автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Создание серии высокопроизводительных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода

На правах рукописи □03068215

КОЗАЧЕНКО Владимир Филиппович

СОЗДАНИЕ СЕРИИ ВЫСОКОПРОИЗВОДИТЕЛЬНЫХ ВСТРАИВАЕМЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СОВРЕМЕННОГО КОМПЛЕКТНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2007

003068215

Работа выполнена на кафедре Автоматизированного электропривода Московского энергетического института (Технического Университета)

Официальные оппоненты:

Ведущая организаций:

доктор технических наук, профессор Юньков Михаил Григорьевич

доктор технических наук, профессор Козярук Анатолий Евтихиевич

доктор технических наук, профессор Онищенко Георгий Борисович

ФГУП «Научно-производственное предприяние Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом имени А.Г. Иосифьяна» (НПП ВНИИЭМ), г. Москва

Защита диссертации состоится «25» мая 2007 г. в ауд. М-611 в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212л 57.02 при Московском энергетическом институте (Техническом Университете) по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзывы на автореферат (в двух экз. заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет МЭИ (ТУ).

^ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (ТУ).

Автореферат разослан « £¡¡.$¡>4$ 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д.212.157.02 к.т.н., доцент

С.А. Цырук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Последнее десятилетие XX и начало XXI века в развитых странах, в том числе и в России, ознаменовалось массовым переходом от нерегулируемого электропривода к регулируемому во всех значимых промышленных технологиях. Ведущие производители преобразовательной техники для целей управления двигателями (Siemens, ABB, Hitachi, Schneider Electric, Control Techniques и др.) перешли на более совершенную и надежную элементную базу - интеллектуальные силовые ключи и модули, высокопроизводительную процессорную технику. В производстве комплектных электроприводов полностью завершился этап перехода от аналоговых систем управления к цифровым. На порядок возросли функциональные и сервисные возможности электропривода, упростилась его наладка и интеграция в системы автоматизации производства. Комплектные электроприводы стали интеллектуальными, с функцией интерактивной настойки оператором или по сети от внешнего компьютера, с развитыми средствами диагностики состояния оборудования и раннего предупреждения аварий.

Сегодня в России, к сожалению, нет ни одного крупного производителя комплектных электроприводов, а на рынке преобразовательной техники для управления двигателями работают более трех десятков зарубежных фирм и лишь несколько отечественных предприятий: ОАО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары; ООО «Энергосбережение», г. Пущино; ООО «ЦИКЛ+», г. Москва; ОАО «Ижевский радиозавод»; ЗАО «Ирис», г. Новочеркасск; НИИЭМ, г. Истра; ЗАО «ЭлеСИ», г. Москва; ЗАО «ЭЛСИЭЛ», г. Москва; ЗАО «Электротекс», г. Орел; ФГУП НЛП ВНИИЭМ, г. Москва; АО «ЭРАСИБ», г. Новосибирск и некоторые другие. Такое положение нельзя признать удовлетворительным, так как потенциал отечественной школы электропривода, признанной во всем мире, используется не в полной мере. Более того, столь явная зависимость от зарубежного производителя, особенно в области мощных комплектных электроприводов, подрывает стратегическую безопасность страны.

Создание отечественного, конкурентоспособного комплектного электропривода невозможно без разработки нового поколения встраиваемых, модульных, микропроцессорных систем управления с эффективной реализацией функций прямого цифрового управления элементами силового канала и прямого сопряжения с датчиками, высокой производительностью, достаточной для поддержки перспективных структур векторного управления и реализации широкого набора сервисных функций. Новые системы управления, разработке которых посвящена диссертация, должны быть унифицированными, обеспечивать быструю, преимущественно программную, адаптацию к конкретному типу электропривода с асинхронным, вентильным или вентиль-но-индукторным двигателем, иметь достаточные ресурсы для решения на базе электропривода задачи локальной автоматизации технологического процесса и управления технологической автоматикой, обеспечивать максимальную экономию затрат конечного потребителя на автоматизацию.

