'.,3т

0,02 Рис. 10.

0,04

. о,о2 о.оа Сие. 11.

Максимальные значения момента на персом такте повторного включения в зависимости от длительности последнего перед паузой такта, для состояния инвертора при повторном включении Л/и А;+1 (/V - состояние инвертора на последнем перед паузой такте) приведены на рис. 12.

Если производится п повторных включений в состояние /V, то максимальный момент на (;г+1) такте повторного включения будет определяться выражением:

Л, | 7>£Г,

УТ„,

т,'

Т„, - время достижения максимума момента на гг +1 такте повторного включения,

7- продолжительность ./-того такта повторного включения,

Т„; - продолжительность паузы перед у'-ым тактом повторного включения.

В четвертой главе приведено описание ¡1 блок-схема испытательного стенда, функциональная схема и описание системы измерения и регистрации положения вала двигателя. Приведены алгоритмы работы испытательного стенда при формировании шаговых перемещений и экспериментальные результаты.

Для исследования динамики дискретных перемещений и испытаний электроприводов, в частности в режимах позиционирования, была скомплектована установка (испытательный исследовательский стенд), позволяющая в диалоговом режиме проводить автоматизированные испытания электроприводов, задавать различные алгоритмы управления, регистрировать н записывать в память информацию с датчиков электропривода, в частности с датчиков тока и положения с дискретностью до 50 не. Затем записанная информация может быть выведена на монитор ПЭВМ или на печать в виде графиков и таблиц. Кроме того, на этой же ПЭВМ, которая при экспериментальных испытаниях выполняла роль управляющей машины, проводится моделирование этих же режимов, и с помощью тех же программ обработки данных, что и при эксперименте, комплектуется информация в виде, удобном для сравнения и визуального восприятия.

Испытательный стенд содержит:

1. Подвижной столик с передачей винт-гайка (нагрузка).

2. Силовой транзисторный инвертор с нсточннком питания.

3. Короткоэамкнутый асинхронный двигатель.

4. Оптоэлектронный датчик положения.

5. Датчик тока.

6. Крейт КАМАК в составе которого:

а) крент-когроллер КХ,

б) выходной регистр 350.

в) аналогово-цнфровые преобразователи с внутренней памятью 1К типа Ф422Л - Зшт.,

г) генератор тшульсоз 730-Л,

д) счетчик импульсов -401,

е) входной регистр 305.

7. Персональная ЭВМ 'ЗМ-РС-ХТ.

Электронны!"! осциллограф. Познцнн !-5 представляет конкретный, исследуемы!! электропривод, а позиции 6-8 могут быть использованы для испытаний и исследовании любых других электроприводов.

Блок-схема испытательного стенда представлена па рис. 12. КРЕЙТ К/¡МАК

ПЭВМ

=Р

BP s

ПЕНИТЬ

¿ЦП АЦП щп ГЦ

а В 0 г

Осчилп.

_____ Рис. ¡2.

Выходной регпст]Гкр£йта через предварительньге усилители подключен к базам силовых транзисторов инвертора, что дает возможность по команде с ПЭВМ (по программе) в любой момент времени включать любое (нужное) состояние инвертора.

Аналого-цифровые преобразователи, входной регистр, генератор н счетчик импульсов предназначены для регистрации записи и передачи в память ЭВМ информации с датчиков привода.

Оптозлектронная система измерения угла позорота вала двигателя включает зубчатый диск с числом прорезей 150 по окрестности которого устаг.озлены 3 ептог.ары. сдвинутые между собой на иелое число зубцовых делений плюс одна треть зубцового деления. Сигналы опто-пар попарно срзгшпзагатся между собой па компараторах для пиделс-шм импульсов (меток) грубого отсчета. Число меток грубого отсчета N=6 Z=900, где Z - число прорезей дт'сха.

Сформированные т;лу?.ь:и лолтеотс; па ргггрспмй счетчик для определения угла полорота гл:.п. Прямым сС-ратным счетом управляет схема определения пллряплепп;! движения. Кроме того, сигналы с оптопар подаются на три программно-управляемых АЦП с внутренней памятью и nporpa.vir.iHo задаваемой дискретностью записи-гшфермашш от 50 не до 3 «кс или по внешнему тактированию.

• Экспериментальные кссязссвзнкя днкямнкн одиночных дискрет-пых перемещений, а также ".'.алых серий (2, 3, 4) перемещений проводились в пределах 1/900 оборота зала двигателя, т.е. в наделах одной дискреты измерения капала грубого отсчета.

