автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Разработка системы бездатчикового векторного управления вентильно-индукторным двигателем с независимым возбуждением

На правах рукописи

ДРОЗДОВ АНДРЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ , Л

лгА Ж

......V

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ БЕЗДАТЧИКОВОГО ВЕКТОРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ С НЕЗАВИСИМЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ

Специальность 05 09 03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0031В (

Москва 2003

003167743

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированного электро-

привода» Московского энергетического института (Технического Университета)

Защита диссертации состоится 16 мая 2008 года в 16 час. 00 мин в аудитории М-611 на заседании диссертационного совета Д 212 157 02 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу 111250, Москва, Красноказарменная ул , д 13, корп М

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического Университета)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим отправлять по адресу 111250, г Москва, Красноказарменная ул д 14, Ученый Сове г МЭИ (ТУ)

Научный руководитель доктор технических наук, доцент

Козаченко Владимир Филиппович Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Онищенко Георгий Борисович кандидат технических наук, Докукин Александр Львович

Ведущая организация ФГУП «Научно-производственное

предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом имени А Г, Иосифьяна» (НПП ВНИИИЭМ), г

Москва

Автореферат разослан

Ученый секрегарь

диссертационного совета Д212 157 02 к т н,доцент

^ Цырук С А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. Данная работа посвящена созданию системы управления одним из наиболее перспективных двигателей - вентиль-но-индукторным двигателем с независимым электромагнитным возбуждением (ВИД с НВ) Особенность данного двигатетя в том, что он не может быть просто включен в силовую сеть - он получает питание от статического преобразователя частоты (ПЧ), который отличается от классического ПЧ для управления асинхронным двигателем лишь дополнительным каналом управления возбуждением

Современные ВИД могут быть трех типов, с самовозбуждением, за счет постоянной составляющей тока в обмотке якоря, с независимым возбуждением, т е со специальной обмоткой возбуждения, расположенной на статоре, с магнитоэлектрическим возбуждением

В мире наибольшее внимание из-за простоты конструкции и технологичности их изготовления уделяется индукторным машинам (ИМ) с самовозбуждением, более известным как SRD Значительный вклад в развитие теории и практики этого типа привода внесли Ильинский Н Ф , Бычков М Г , Кузнецов В А , Фисенко В Г (Москва), Темирев А П, Лозицкий О Е , Коломийцев ЛФ (Новочеркасск), Miller Т, Lawrenson Р

ВИЛ на базе ИМ с постоянными магнитами развиваются, главным образом, для прецизионной техники и следящих систем (Балковой АП, Луценко BE) Это направление перспективно для малых мощностей (меньше 1 кВт)

Работы по созданию комплектных ЭП на базе вентильно-индукторных двигателей (ВИД) с независимым возбуждением (НВ) для энерго- и ресурсосберегающих технологий на протяжении ряда последних лет ведутся при кооперации нескольких кафедр МЭИ, - АЭП (Остриров В Н, Козаченко ВФ), ЭКАО (Русаков AM), ЭМ (Фисенко В Г), а также малых предприятий - ООО «Цикл +», ООО '<НПФ Вектор», ООО «Центр-ТехКомилект», при участии Сафоновского и Ярославского электромаши-

ностроителъных заводов Эти работы, особенно в части обеспечения повышенной надежности и резервирования за счет использования многосекционной машины и использования двух фидеров не имеют аналогов в мире

Технологически ВИД с НВ сложнее других конструкций ВИД, однако, привода на их основе, имеют следующие преимущества.

- возможность использования стандартной силовой элементной базы, в том числе мостовых инверторов, как для асинхронных 3-х фазных двигателей,

- возможность реализации современных методов управления, таких, как векторное, с качественным формированием момента,

Особенно перспективны для использования в промышленности Зх фазные ВИЛ с НВ допускающие реализацию преобразователя частоты на базе 6-и ключевого мостового инвертора напряжения Такой подход позволяет сконструировать ПЧ для управления ВИД с НВ по цене и габаритам ПЧ для частотно-регулируемых асинхронных приводов

Уникальной особенностью ВИД с НВ является его приближение по технологии управления и энергетическим показателям к СД с магнитоэлектрическим возбуждением, чго позволяет развивать для него самые перспективные алгоритмы управления, в том числе векторного и бездатчи-кового векторного, чему и посвящена данная работа

Настоящая работа строится на базе исследований выполненных Кор-пусовым Д Е и Жарковым А А в области оптимальных структур силовой части ВИЛ с НВ и оптимальных структур датчикового векторного управления В данной работе обосновывается возможность создания многосекционного ВИД с НВ с мультимикропроцессорной системой бездатчиково-го векторного управления (БВУ)

Актуальность работы состоит в ориентации на создание нового, отечественного конкурентоспособного электропривода для энергосберегающих технологий, станкостроения и электрической тяги с реализацией векторного управления и поддержкой бездатчикового режима

4

Цель диссертационной работы: Разработка системы бездатчиково-го векторного управления и техническая реализация комплекса программно-аппаратных средств для управления многосекционным вентильно-индукторным двигателем с независимым возбуждением

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1 Исследование различных методов синтеза наблюдающих систем для бездатчикового векторного управления ВИД с НВ и обоснование перспективных методов путем численного моделирования,

2 Разработка специальных структур наблюдателей, адаптированных к методам прямого токового управления инвертором, для расширения диапазона устойчивой работы системы БВУ ВИД с НВ вверх в 1 5 - 2 раза,

3 Разработка единой технологии пуска и подхвата вращающегося ВИД с НВ в режиме БВУ, в том числе для многосекционных ВИЛ,

4 Разработка элементов модульной аппаратной части для реализации предложенных алгоритмов управления,

5 Разработка концепции построения модульной структуры программного обеспечения для систем бездатчикового векторного управления многосекционным ВИД с НВ;

6 Экспериментальные исследования разработанной системы управления на опытно-промышленных образцах маломощных односекционных (менее 2 кВт) ВИД в составе лабораторного стенда и мощных многосекционных (630 кВт - 4 секции) ВИЛ на базе 4-х секций ПЧ «Универсал ВИЛ» 220 кВт,

7 Разработка и запуск в опытно-промышленную эксплуатацию комплекса аппарагно-программных средств, с реализацией векторного управления многосекционным ВИП, в том числе с поддержкой бездатчикового управления

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались

- теория электропривода и цифрового управления,

5

- методы численного моделирования (Simuhnk MATLAB),

- математические методы исследования устойчивости наблюдающих систем,

- компьютерные методы интерактивной отладки и исследования микропроцессорных систем управления с использованием интегрированной среды разработки Code Composer Studio,

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждена как на этапе экспериментальных исследований на лабораторном стенде, так и внедрением разработанных систем управления в опытно-промышленную эксплуатацию

Научная новизна работы заключается в следующем S Математическое описание ВИД с НВ, разработанное ранее (Козаченко В Ф , Жарков А А ), адаптировано к задаче бездатчикового векторного управления,