Особое значение высокопроизводительная цифровая система управления имеет для бурно развивающегося нового типа привода с вентильно-индукторными двигателями, которые вообще не работают без электронного преобразователя. Обеспечить высокие показатели качества в таких электроприводах можно только с помощью оригинальных структур управления, требующих значительных вычислительных ресурсов. В работе развивается новое направление - векторное двухзонное управление вентидьно-индукторными двигателями с независимым возбуждением, открывающее широкие перспективы применения этого типа привода в станкостроении, городском и электрическом транспорте, в энергетике и коммунальной сфере.

Актуальность работы состоит также в возможности создания на базе мульти-микропроцессорных систем управления многосекционными вентиль-но-индукторными двигателями мощных (до 1-2 МВт) комплектных электроприводов повышенной надежности и уровня резервирования для энергосберегающих технологий, способных конкурировать по набору функций и цене с электроприводами на базе высоковольтных асинхронных двигателей и высоковольтных преобразователей.

Предпосылкой для разработки отечественной серии систем управления комплектными электроприводами явилось создание к 1995 г. ведущими мировыми производителями электронных компонент (Intel, Texas Instruments, Analog Devices, Motorola) специализированных микроконтроллеров с архитектурой, системой команд и набором периферийных устройств, адаптированных к задачам управления в реальном времени двигателями и силовыми преобразователями. Появилась возможность объединить достижения лучшей в мире электроники с достижениями передовой отечественной теории электропривода, разработать и запустить в промышленное производство серию унифицированных систем управления с программной поддержкой наиболее перспективных структур управления электроприводами на базе асинхронных и вентильно-индукторных двигателей.

Научная часть диссертации выполнена в лаборатории «Микропроцессорных систем управления электроприводами» кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ и в Учебно-научно-консультационном центре «Texas Instruments-МЭИ», а опытно-конструкторские работы и запуск серии систем управления в производство - в Научно-производственной фирме «Вектор», г. Москва. Разработка систем управления и комплектного алгоритмического и программного обеспечения велась по планам фундаментальных и прикладных исследований МЭИ (ТУ), по заказам и в сотрудничестве с ведущими отечественными производителями преобразовательной техники и комплектных электроприводов: ООО «ЦИКЛ+»; ООО «Энергосбережение» и ИБП РАН, г. Пущино; ЗАО «Ирис», г. Новочеркасск; ОАО «Ижевский радиозавод»; ФГУП НЛП ВНИИЭМ, г. Москва; ФГУП ВНИКТИ, г. Коломна; ООО «Электротранссервис», г, Москва; «ЭЗАН», г. Черноголовка.

Разработки опытно-промышленных образцов новых типов комплектных электроприводов на базе вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением велись совместно с кафедрой Электротехнических

комплексов автономных объектов МЭИ, ОАО «Сафоновский электромеханический завод», ОАО «Ярославский машиностроительный завод» и фирмой «Hl ill Цикл+», г.Москва.

Работа опирается на достижения отечественной школы управления частотно-регулируемыми асинхронными двигателями (Ключев В.И., Поздеев А.Д., Сандлер A.C., Бродовский В.Н., Шрейнер Р.Т., Остриров В.Н.), новыми типами вентильно-индукторных двигателей (Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г., Кузнецов В.А., Коломийцев Л.Ф., Темирев А.П., Русаков A.M.), на современную теорию цифрового управления (Терехов В.М., Осипов О.И., Рассудов Л.Н., Коган В.Г., Изерман Р., Острем К., Куо Б., Фритч В., Шенфельд Р.) и опыт разработки цифровых систем управления шаговыми и вентильными двигателями (Ивоботенко Б.А., Садовский Л.А., Рубцов В.П, Цаценкин В.К., Балковой А.П.).

Работа развивает исследования, выполненные в докторской диссертации Острирова В.Н. «Создание гаммы электронных преобразователей для электроприводов на современной элементной базе», в части создания модульных систем управления и комплектного алгоритмического и программного обеспечения для современного комплектного электропривода.

Цель работы - создание и организация промышленного производства высокопроизводительных, унифицированных, модульных, цифровых систем управления для отечественных комплектных электроприводов с исполнительными двигателями любых типов, снабженных модульным математическим, алгоритмическим и программным обеспечением поддержки наиболее перспективных структур управления.