В.'ргзультате испытании получены шаговые перемещения на углы от 40 угловых секунд до 40 угловых минут, а также серии шагов. По

fly yt . HU//I

i

^ i , -.f-ri-''2

/

i /

• -í - ]/ i

■ y .„1. /

el

J

f(</t¿ г.ми <)

jK

A

/

V/Afi—J- A

J

1

го и

8

liñ,

' MUH]

utu|c

■j-A

Я-

44л

0 ïf 2 * Crtej

flytlt.MUU)

.у/

z

ми//)

V

ÙJat

O e,s- ¿ /.s- ¿ i (NC) f(yz/t. KUf¿)

t irte)

! i

rO

û o,s i is .?. о -¿{¿о

U U

1

° o,S J /S' J.Û ttnej

Рис. 13.

окончанию шага проводились корректировочные перемещения при повторном включении и незатухшем поле ротора в заданную сторону на величину от 30 угловых секунд д£> 4 угловых минут.

На рис. 13 представлены изменения угла поворота вала двигателя, записанные с датчика положения в память персональной ЭВМ при испытаниях асинхронного инперто'рного электропривода в шаговом режиме. Одной клетке по вертикали соответствуют 4 угловых минуты, одной клетке по горизонтали - 0.5 миллисекунд.

Заключение.

1. Разработана математическая модель, позволяющая исследовать электромагнитные и электромеханические процессы асинхронного электропривода в микрошаговом режиме работы.

2. С использованием разработанных расчетных программ построены зависимости момента токов и перемещений от параметров управления и нагрузки.

3. Разработаные методики расчетов позволяют построить алгоритм управления инвертором и выбрать параметры управления для заданных дискретных перемещений в диапазоне от 40 угловых секунд до 1 градуса.

4. Разработаны алгоритмы и программы для расчета характеристик различных асинхронных двигателей в микрошаговом режиме работы для различных алгоритмов управления.

5. На основании анализа электромагнитных процессов и годографов векторов токов двигателя получен алгоритм управления при котором отношение развиваемого двигателем момента к потребляемой мощности в ¡.4 раза больше, чем в номинальном режиме.

6. Разаботаньге алгоритмы позволяют получить для промышленного короткозамкнутого асинхронного двигателя 4ДА-56-В4, 50 Гц, 180 Вт, 220 в, 1430 об/мии, Мн=1.25 Нм при моменте нагрузки 1.6 Нм и моменте инерции нагрузки /,,=2Ур устойчивое дискретное перемещение с шагом 1.2 угловой j-линуты с частотой 66 Гц. Отличие расчетных и экспериментальных результатов не превосходит 10%.

7. Создан испытательный стенд и разработано программное обеспечение. позволяющее автоматизировать исследования и испытания электроприводов в микрошаговом режиме.

8. Трех и четырех тастиое формирование импульсов для дискретных перемещений является предпочтительным перед двухтактным, т.к. при получении того электромагнитного момента потребляемая мощность на 30% меньше.

Оснозиые положения диссертации отражены л следующих работах:

1. Лебедев D.A. Микрошаговын режим работы асинхронного нн-верторного электропривода //C6opi fir к докладов десятой науч.-техн. конф. "Электроприводы переменного тока" ЭППТ-1995. г.Екатеринбург, 1995 г.- Екатеринбург. 1995,- с. 194-197.' -

2. Лебедев В.А., Пантелеев В.И. Исследование асинхронного электропривода с микрошаговым управлением //Тез. докл. республикан-

ской науч.-техн. конф. "Автоматизированный электропривод промышленных установок, Минск Î994.

3. Коробейников И.П., Кузин A.B., Лебедев В.А., Ненартович O.P., С'оустин Б.Г!. Применение микро-ЭВМ в системе управления транзисторным электроприводом переменного тока //Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. "Микропроцессорные системы автоматизации технологических процессов", Новосибирск 1986.

4. Лебедев В.А., Петров В.Л., Соустин Б.П., Ченцов C.B. Автоматизация синтеза законов управления и испытания специальных следящих электроприводов //Тез. докл. науч.-техн. конф. "Устройства и системы автоматики автономных объектов"

5. Лебедев В.А., Бражников В.Ф,", Фоминых В.П. Девятифазнын преобразователь частоты //Тез. докл. науч.-техн. конф. "Автоматизация электроприводов и оптимизация электропотреблення, Красноярск 1982.

6. Коробейников И.П., Кузин A.B., Лебедев В.А., Ненартович С.Р., С'оркип С.А., Соустин Б.П. Управление асинхронным электроприводом в микрошаговом режиме //Тез. докл. восьмой науч.-техн. конф. "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Свердловск 1989.

Лебедев В.А., Масальский А.Г., Ненартович С.Р., Пантелеев В.И., Соустин Б.П., Ченцов C.B. Прецизионный следящий электропривод с асинхронным двигателем //Тез. докл. восьмой науч.-техн. конф. "Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями", Свердловск 1989.