S Разработаны оригинальные структуры бездатчикового управления, основанные на комбинации наблюдателя на основе скользяща о режима и фильтра Калмана,

S Реализован метод прямого токового управления инвертором ВИГ1 для расширения допустимого скоростного диапазона вверх по скорости в два раза в режиме бездатчикового векторного управления, •S Разработана единая технология пуска и подхвата вращающегося ВИД с

НВ в режиме БВУ, в том числе для многосекционных ВИЛ, ■S Разработана концепция построения распределенных систем управления и соответствующая модульная структура программною обеспечения для управления многосекционными ВИД с НВ

Основные практические результаты диссертации состоят из экспериментальных исследованиях опытно-промышленных образцов ВИЛ малой мощности, во внедрении разработанной системы управ тения в промышленность, в частности, для районных тепловых станций г Москвы установлены 3 мощных многосекционных ВИЛ (315 кВт - 2 секции на дутьевом вентиляторе, 400 кВт - 4 секции на дымососе, 630 кВт - 4 секции на сетевом насосе горячего водоснабжения)

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на заседании кафедры «Автоматизированного электропривода» Московского энергетического института (Технического Университета)

Публикации. По теме диссертации опубликованы 6 печатных работ

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения, количество страниц 180, иллюстраций 93, число наименований использованной литературы 45 на 5 страницах

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы и показаны преимущества использования ВИД с НВ с векторной системой управления, а так же преимущества в использовании многосекционных ВИД при создании электроприводов повышенной надежности большой мощности на низковольтной элементной базе Показано, что отказ от датчика положения значительно увеличивает надежность разрабатываемой системы и дается обоснование для разработки бездатчикового варианта векторной системы управления Поставлены цели и задачи исследования

Для решения поставленных задач в первой главе рассмотрены вопросы, касающиеся математического обоснования структуры ВИП с НВ применительно к задаче бездатчикового векторного управления В первой главе приведены необходимые сведения, которые имеют определяющее значение при разработке системы бездатчикового векторного управления В частности, работа базируется на уравнениях электрического равновесия ВИД с НВ (1), которые справедливы для скомпенсированной машины с постоянной собственной индуктивностью фазы Ls, постоянной взаимной индуктивностью между фазой и обмоткой возбуждения Lt/ и постоянной собственной индуктивностью обмотки возбуждения Lr В этом случае уравнения двигателя оказываются идентичными уравнениям синхронной машины с возбуждением со стороны ротора

dv.

(l)

'V7

Ч'а = 4<а+А«C0S® »/

% = 4'P + 4 ¡>m® V > где 4, =4/

Ч/ = V' + 4cos® + 4sm® 'Ü

Приведенное математическое описание ВИД с НВ (1) обосновывает возможность применения векторного управления в d q координатах Для удобства расчета на микропроцессоре системы управления для широкого ряда мощностей, приведенные уравнения преобразованы к уравнениям в относительных величинах Дано обоснование применению относите чьных единиц при описании ВИД с НВ Приведены результаты разработки модели системы в среде MATLAB с использованием специализированных блоков с прямым программированием на языке С (рис 1)

Рис 1 Структурная схема системы бездатчикового векторного управления ВИД в осях «сЦ» (РТС7 - регутштор тока возбуждения, РТёД^ - регуляторы тока оси <1 и q)

Для исследования модели бездатчикового векторного управления средствами численного моделирования в среде МАТЬАВ БтшЬпк разработаны специальные блоки Для обеспечения высокой точности описания процессов происходящих в системе «инвертор - двигатель», создана модель инвертора, на языке С Модуль представляет собой *.сШ файл в котором содержится функция расчета поведения силового инвертора для возможных состояний ключей Для реализации системы прямого токового управления на языке С разработан модуль релейного регулятора тока Остальные модули системы векторного управления - модель ВИД с НВ, ПИ-регуляторы тока и скорости, координатные и фазные преобразования -созданы с использованием стандартных блоков втиЬпк Выбрана система базовых величин, являющаяся непротиворечивой по уравнениям электрического равновесия, имеющая физический смысл и позволяющая получить простое по форме математическое описание в относительных единицах

По результатам сравнительных экспериментов сделан вывод об адекватности математического представления всей моделируемой системы, а именно соответствие расчетного и промоделированного тока, момента, напряжения, скорости, граничных характеристик ВИД с НВ как в реальных величинах, так и при использовании описания в относительных единицах

Результатом работы, описываемой в первой главе, является подготовленная математическая модель ВИД с НВ, удобная как для синтеза улучшенных методов управления инвертором, так и для синтеза оптимальных структур наблюдателей

Одно из наиболее перспективных применений ВИД с НВ связано с высокоскоростными (до 3000 об/мин) мощными (до 1 25 МВт) регулируемыми электроприводами Ф=(5 10) 1) насосов районных тепловых станций Они выполняются многосекционными со значительным числом пар полюсов (7,13 и более) При этом в системах векторного управления возникают серьезные проблемы на высоких скоростях за счет значительной частоты фазных токов (более 400 - 500 Гц)

9

Во второй главе систематизируются и развиваются известные методы управления инверторами напряжений в режиме И1ИМ базовых векторов и предлагаются методы прямого токового управления, максимально адаптированные к задаче бездатчикового векторного управления мощными ВИДсНВ

Выявлены предельные возможности классической ШИМ базовых векторов для векторного управления ВИД с НВ - частота тока статора на максимальной скорости должна быть на порядок меньше, чем частота ши-ротно-импульсной модуляции инвертора напряжения (2)

Например, при проектировании ВИД на 10 полюсов и частоте ШИМ ЮкГц, максимальная выходная частота напряжения инвертора, при которой возможна стабильная работа контура тока будет составлять 500Гц

Для увеличения предельной частоты формируемого синусоидального тока исследован и реализован метод прямого управления ключами мостового инвертора с использованием релейного регулирования тока Проведено моделирование релейного регулятора тока в среде МАТЬ А В БипиИпк и проведены стендовые испытания на макете ВИД с НВ, которые показали хорошие результаты обеспечивается устойчивая работа регуляторов тока на выходных частотах до 1 кГц, при ослаблении поля или отсутствии нужного запаса напряжения в звене постоянного тока происходит автоматический переход в режим вентильного двигателя с разнополярной 6-и тактной коммутацией и автоматическим регулированием угла коммутации в функции скорости

Третья глава посвящена разработке наблюдателя на основе скользящего режима для реализации бездатчикового векторного управления

В первой части главы приведен обзор современных наблюдателей на основе фильтра Калмана, скочьзящих режимов и адаптивной модели. Дано их сравнение и показаны преимущества и недостатки каждого из методов На основании проведенного анализа и сформулированных требований оп-

п™[об!мин}^Гшш{Гч] 60 10-20

(2)

ределены наиболее рациональные структуры наблюдателей для системы бездатчикового векторного управления, а для реализации системы БВУ ВИД с НВ выбрана комбинация наблюдателя на основе скользящего режима и фильтра Калмана