В теоретической части диссертации ставятся и решаются задачи:

1. Выделение типовых функций прямого цифрового управления элементами силового канала и прямого сопряжения с датчиками для наиболее перспективных структур комплектных электроприводов с перспективными типами исполнительных двигателей - от асинхронного до вентильно-индукторного. Обоснование основных путей улучшения показателей качества комплектных электроприводов за счет применения модульных микроконтроллерных систем управления.

2. Выбор процессорной элементной базы для максимально полной аппаратной поддержки решения типовых задач управления за счет интегрированных на кристалл микроконтроллера специализированных периферийных устройств и высокопроизводительной архитектуры центрального процессора.

3. Разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения решения типовых задач управления элементами комплектных электроприводов - от одиночного силового ключа до трехуровневого инвертора напряжения. Создание банка типовых алгоритмов и программных модулей.

4. Разработка новых алгоритмов широтно-импульсной модуляции базовых векторов повышенной точности и алгоритмов прямого токового управле-

ния трехфазными инверторами для перспективных систем векторного управления приводами переменного тока.

5. Разработка новых, быстродействующих алгоритмов программной реализации дискретных автоматов для управления режимами работы силовых преобразователей и станций группового управления оборудованием.

6. Разработка концепции модульного построения аппаратной части систем управления комплектных электроприводов и архитектуры унифицированных контроллеров привода на основе специализированных процессоров для управления двигателями с развитым набором встроенных периферийных устройств.

7. Разработка теории векторного управления многосекционными вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением, экспериментальная проверка теории на опытно-промышленных образцах электропривода.

В практической части диссертации ставятся и решаются задачи:

1. Организация проектных и конструкторских работ по созданию и освоению в промышленном производстве серии микроконтроллерных систем управления с наращиваемыми функциональными возможностями и производительностью.

2. Разработка свободно-конфигурируемой пользователем архитектуры систем управления отечественных преобразователей частоты «Универсал», максимально адаптированной для условий применения в России, с расширенным набором функций, в том числе, для управления групповыми насосными станциями.

3. Разработка комплектного алгоритмического и программного обеспечения отечественных преобразователей частоты, включая поддержку скалярного и векторного управления, бездатчикового векторного управления.

4. Разработка мульти-микропроцессорных систем управления мощными вен-тилъно-индукторными электроприводами районных тепловых станций повышенной надежности и степени резервирования.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы основные положения теории электропривода, электрических машин, автоматического управления, математического моделирования, современные средства разработки, конструирования и отладки силовых электронных устройств и микропроцессорных систем. Разработка алгоритмов и базового программного обеспечения выполнялась на основе: теории цифровой обработки сигналов; теории дискретных управляющих автоматов; новых «автоматных» технологий, используемых в современных системах автоматизации производства; перспективных сетевых технологий распределенного управления оборудованием.

Созданные системы управления тестировались с использованием специализированных компьютерных стендов в лабораторных условиях, а также в промышленных условиях в составе ряда комплектных электроприводов и преобразователей частоты с разработанным и установленным программным обеспечением. Все новые алгоритмы и структуры управления от-

лаживались на опытно-промышленных образцах привода. Сопоставление теоретических и экспериментальных результатов подтверждает обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций.

Основные научные положения, выносимые на защиту.

1. Концепция модульного построения аппаратной и программной части системы управления современного комплектного электропривода и ее ядра - контроллера привода, на базе специализированных микроконтроллеров для управления двигателями, обеспечивающая унификацию решений независимо от типа исполнительного двигателя и структуры системы управления, быструю программную адаптацию к области применения. Технология наращивания производительности и функциональных возможностей системы управления за счет использования модулей расширения и интеллектуальных модулей ввода/вывода, в том числе с сетевыми интерфейсами.

2. Комплекс алгоритмов и программ поддержки типовых функций прямого цифрового управления элементами силового канала и сопряжения с датчиками для перспективных структур управления электроприводами переменного тока с асинхронными, вентильными и вентильно-индукторными двигателями.

3. Оптимизированные для использования в структурах векторного управления приводами переменного тока методы, алгоритмы и программы управления мостовыми инверторами напряжения:

• 12-секторной широтно-импульсной модуляции базовых векторов с программной компенсацией «мертвого времени»;

• 24-секторной широтно-импульсной модуляции базовых векторов для трехуровневых инверторов напряжения;

• прямого цифрового управления вектором тока.

5. Методы эффективной программной реализации дискретных автоматов для управления режимами работы комплектных электроприводов и сопутствующей технологической автоматикой.

6. Свободно-конфигурируемая в реальном времени структура системы управления для отечественных серий преобразователей частоты с расширенными функциями управления групповыми насосными станциями и технологическими процессами, поддержкой скалярного, векторного дат-чикового и векторного бездатчикового управления асинхронными двигателями.

7. Теория цифрового векторного четырехквадрантного двухзонного управления скоростью и моментом вентильно-индукторных многосекционных двигателей с независимым возбуждением. Структура мульти-микропроцессорной системы управления мощными многосекционными вентильно-индукторными двигателями с жесткими требованиями по бесперебойности работы и резервированию.

Научная новизна. Разработана новая технология построения систем управления для современных комплектных электроприводов на базе унифицированных по структуре и интерфейсам интеллектуальных модулей, обес-

печивающая эффективную программно-аппаратную реализацию типовых функций управления элементами силового канала и сопряжения с датчиками для всех типов приводов переменного тока, поддержку перспективных алгоритмов прямого цифрового векторного управления двигателями.

Разработана и реализована в практике проектирования отечественных серий преобразователей частоты оригинальная концепция свободно-конфигурируемой пользователем архитектуры системы управления, обеспечивающая значительное расширение функций преобразователя частоты по сравнению с зарубежными аналогами и реализацию дополнительных функций управления технологическими процессами и станциями группового управления оборудованием при значительной экономии средств на энергосберегающее оборудование.

Разработаны новые алгоритмы управления трехфазными инверторами напряжения в режиме широтно-импульсной модуляции базовых векторов с повышенной точностью формирования вектора напряжения или вектора тока, адаптированные к структурам векторного управления двигателями.

Разработана теория векторного управления новым типом электропривода с многосекционным вентильно-индукторным двигателем, позволяющая реализовать четырехквадрантное двухзонное регулирование скорости и момента с показателями качества, близкими к лучшим станочным электроприводам. Это направление не имеет аналогов в России и в мире и перспективно для электрической тяги, малой энергетики и коммунального хозяйства.

Разработана оригинальная «безмастерная» мульти-микропроцессорная система управления многосекционными вентильно-индукторными двигателями мощных сетевых насосов с повышенной надежностью и резервированием.

Практическая значимость. Создана серия модульных, унифицированных по структуре и интерфейсам, цифровых систем управления с наращиваемой производительностью и функциональными возможностями, позволяющая в сжатые сроки разрабатывать и выводить на рынок комплектные электропривода с различными типами исполнительных двигателей, не уступающие по показателям качества лучшим зарубежным аналогам.

Разработано комплектное алгоритмическое и программное обеспечение для поддержки производства отечественных серий преобразователей частоты и отечественных комплектных вентильно-индукторных электроприводов.

Предложены методы, алгоритмы и программы эффективного управления технологическими переменными и оборудованием групповых насосных станций от контроллера привода без использования дополнительных промышленных программируемых контроллеров и средств синхронизации, обеспечивающие экономию средств потребителя энергосберегающего оборудования не менее чем на 30%.

В рамках теории векторного управления вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением созданы методики расчета граничных и предельных механических характеристик привода, опенки ожидае-

мого диапазона регулирования скорости, в том числе в зоне ослабления поля, расчета параметров регуляторов системы управления, пригодные для проектирования.

Создан комплект программно-аппаратных средств быстрого включения электропривода и оборудования на его основе в систему комплексной автоматизации производства на базе сетевых протоколов высокого уровня САМореп и МСЮВШ, обеспечивающий удаленное оперативное управление, диспетчеризацию состояния привода, настройку и конфигурирование.

Практикой создания опытно-промышленных образцов вентильно-индукторного электропривода с независимым возбуждением доказана его перспективность для широкого спектра применений от энергетики и коммунальной сферы до электрической тяги.