Суть предлагаемого метода идентификации заключается в том, что ошибка между расчетным и измеренным токами двигателя, корректируется релейным звеном, образуя скользящий режим стремящийся свести ошибку к нулю Уравнения наблюдателя построены таким образом, что оказалось возможным разделить уравнения электрического равновесия от уравнения электромагнитного момента и наблюдатель фактически работает только по уравнениям равновесия Уравнения наблюдателя оказываются независимым от нагрузки на валу, момента инерции механизма, и прочих механических параметров

Сделано важное замечание, дающее физическую интерпретацию работы наблюдателя Структурная схема двигателя всегда содержит контур коррекции напряжения со стороны ЭДС Эту же роль коррекции выполняет релейное звено в наблюдателе Если значение тока, рассчитанное наблюдателем равно измеренному току, то релейный элемент выдает сигнал равный ЭДС двигателя Релейный сигнал можно отфильтровать, используя фильтр Калмана для синусно-косинусного сигнала Для получения сигнала потокосцепления необходимо последовательно с релейным звеном включить интегрирующее звено, или звено близкое к нему по свойствам в области высоких частот - например инерционное звено. На рис 2 приведена структура предлагаемого наблюдателя с оценкой потокосцепления

Данный наблюдатель исследован с применением математических методов, в частности теории устойчивости Ляпунова Получены условия гарантирующие устойчивость работы наблюдателя на основе скользящего режима и математически доказана малая чувствительность такого наблюдателя к неточности задания параметров ВИД с НВ Рассмотрен вопрос об ограничениях, накладываемых на бездатчиковые системы управления ВИД

с НВ при низких скоростях вращения, а также способы работы на низких

скоростях.

У

. в '

.41 " ; :

Рис. 2 Наблюдатель с оценкой потокосцепления.

Рассмотрен и успешно решен важнейший вопрос идентификации состояния многосекционного ВИЛ на ходу. Данный режим необходим для независимого останова/запуска любой секции в многосекционной машине при условии, что двигатель включен в работу, вращается и есть необходимость подключить дополнительную секцию. Суть метода состоит в приложении к обмотке статора включаемой секции нулевого вектора напряжения с небольшой скважностью и одновременной работе наблюдателя вектора потокосцепления ротора. Преимущество решения - восстановление на ходу не только положения и скорости ротора ВИД, но и попутная идентификация всех переменных состояния наблюдателя и системы БВУ. Метод предполагает установку в звено постоянного тока (ЗПТ) небольшого резистора и силового ключа для исключения повышения напряжения в процессе «подхвата».

Разработанный алгоритм подхвата системы бездатчикового векторного управления потребовал дополнительной доработки наблюдающей системы. Предложена оригинальная структура улучшенного наблюдателя, нечувствительного к неточности задания напряжения рис. 3.

Us(alfa/beta^^ ''

наблюдатель на основе скользящего режима

И* !

Р i

д %

Я9Н л

компенсация смещения

ш

ш

sin/cos

, E.alfa " E_beta

шш

teta_

omega_ele^

фильтр Калмана и определение положения ЭДС

Рис. 3 Структура улучшенного наблюдателя.

Разработанная базовая модель системы векторного управления в среде MATLAB дополнена наблюдающими алгоритмами и проведено ее полное исследование, которое подтвердило правильность синтезированных наблюдателей. Продемонстрирована робастность и устойчивость работы бездатчиковой системы управления, в т.ч. в режиме подхвата.

В четвертой главе приведены результаты разработки специализированных аппаратных и программных средств для реализации системы управления ВИП. Дано обоснование выбора микропроцессорного устройства. Показано, что предлагаемые алгоритмы могут быть успешно реализованы на микроконтроллере TMS320F2810 компании Texas instruments. Рассмотрены требования к архитектуре контроллера системы управления ВИП. Приведены технические данные разработанных контроллеров для управления ВИП. Предложена структура унифицированного программного обеспечения для полноценной реализации систем векторного управления, в том числе бездатчикового.

Приведены примеры построения распределенной системы управления многосекционным ВИД, с реализацией «виртуального мастера» в одной из секций ВИП. Суть предлагаемого метода заключается в том, что «виртуальным мастером», от которого секции принимают задание, являет-

ся та секция, на которую в текущий момент времени приходит задание скорости, удаленно по сети MODBUS или локально с пульта управления При этом если такая секция выходит из строя, то задание автоматически перенаправляется в другую секцию, которая в свою очередь становится «виртуальным мастером» За счет применения такого алгоритма обеспечивается резервирование мультипроцессорной системы управления многосекционным ВИП

Разработана единая технология пуска и подхвата многосекционной машины Суть ее заключается в том, что в бездатчиковом режиме при пуске сначала включается алгоритм идентификации скорости Если идентифицируемая скорость находится в зоне работы бездатчиковой системы векторного управления, то происходит переход в режим бездатчикового управления, а если скорость ниже, то происходит синхронный пуск от за-датчика интенсивности в разомкнутой частотно-токовой системе

Дано описание структуры аппаратной части мультипроцессорной системы управления ВИД с ЙВ, построенной на базе разработанного специализированного контроллера МК 17 3 , описаны предложенные методы организации межмодульного взаимодействия отдельных контроллеров секций и интеллектуальных пультов для оперативного управления по локальной сети CAN с протоколом обмена CANopen, методы сопряжения с системами верхнего уровня управления по сети MODBUS RTU

Важной частью разработки системы БВУ для ВИД с НВ является разработка полноценного ПО для промышленного применения Созданное программное обеспечение обеспечивает возможнее ¡ь полноценной наладки как силовой части ПЧ отдельно, так и бездатчиковой системы управле ния ВИД с НВ, содержит весь комплекс защит и предупреждений В его состав входят дискретные автоматы управления режимами работы привода и релейно-контахюрной аппаратурой рабочих станций, разработанные с использованием современных switch технологий

В пятой главе приведены результата исследований разработанной системы бездатчикового управления на опытном образце ВИД с НВ «ДВИ-

14

3» в составе лабораторного стенда Приведены результаты исследования распределенной системы управления на опытно-промышленных мощных многосекционных ВИП Показаны примеры внедрения в промышленность разработанного комплекса программно-аппаратных средств, для управления мощными многосекционными ВИП

Лабораторные исследования проводились на кафедре АЭП МЭИ с применением опытно-промышленных образцов двигателей «ДВИ-3» мощностью 2 2кВт производства Ярославского машиностроительного завода Алгоритмы управления мощными многосекционными ВИД с НВ (до 630 кВт) отрабатывались в процессе приемо-сдаточных испытаний двигателей и комплексных систем управления на испытательном полигоне Сафоновского электромеханического завода

В главе приведено описание экспериментального стенда и результаты исследования на нем ВИД с НВ в режиме векторного управления с использованием сигнала от датчика положения и без него (бездатчиковый режим) Показано, что векторная система с датчиком положения полностью обеспечивает работоспособность ВИД с НВ в широком диапазоне скоростей (до 5000 1) и момента (до 100-1) Датчиковый вариант системы векторного управление принимается эталонным для сопоставления с результатами исследования бездатчиковой системы Результаты экспериментальных исследований бездатчиковой системы полностью подтверждают правильность синтезированных наблюдателей структуры системы управления ВИД с НВ в целом (рис 4, рис 5)

Экспериментальное исследование мощных многосекционных ВИД с НВ (до 630 кВт) проводилось на заводе изготовителе в испытательном цехе В качестве нагрузки применялся высоковольтный синхронный генератор (1 МВт) Система управления выполнена на базе 4-х преобразователей частоты «Универсал-220» объединенных по промышленной сети CAN и осуществляющих согласованное управление 4 секциями многосекционной машины (рис 6)

1!, об/мй*

Рис. 4 Характеристика векторной системы управления с датчиком положения. Разгон от О до 1500 об/мин. реверс и последующее торможение до остановки.

Рис. 5 Характеристика бездатчиковой векторной системы управления. Разгон от 75 до 1500 об/мин и последующее торможение через генераторный режим до 300 об/мин.

Фидер11 оя,-

Оту-^-

СУ1

Фидер2[~

о,*? и

Фидер1 Г

ФидерЗГ

Силовой канал №1

ПЧ1

ОгЗ КМ1

^-ГН

КМ1 ^

0!=2

г' о,

4

со

со §

1

возбуждения!

Силовой канал №2

Силовой канал №3

Силовой канал №4

СУ1

Рис. 6 Структурная схема многосекционного ВИП

Успешно проведенные испытания позволили перейти к этапу опытно-промышленной эксплуатации В главе приведены результаты внедрения мощного многосекционного вентильно-индукторного двигателя с независимым возбуждением в качестве отказоустойчивого высоконадежного привода для ответственных применений В качестве примера взят двигатель установленный на сетевом насосе горячего водоснабжения РТС «Коломенское» Номинальная мощность привода составляет 630 кВт, частота вращения 1500 об/мин Высокая надежность привода обеспечивается за счет использования двух фидеров и автоматического переброса мощности системой управления на 2 секции секций при отключении питания на одном из фидеров При таких переходах динамические просадки скорости не превышают 4-5%, что и требуется по условиям технологии

—я,-—• По техническим

■ <>! напряжение Шс,

4*5«. .р-

Рос напряжения на ЗПТ пси подхвате

■а4 г° - -

ч-

"пг ' и а '--а' - и^

"" 1л

; требованиям ВИП дотжен

3 обладать возможностью

1

запуска при вращающемся вале («подхват»)

Бездатчиковый подхват исследовался на скорости 800 об/мин На рис 7 показаны участки идентификации скорости и соответствующие им изменения напряжения на звене постоянного тока В точке выключения инвертора скорость вала составляет 1300

Рис 7 Оспихтограммы процессов в режиме безда!-чикового подхвата (вверху - напряжение на ЗПТ, внизу - скорость по наблюдателю)

об/мин После выключения алгоритм идентификации не работает и значении идентифицируемой скорости

по наблюдателю (фильтру Калмана) становится равным О В момент выключения секции, значение напряжения на ЗПТ немного поднимается, т к уменьшается отбор мощности. При подаче команды «пуск» запускается импульсный алгоритм идентификации положения ротора, который через некоторое время (порядка 0,5с) выдает правильное значение скорости, что видно на спадающем участке таХограммы На этом участке происходит рост напряжения в ЗПТ, связанный с генераторным режимом работы секции двигателя в режиме подхвата. Предложено, для исключения перенапряжений в ЗПТ использовать маломощный «тормозной» резистор и релейный регулятор напряжения

Проведенные полномасштабные лабораторные экспериментальные исследования на базе исполнительного двигателя ДВИ-3 и ПЧ «Универсал-7,5», доказали работоспособность предложенных математических, алгоритмических и программных решений системы бездатчикового векторного управления ВИД с НВ

Применительно к задачам коммунального хозяйства, решаемым с использованием многосекционных ВИД с НВ, доказана возможность исключения датчика обратной связи по положению ротора из контура регулирования, что заметно упрощает конструкцию машины, удешевляет ее и повышает отказоустойчивость привода.

В заключении обобщены основные результаты работы В приложении приведены схемы дискретных автоматов для унифицированного ПО, структура системы БВУ для численного моделирования в среде МАТЬАВ БптшНпк, упрощенные матричные выражения для расчета фильтра Калмана

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты работы и сделанные выводы заключаются в следующем

1. Проанализировано математическое описание и дано обоснование использования бездатчиковой векторной системы управления для ВИД с

Г"!

и

1

* ;

т "Р! *

■ |1|||Щ| « *

V , ж »5 -

Рис. 1 Характеристика векторной системы управления с датчиком положения. Разгон от 0 до 1500 об/мин, реверс и последующее торможение до остановки.

Рис. 3 Характеристика бездатчиковой векторной системы управления. Разгон от 75 до 1500 об/мин и последующее торможение через генераторный режим до 300 об/мин.

напряжение Шс, 1 ■ ■ ( Рост'

1 Г'. Г- -!-'.ЛГ\Р.

Иг-"

кцприжьнлй иа ЗПТ при

У: ' <*< 5а).' ЯГ"

Рис. 2 Осциллограммы процессов в режиме бездатчиковото подхвата (вверху - напряжение на ЗПТ; внизу - скорость по наблюдателю).

НВ Разработана и реализована модель системы БВУ в среде МАТЬАВ/БппиНпк Модель оптимизирована для реализации на цифровых сигнальных процессорах

2. Разработана методика синтеза наблюдателя для системы бездатчиково-го векторного управления ВИД с НВ Разработан оршинальныи наблю-да!ель на основе скользящего режима, для которого дано математическое обоснование робастности и устойчивости Приведено обоснование использования дополнительного фильтра Калмана для выделения пото-косцепления из релейного сигнала

3 Разработан алгоритм бездатчикового пуска и «подхвата» как отдельных, так и всех секций многосекционного ВИП

4 Разработаны элементы модульной аппаратной части системы управления для реализации алгоритмов векторного управления, в том числе бездатчикового режима

5 Разработана унифицированная интеллектуальная система управления ВИД с НВ, поддерживающая распределенную систему управления с функцией "виртуального мастера" для работы с многосекционными двигателями

6 Разработанный комплекс программно-аппаратных средств прошел полноценное тестирование на лабораторном стенде Комплекс принят за основу при серийном производстве мощных многосекционных вен-тильно-индукторных электроприводов Внедрены в промышленность и проходят стадию опытно-промышленной эксплуатации 3 комплекта мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов -630 кВт, 315 кВт, 400 кВт на базе преобразователей частоты «Универ-сал-ВИП»

' о

Основные положения диссертации опубчикованы в следующих работах:

1. Козаченко В.Ф., Жарков A.A., Дроздов A.B. Серия модульных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода// Приводная техника - 2007. - Вып. 5. - с.3-8

2 Козаченко В.Ф , Анучин А С , Дроздов А В Сигнальные микроконтроллеры Texas Instruments для управления двигателями и автоматизации промышленности // «Электронные компоненты» №7, -2004 -С 91-95

3 Козаченко В Ф , Анучин А С., Жарков А А., Дроздов А В Цифровое векторное управление вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением // «Компоненты и технологии», №8, -2004 -С 166-172

4. Козаченко В.Ф, Жарков АА, Дроздов AB Мультимикропроцес-сорная система управления многосекционным вентильно-индукторным электроприводом // Труды XI Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» г Алушта, -2С06 С 56-57

5. Козаченко В Ф , Остриров В Н, Русаков А М., Дроздов А В , Сорокин А В , Крылов Ю А. Новое направление в электроприводе - мощный многосекционный вентильно-индукторный электропривод с векторным управлением // «Электронные компоненты» №11, Тематический вып «Электропривод», - 2006 - С 30-35.