Реализация результатов. Основные результаты диссертации использованы в НПФ «Вектор», г. Москва при выполнении опытно-конструкторских работ по запуску в производство серии микропроцессорных систем управления МК7-МК17 для отечественных электроприводов и силовых преобразователей энергии. Объем годового выпуска комплектных систем управления превысил 2000 шт.

Системы управления на базе контроллеров МК7.1/2/3, МК10.1- 10.5 использованы НПП «Цикл+», г.Москва и ИБП РАН, г. Пущино для производства отечественной серии преобразователей частоты «Универсал» и энергосберегающего оборудования на их основе - станций группового управления насосами «СГУ2/3/4» для коммунального хозяйства г. Москвы и Московской области, а также - для производства Автоматических регуляторов дозировочных насосов «АРДН».

Контроллеры МК9.1 использованы на заводе ЭЗАН, г. Черноголовка в системах управления силовыми преобразователями установок по выращиванию кристаллов.

Разработанные совместно с ФГУП «НПП ВНИИЭМ», г. Москва, системы управления на базе контроллеров МК7.1 (ПС 196), применены в ответственных системах электропривода стержней атомных реакторов и в системах управления перегрузочными машинами, а системы управления на базе контроллеров МК16.1/2 - при создании новых вентильных приводов нефтяных погружных насосов.

На базе контроллеров МК11.3 спроектирована и запущена в производство по кооперации фирм ЗАО «Ирис», г. Новочеркасск, НПП «Цикл+», г. Москва и ИБП РАН, г. Пущино серия комплектных вентильно-индукторных электроприводов компрессоров мощностью ог 0,5 до 32,5 кВт.

Контроллеры МК12.1/2 использованы ФГУП ВНИКТИ, г. Коломна при разработке нового поколения мощных тяговых электроприводов тепловозов на базе асинхронных двигателей с векторным управлением.

На базе контроллеров МК14.2/3 совместно с фирмой «Конвир», г. Москва, разработана серия малогабаритных преобразователей частоты «¡> САН» с поддержкой систем скалярного, векторного датчикового и бездатчи-кового управления асинхронными двигателями.

Предложенная в диссертации система мульти-микропроцессорного векторного управления многосекционными вентильно-индукторными двигателями на базе контроллера МК17.3 применена при создании привода сетевого насоса мощностью 630 кВт для Районных тепловых станций г. Москвы по кооперации ряда предприятий: ООО «Центртехкомплект», НЛП «Цикл+», НПФ «Вектор», г. Москва и ОАО «Сафоновский электромеханический завод».

Разработанные в диссертации методики проектирования систем управления асинхронными и вентильно-индукторными двигателями использованы при проведении научно-исследовательских и проектных работ на кафедрах АЭП и ЭКАО МЭИ, а также в учебном процессе, в том числе при повышении квалификации специалистов в УНКЦ «Texas Instruments-МЭИ».

Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на заседании кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ в 2007 г., на 6 российских семинарах, а также на: 1-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии (Суздаль, 1994 г.); 1-й Международной конференции по автоматизированному электроприводу (Санкт Петербург, 1995 г.); 11-й Международной научно-технической конференции «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и энергетические проблемы энергетики» (Москва, 1995 г.); Международной научно-технической конференции «Гидромеханика, гидромашины, гидропривод и гидропневмоавтоматика» (Москва, 1996 г.); И-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-96 (Крым, 1996 г.); Ш-й Международной конференции «Электромеханика и электротехнологии» МКЭЭ-98 (Клязьма, 1998 г.); Международной конференции по промышленной электронике IEEE (Аахен, Германия, 1998 г.); Ш-й Международной конференции по автоматизированному электроприводу «АЭП-2001» (Нижний Новгород, 2001 г.); V-й Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение» МКЭЭЭ-2003 (Крым, 2003 г.); IV-й Международной конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (Магнитогорск, 2004 г.); Международной конференции ЕРЕ-РЕМС (Рига, 2004 г.); Международной конференции «Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика» (Харьков, 2005 г.); XI- Международной конференции «Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты» (Крым, 2006 г.).

Публикации. Результаты работы изложены в 1 учебнике и 7 учебных пособиях, 2 монографиях, 66 научно-технических публикациях, защищены 1 авторским свидетельством СССР и 2 патентами Российской Федерации.