6 Дроздов А В , Сравнительный анализ различных вариантов векторной ШИМ // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов Издательство МЭИ,-2004 С 103

Печ л I jb_Тираж WC_Заказ б1/

Введение.

Глава 1. Обоснование применения векторной системы для управления ВИД с НВ и методики её синтеза.

1.1 Математическое описание ВИД с независимым возбуждением.

1.2 Обоснование представления переменных и параметров в относительных единицах.

1.2.1 Выбор системы базовых величин.

1.2.2 Переход от математического описания в физических единицах к математическому описанию в относительных единицах.

1.2.3 Теоретическая структура СВУ ВИД с НВ в относительных единицах.

1.3 Модель теоретической структуры СВУ ВИД с НВ.

1.3.1 Синтез регуляторов тока в о.е.

1.3.2 Разработка структуры модели бездатчиковой СВУ ВИД с НВ для исследования методами математического моделирования.

1.3.3 Исследование модели СВУ ВИД с НВ с использованием методов численного моделирования.

Результаты и выводы.

Глава 2. Совершенствование методов управления силовыми ключами для систем бездатчикового векторного управления.

2.1 Основные принципы векторной ШИМ.

2.2 Обычная 6-ти секторная и оптимизированная 12-ти секторная векторная ШИМ

2.3 Методы улучшения гармонического состава выходного напряжения.

2.3.1 Алгоритм компенсации влияния мертвого времени.

2.3.2 Обоснование применения релейного регулирования токов в системах векторного управления.

2.3.3 Принципы релейного регулирования тока.

2.4 Моделирование работы релейного регулятора в среде MATLAB (Simulink).

2.5 Экспериментальные стендовые испытания релейного регулятора тока.

Результаты и выводы.

Глава 3. Разработка методов бездатчикового управления ВИД с НВ.

3.1 Обзор наблюдателей для систем бездатчикового векторного управления.

3.2 Ограничения в системе бездатчикового векторного управления.

3.3 Наблюдаемость нелинейных систем.

3.4 Замечание о схожести контура ЭДС в структуре двигателя и контура коррекции в наблюдателе.

3.5 Математическое описание наблюдателя тока на основе скользящего режима.

3.6 Применение расширенного фильтр Калмана для задач фильтрации синусно-косинусного сигнала.

3.7 Способы работы на низких скоростях.

3.7.1 Разработка способов пуска многосекционного ВИП.

3.8 Результаты моделирования системы бездатчикового ВУ.

3.9 Разработка алгоритма бездатчикового подхвата.

3.10 Математическое обоснование улучшенного наблюдателя.

3.11 Результаты моделирования улучшенного наблюдателя.

Результаты и выводы.

Глава 4. Синтез аппаратных средств и разработка модульного программного обеспечения для реализации системы БВУ ВИД с НВ.

4.1 Синтез аппаратных средств для реализации системы БВУ ВИД с НВ.

4.1.1 Основные требования к микроконтроллеру для реализации системы БВУ ВИД с НВ

4.1.2 Контроллер МК17.3 для системы БВУ ВИД с НВ.

4.1.3 Основные технические данные контроллера МК17.3.

4.2 Разработка унифицированной структуры программного обеспечения для реализации системы управления.

4.3 Использование принципа дискретных автоматов при организации ПО.

4.3.1 Главный дискретный автомат управления системой.

4.3.2 Дискретный автомат сетевых взаимодействий.

4.3.3 Дискретный автомат команд и сигналов управления.

4.3.4 Дискретный автомат системы управления приводом.

4.3.5 Дискретный автомат отработки защит системы управления.

4.3.6 Дискретный автомат предупреждений системы.

4.3.7 Дискретный автомат управления инвертором напряжения.

4.4 Использование структуры унифицированного программного обеспечения для разработки системы управления многосекционным ВИД с НВ.

Результаты и выводы.

Глава 5. Экспериментальные исследования системы БВУ на опытно-промышленных образцах ВИД с НВ.

5.1 Описание экспериментального стенда.

5.2 Методология настройки системы бездатчикового векторного управления.

5.2.1 Настройка контура тока id и iq.

5.2.2 Идентификация параметров двигателя.

5.2.3 Настройка режима пуск двигателя.

5.2.4 Работа в режиме бездатчикового векторного управления.

5.3 Экспериментальные исследования системы БВУ ВИД с НВ на лабораторном стенде.

5.3.1 Сравнение векторной системы управления с датчиком положения и бездатчиковой системы по результатам моделирования и экспериментов.

5.3.2 Определение диапазона регулирования.

5.3.3 Структурная схема системы БВУ с переключаемой структурой.

5.3.4 Выводы по результатам экспериментального исследования системы бездатчикового векторного управления «ДВИ-3» на лабораторном стенде.

5.4 Исследование бездатчикового векторного управления на мощном многосекционном ВИД с НВ (ВИД-630-1500).

5.4.1 Исследование векторной системы управления с датчиком положения с реализацией алгоритма подхвата.

5.4.2 Результаты экспериментального исследования системы бездатчикового векторного управления с реализацией алгоритма подхвата.

5.5 Результаты опытно-промышленной эксплуатации ВИД-630-1500.

Результаты и выводы.

Данная работа посвящена созданию системы управления одним из наиболее перспективных двигателей — вентильно-индукторным двигателем с независимым электромагнитным возбуждением (ВИД с НВ). Особенность данного двигателя в том, что он не может быть просто включен в силовую сеть, ему обязательно требуется система управления. Современная система управления (СУ) для электродвигателя представляет собой устройство, работающее по принципу модуляции управляющего сигнала. Задача СУ из переменного или постоянного напряжения с использованием силовых полупроводниковых приборов получить регулируемое по частоте и амплитуде ток или напряжение. Наибольшее распространение получили мостовые инверторы напряжения в составе преобразователя частоты (ПЧ).

В современном мире большинство электродвигателей работают с использованием принципа регулирования координат электропривода, что обусловлено, главным образом, требованием энерго- и ресурсосбережения. Вентильно-индукторный двигатель не может быть нерегулируемым, ему требуется устройство управления, которое, конечно же, увеличивает суммарную стоимость. Однако современная тенденция развития электропривода требует наличия устройства управления практически для любого двигателя и это хорошо согласуется с идеологией вентильно-индукторного привода (ВИЛ).

Говоря о современном состоянии развития вентильно-индукторного двигателя, всегда необходимо понимать, что задача создания системы управления ВИД решается на этапе проектирования конструкции двигателя. Только совместные усилия разработчиков системы управления и конструкторов ВИД дают положительный эффект, способный вйвести вентильно-индукторный электропривод на новый уровень качества. В данной работе будут представлены уникальные машины разработанные в МЭИ(ТУ) на кафедре ЭКАО в группе Русакова A.M. и не менее уникальные системы управлении разработанные на кафедре АЭП в группах Острирова В.Н. и Козаченко В.Ф.

На кафедре ЭКАО в научной группе Русакова A.M. создана методика проектирования ВИД с независимым возбуждением (НВ), в том числе и многосекционных, в которых исключены взаимные магнитные связи, как между фазными обмотками, так и между секциями. Новые двигатели по структуре магнитных связей подобны синхронным двигателям с неявновыраженными полюсами. Отсутствие межфазных магнитных связей принципиально упрощает математическое описание, что создает предпосылки для реализации качественного векторного управления с применением современных специализированных микроконтроллеров.

Диссертация является итогом научно-исследовательской работы по созданию системы векторного управления ВИД с НВ, с поддержкой бездатчикового режима. Перед соискателем была поставлена следующая задача - разработка системы бездатчикового векторного управления мощным 4-х секционным ВИЛ, предназначенным для работы в ответственных применениях. Опытный образец двигателя мощностью 630 кВт спроектирован на кафедре ЭКАО, силовой преобразователь разработан на кафедре АЭП в научной группе Острирова В.Н. Проектируемый ВИП, исходя из предназначения, должен соответствовать требованиям повышенной надежности и обладать высокой степенью резервирования за счет секционирования.

Рассматриваемый в работе вентильно-индукторный двигатель имеет важное отличие от традиционной конструкции ВИД. Вместо пассивного ротора используется радиально-аксиальный поток возбуждения создаваемый дополнительной обмоткой на статоре, который делает ротор активным. Хотя ротор и не имеет никаких обмоток, тем не менее, по электромагнитному состоянию он становится в чем-то похожим на ротор синхронной машины. Основным достоинством такой машины является возможность модулировать поток разнополярным током, а при соответствующей конструкции получить форму ЭДС близкую к синусоидальной. В результате оказывается возможным применить к ВИД с электромагнитным возбуждением принцип векторного управления. Более того, правильный выбор геометрии машины позволяет сделать ее трехфазной, а значит, управление можно осуществлять от стандартного ПЧ. Привод получает весомое конкурентное преимущество — машина дешевле аналогов, а для управления можно использовать стандартный 3-х фазный мостовой инвертор с векторной системой управления.

Векторное управление широко применятся в процессах, где необходимо точное поддержание скорости или момента. Более широкий взгляд показывает, что векторное управление в первую очередь обеспечивает правильную дозировку энергии - КПД привода с векторной системой управления выше, чем у других систем. Современная система управления ПЧ обязана иметь возможность выбора векторного управления, иначе она оказывается все рынка. С экономической точки зрения это выражается лучшим энергосбережением, а с технической — лучшими показателями качества регулирования.

Сегодня, системы управления предоставляют настолько широкий набор функции, что их можно назвать интеллектуальными системами управления электроприводом. Под интеллектом подразумевается набор качеств, способствующих автономному выполнению технологической задачи с минимальным вниманием со стороны обслуживающего персонала. Это алгоритмы самодиагностики и выявления неисправностей, выполнение локальной задачи автоматизации с передачей информации в систему верхнего уровня, возможность работы в нескольких режимах управления, при неисправности переключаться на другие возможные режимы, надежность алгоритмов управления двигателем с возможностью перехода на другие алгоритмы при неисправности основного.

Задачи такого рода успешно решаются с помощью дискретных управляющих автоматов. Однако существует особый род задач связанный непосредственно с управлением двигателем и надежностью такого управления - это резервирование датчика положения вала. Во-первых, установка датчика положения приводит к. увеличению стоимости ВИЛ. Стоит также отметить, что если для маломощных двигателей задача сопряжения датчика положения решается просто, то для мощных двигателей существует ряд серьезных ограничений. Сопряжение вала двигателя и датчика положения не всегда возможно, а если возможно, то требует серьезной настройки. Кроме этого, датчик в процессе работы подвергается различного рода факторам — нагрев, электромагнитные помехи, вибрация. Линия передачи данных подвержена влиянию электромагнитных помех. Узел микроконтроллера, принимающий и обрабатывающий сигнал, также имеет конечную надежность. Все это ставит под вопрос надежность работы датчиковой системы управления двигателем, и рождает такое направление как управление без датчика положения - бездатчиковое управление.

В настоящее время в мире ведутся разработки и исследования, различных вариантов построения бездатчиковых систем. Это касается практически всех типов двигателей переменного тока — асинхронного, синхронного, вентильно-индукторного. Целью данной работы было создание бездатчиковой системы управления для вентильно-индукторного двигателя с независимым электромагнитным возбуждением (ВИД с НВ). В ходе работы предполагалось найти оптимальный алгоритм идентификации положения для создания бездатчиковой векторной системы управления. На основе опыта крупнейших мировых фирм и исследовательских институтов было изучено и проанализировано несколько подходов и вариантов построения таких систем. Для того, чтобы выяснить, насколько данные подходы оправданы и выявить оптимальный метод, было разработано несколько математических моделей и проведено моделирование в среде MATLAB. В ходе работы также потребовалось изучить дополнительную математическую базу для исследования устойчивости системы управления и определения влияния изменений параметров двигателя на качество регулирования. Полученные алгоритмы реализованы с использованием микропроцессорной техники, как с применением датчика положения, так и без него. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование полученной системы.

Особенностью данной работы является использование наблюдателей состояния на основе скользящего режима. Они обладают рядом привлекательных свойств с точки зрения построения систем автоматического управления. Одна из особенностей, связанная с независимостью их от характеристик управляемого объекта дает возможность наделить их желаемыми свойствами. Существование теории релейных систем, систем с переменной структурой, при реализации законов оптимального управления, приводят к необходимости изучения общей теории дифференциальных уравнений с разрывными правыми частями, для которых в общем случае неприемлемы методы классической теории дифференциальных уравнений. Поэтому, вначале многие исследования проводились или экспериментально, или с использованием моделирования.

В результате проделанной работы были получены неплохие показатели регулирования для ВИД с НВ, которые нашли свое применение в промышленной серии преобразователей частоты для мощных многосекционных вентильно-индукторных приводов.

Все вышеизложенное определяет актуальность работы со следующей целью.

Цель работы: разработка системы бездатчикового векторного управления и техническая реализация комплекса программно-аппаратных средств, для управления многосекционным вентильно-индукторным двигателем с независимым возбуждением.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследование различных методов синтеза наблюдающих систем для бездатчикового векторного управления ВИД с НВ и их сравнительное исследование с применением методов численного моделирования;

2. Разработка специальных структур наблюдателей адаптированных к методам прямого токового управления инвертором, для расширения диапазона устойчивой работы системы БВУ ВИД с НВ вверх в 1.5-2 раза;

3. Разработка единой технологии пуска и подхвата вращающегося ВИД с НВ в режиме БВУ, в том числе для много секционных ВИП;

4. Разработка элементов модульной аппаратной части для реализации предложенных алгоритмов;

5. Разработка концепции построения модульной структуры программного обеспечения для систем бездатчикового векторного управления многосекционным ВИД с НВ;

6. Экспериментальные исследования разработанной системы управления на опытно-промышленных образцах маломощных односекционных (менее 2кВт) ВИД в составе лабораторного стенда и мощных многосекционных (630кВт - 4 секции) ВИП на базе 4-х секций ПЧ "Универсал ВИП" 220кВт;

7. Разработка и запуск в опытно-промышленную эксплуатацию комплекса аппаратно-программных средств, с реализацией векторного управления многосекционным ВИП, в том числе с поддержкой бездатчикового управления.

Для решения поставленных задач в первой главе рассмотрены вопросы, касающиеся возможности применения методов векторного управления для ВИД с НВ. Приведено математическое описание ВИД с НВ, адаптированное для векторного управления. Дано обоснование применению относительных единиц при описании ВИД. Приведены результаты разработки модели системы в среде Matlab с использованием специализированных блоков с прямым программированием на С. Полученные по результатам моделирования векторной системы управления характеристики соответствуют расчетным.

Во второй главе рассмотрены методы улучшения выходной формы напряжения инвертора за счет усовершенствования векторной ШИМ, метод компенсации влияния мертвого времени. Предложена замена векторного управления предельным по быстродействию прямым токовым управлением для реализации высокой выходной частоты тока.

В третьей главе рассмотрена разработка наблюдателя на основе скользящего режима для реализации бездатчикового векторного управления. Предложена оригинальная структура наблюдателя для идентификации вектора потокосцепления ротора, а также ее модификация для реализации предельных по быстродействию режимов. В качестве фильтрующего элемента оценки векторов потокосцепления предложен расширенный фильтр Калмана для синусно-косинусных сигналов. Приведено математическое обоснование устойчивости наблюдателя на основе скользящего режима. Разработана модель системы управления в среде MATLAB и проведено ее полное исследование, подтвердившее правильность математического обоснования.

В четвертой главе рассмотрена разработка специализированных аппаратных и программных средств для реализации системы управления ВИП. Дано обоснование выбора микропроцессорного устройства. Предложены требования к архитектуре контроллера системы управления ВИП. Приведены технические данные разработанных контроллеров для управления ВИП. Предложена структура унифицированного программного обеспечения для полноценной реализации систем векторного управления, в том числе бездатчикового. Приведены примеры построения распределенной системы управления многосекционным ВИД, с реализацией «виртуального мастера»

В пятой главе приведены результаты исследований разработанной системы бездатчикового управления на опытном образце ВИД с НВ «ДВИ-3» в составе лабораторного стенда. Приведены результаты исследования распределенной системы управления на опытно-промышленных мощных многосекционных ВИП. Показаны примеры внедрения в промышленность разработанного комплекса программно-аппаратных средств, в качестве системы управления мощным высоконадежным многосекционным ВИП. В заключении обобщены основные результаты работы. В приложении приведены схемы дискретных автоматов для унифицированного ПО.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Козаченко В.Ф., Жарков А.А., Дроздов А.В. Серия модульных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода// Приводная техника - 2007. - Вып. 5. - с.3-8

2. Козаченко В.Ф., Анучин А.С., Дроздов А.В. Сигнальные микроконтроллеры Texas Instruments для управления двигателями и автоматизации промышленности // «Электронные компоненты». №7, -2004.-С. 91-95.

3. Козаченко В.Ф., Анучин А.С., Жарков А.А., Дроздов А.В. Цифровое векторное управление вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением // «Компоненты и технологии», №8, -2004. -С. 166-172.

4. Козаченко В.Ф., Жарков А.А., Дроздов А.В. Мультимикропроцессорная система управления многосекционных вентильно-индукторным электроприводом // Труды XI Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты», г. Алушта, -2006. С. 56-57.

5. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Русаков A.M., Дроздов А.В., Сорокин А.В., Крылов Ю.А. Новое направление в электроприводе — мощный многосекционный вентильно-индукторный электропривод с векторным управлением // «Электронные компоненты». №11, Тематический вып. «Электропривод», - 2006. - С. 30-35. 6. Дроздов А.В., Сравнительный анализ различных вариантов векторной ШИМ // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика. Десятая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Издательство МЭИ, -2004. С. 103

Состав диссертации: введение, пять глав, заключение, список литературы, приложения, количество страниц 181, рисунков 93, число наименований используемой литературы 45 на 5 стр., приложений 2 на 5 стр.

Основные результаты работы и сделанные выводы заключаются в следующем:

1. Проанализировано математическое описание и дано обоснование использования бездатчиковой векторной системы управления для ВИД с НВ. Разработана и реализована модель системы БВУ в среде MATLAB Simulink. Модель оптимизирована для реализации на цифровых сигнальных процессорах.

2. Разработана методика синтеза наблюдателя для системы бездатчикового векторного управления ВИД с НВ. Разработан оригинальный наблюдатель на основе скользящего режима, для которого дано математическое обоснование робастности и устойчивости. Приведено обоснование использования дополнительного фильтра Калмана для выделения потокосцепления из релейного сигнала.

3. Разработан алгоритм бездатчикового пуска и «подхвата» как отдельных, так и всех секций многосекционного ВИП.

4. Разработаны элементы модульной аппаратной части системы управления для реализации алгоритмов векторного управления, в том числе бездатчикового режима.

5. Разработана унифицированная интеллектуальная система управления ВИД с НВ, поддерживающая распределенную систему управления с функцией "виртуального мастера" для работы с многосекционными двигателями.

6. Разработанный комплекс программно-аппаратных средств прошел полноценное тестирование на лабораторном стенде. Комплекс принят за основу при серийном производстве мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов. Внедрены в промышленность и проходят стадию опытно-промышленной эксплуатации 3 комплекта мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов - 630 кВт, 315 кВт, 400 кВт на базе преобразователей частоты «Универсал-ВИП».

Разработанная система бездатчикового управления обеспечивает следующие показатели:

• диапазон регулирования момента вниз от номинального = 50:1

• точность поддержания момента ± 5 %

• полоса пропускания по моменту 400 Гц

• диапазон регулирования скорости вниз от номинальной = 20:1

• диапазон регулирования скорости вверх от номинальной 4:1

• точность поддержания скорости со 8 = ± 0,1 % Разработанный комплекс программно-аппаратных средств принят за основу при серийном производстве преобразователей частоты "Универсал ВИП" для мощных многосекционных вентильно-индукторных электроприводов. Внедрены в промышленность и проходят стадию опытно-промышленной эксплуатации 3 комплекта мощных многосекционных вентильно-индукторных электропривода - 630кВт, 315кВт, 400кВт.

Заключение

1. Алямкин Д.И. Разработка элементов системы векторного управления асинхронного двигателя: магистерская диссертация. -М., 2007. -87с.

2. Анучин А.С. Разработка системы управления многофазного вентильно-индукторного привода с промежуточным регулируемым звеном постоянного тока: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 2004. - 200 с.

3. Бычков М.Г. Оптимизация режимов вентильно-индукторного электропривода средствами управления. // Вестник МЭИ. 1998. -№ 3 - С. 73-81.

4. Бычков М.Г. Элементы теории вентильно-индукторного электропривода.// М.: Электричество. 1997.- №8 - С.35- 44.

5. Дианов А.Н. Разработка и исследование систем бездатчикового управления вентильным двигателем: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М., 2004. - 200 с.

6. Дроздов А.В. Проектирование контроллера с программированием на языке высокого уровня СИ: Дипломная работа на соискание степени бакалавра техники и технологий. М., 2003. - 30с.

7. Дроздов А.В. Система бездатчикового векторного управления синхронными двигателями с постоянными магнитами -магистерская диссертация. М., 2005. - 57с.

8. Ю.Ильинский Н.Ф. Вентильно-индукторные машины в современном электроприводе.: Тез. доклада Научно-технич. семинар Вентильно-ндукторный электропривод-проблемы развития и перспективы применения М., 1996. - С. 55 - 56.

9. Н.Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 1998. - 704 с.

10. Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективная серия микроконтроллеров фирмы Texaslnstruments '240х для систем цифрового управления двигателями. // Вестник МЭИ, 1998 — С. 7381.

11. Козаченко В.Ф., Жарков А.А., Дроздов А.В. Серия модульных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода// Приводная техника -2007. Вып. 5. - с.3-8

12. Козаченко В.Ф., Обухов Н.А., Трофимов С.А., Чуев П.В. Применение DSP- микроконтроллеров фирмы Texas Instruments в преобразователях частоты «Универсал» с системой векторного управления. // Электронные компоненты. 2002. - №4 - С. 61— 64.

13. Козаченко В.Ф., Темирев А.П., Обухов Н.А., Анучин А.С. и др. Контроллеры МК11.3для высокопроизводительных систем прямогоцифрового управления двигателями. // CHIP NEWS. Инженерная микроэлектроника. 2002. №4(67), С. 24 - 30

14. Корпусов Д.Е. Разработка и исследование мощного вентильно-индукторного электропривода: Дис. на соискание ученой степени кандидата техн. наук. М.: 2002. - 211 с.

15. Миронов JI.M., Постников С.Г. Вентильный индукторный двигатель с независимым возбуждением в системе электропривода.: Тез.докл. 5 Московская студ. Научно- технич. Конф. Радиоэлектроника и электротехника в народном хоз- ве: М., 1999.

16. Постников С.Г. Разработка и исследования электропривода на базе индукторного двигателя с независимым возбуждением: Дис. на соискание ученой степени кандидата техн. наук. М.: 2002. — 211 с.

17. Русаков А. М. Разработка вентильных электродвигателей на базе магнитных систем индукторных машин.: Дис. на соискание ученой степени кандидата технических наук М., 1982.

18. Ташлицкий М.М. Разработка способов экспериментального определения параметров и механических характеристик асинхронных двигателей: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М., 2005. - 167 с.

19. Уткин В.И. Скользящие режимы в задачах оптимизации и управления. — М.: 1981.

20. Чуев П. В. Разработка систем векторного управления асинхронными приводами на базе специализированных сигнальныхмикроконтроллеров.: Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. М., 2002. - 254 с.

21. Шалыто А.А. Алгоритмизация и программирование для систем логического управления и «реактивных» систем. // Автоматика и телемеханика. 2001. - №1 - С.3-39.

22. П1алыто А.А., Туккель Н.И. Switch-технология автоматный подход к созданию программного обеспечения «реактивных» систем. // Программирование. - 2001. - №5 - С.45-62

23. A.Bado, S.Bolognani, M.Zigliotto Effective Estimation of speed and rotor position of a PMSM drive by a Kalman filtering technique. // Proc. Of 1992 Power Electronics Specialists Conference pp.951- 957.

24. Bejerke S. Digital Signal Processing Solutions for Motor Control Using the TMS320F240DSP- Controller. Paris, 1996.

25. C. Schauder, Adaptive speed identification for vector control of induction motor without rotational transducers. // IEEE Trans. Ind. Appl. 28 (5) (1992)- 1054-1061.

26. C.-W. Park, W.-H. Kwon, Simple and robust speed sensorless vector control of induction motor using stator current based MRAC. // Electric Power Systems Research 71 - (2004). - 257-266.

27. Digital Control Systems (DCS) Group 12, Sliding- Mode Rotor Position Observer of PMSM. // Texas Instruments, 2000.

28. Enzo Chiricozzi, Francesco Parasiliti, Roberto Petrella, Marco Tursini Sensorless Permanent Magnet Synchronous Motor Drive Solutions for Compressor Application Universita di L'Aquila. 1998.

29. Evandro B. Couto, Manoel L de Aguiar, Parameter Identification of Induction Motors Using DC Step Excitation at Standstill. // IEEE -1998.

30. F.Z. Peng, T. Fukao, Robust speed identification for speed- sensorless vector control of induction motors. // IEEE Trans. Ind. Appl. 30 (5) (1994)- 1234-1240.

31. G.Welch, G.Bishop. An Introduction to the Kalman Filter. TR 95041, North Carolina.

32. K.H. Chao, C.M. Liaw, Speed sensorless control performance improvement of induction motor drive using uncertainty cancellation. // IEE Proc. Electr. Power Appl. 147 (4) (2000) - 251-262.

33. M.N. Marwali, A. Keyhani, A comparative study of rotor flux based MRAS and back EMF based MRAS speed estimators for speed sensorless vector control of induction machines // in Proceedings of the IEEE- IAS Annual Meeting. 1997. - pp. 160-166.

34. Massimiliano Labbate, Roberto Petrella, Marco Tursini, Fixed point implementation of Kalman filtering for AC drives: a case study using TMS320F24x DSP. University of L Aquila - Italy

35. Michael T. DiRenzo, Switched Reluctance Motor Control Basic Operation and Example Using the TMS320F240. - Texas Instruments -SPRA420A - 2000.

36. Peter Vas, Sensorless Vector and Direct Torque Control. Oxford University Press. - 1998.

37. R. Blasco- Gimenez, G.M. Asher, M. Sumner, K.J. Bradley, Dynamic performance limitations of MRAS based sensorless induction motor drives. Part 1. Stability analysis for the closed loop drive. // IEE Proc. Electr. Power Appl. 143(2)- (1996)- 113-122.

38. Texas Instruments. Digital signal processing solution for permanent magnet synchronous motor. Application note. BPRA044. 2000.

39. Texas Instruments. Digital signal processing solutions for the switched reluctance motor. Application note. BPRA058. 2000.

40. Texas Instruments. TMS320F2810, TMS320F2812 DSP (Rev. H). Data Sheet.