Структура объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 157 наименований и 9 приложений. Ее содержание изложено на 326 страницах, проиллюстрировано 150 рисунками и 16 таблицами.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и основные задачи, решаемые в теоретической и практической частях работы.

В первой главе «Совершенствование современного электропривода средствами микроконтроллерного управления» выделяются типовые структуры перспективного цифрового электропривода с асинхронными, вентильными и вентильно-индукторными двигателями: «Неуправляемый или управляемый выпрямитель-Инвертор-Двигатель»; Активный выпрямитель-Инвертор-Двигатель»; Входной преобразователь постоянного напряжения в постоянное (БС/ОС)-Инвертор-Двигатель»; «Много-осевой электропривод с общим звеном постоянного тока, общим модулем активного выпрямителя, индивидуальными осевыми инверторами»; «Электропривод на базе многосекционных многофазных вентильно-индукторных двигателей с индивидуальными выпрямителями и инверторами для каждой секции».

Показывается, что число унифицированных силовых модулей в комплектных электроприводах ограничено: неуправляемого или управляемого выпрямителя; инвертора/активного выпрямителя; преобразователя постоянного напряжения в постоянное/мостового инвертора; модуля одиночного силового ключа. Управление каждым из силовых модулей и сопряжение с типовыми датчиками координат электропривода рассматривается как типовая задача управления, для которой в работе предлагается полная аппаратная, алгоритмическая и программная поддержка. Показывается, что для минимизации затрат целесообразно разрабатывать два типа универсальных контроллеров привода: I - для управления одним инвертором/активным выпрямителем; II - для управления одновременно двумя инверторами или инвертором и активным выпрямителем. Дополнительно универсальные контроллеры должны обеспечивать управление одиночными силовыми ключами (не менее двух каналов) и сопряжение с датчиками, допускать объединение контроллеров в сети.

Разрабатывается концепция прямого цифрового управления элементами силового канала электропривода к сопряжения с датчиками, суть которой сводится к эффективному комплексному использованию встроенных на кристалл специализированного контроллера для управления двигателями периферийных устройств, минимизации дополнительного оборудования за счет использования простых и дешевых преобразователей уровней и стандартных БИС драйверов, реализации всех функций управления, связанных с математической обработкой информации, а также сервисных функций, исключительно программным путем за счет оптимальной архитектуры и высокой производительности процессора.

Систематизируются функции прямого цифрового управления: 1) отдельным силовым ключом; 2) многоканальным коммутатором; 3) тиристор-ным преобразователем напряжения; 4) полу мостовым инвертором напряжения/тока; 5) двунаправленным ВС/ОС-преобразователем; 6) силовым мостом з режиме инвертора напряжения/тока или преобразователя напряжения;

7) мостовым трехфазным инвертором напряжения; В) то же тока; 9) трехуровневым инвертором напряжения; 10) сопряжения с индуктивными датчиками положения и датчиками на элементах Холла; 11) с импульсными датчиками положения; 12) с синусно-косинусными датчиками и вращающимися трансформаторами. Для каждой функции определяется необходимая аппаратная, алгоритмическая и программная поддержка, которая должна быть реализована в системе управления с учетом возможностей встроенных периферийных устройств, таких как процессоры событий, «квадратурные» декодеры, менеджеры событий.

Ставятся задачи повышения показателей качества цифровых электроприводов средствами управления: 1) меньший вес и габариты системы управления; 2) высокая надежность, время наработки на отказ не менее 100000 часов, срок службы не менее 10 лет; 3) адаптация к типу исполнительного двигателя и структуре силовой части; 4) адаптация к технологии и производственному механизму; 5) простота настройки, ввода в эксплуатацию и обслуживания; 6) быстрая интеграции в систему комплексной автоматизации производства; 7) встроенный и удаленный мониторинг состояния привода, раннее предупреждение аварий; 8) встроенное управление технологической автоматикой; 9) распределенное и много-осевое управление; 10) защита от несанкционированного доступа и неквалифицированного обслуживания; 11) устойчивость к пропаданиям напряжения питания. Определяются средства достижения цели за счет разработки специальных аппаратных и программных средств унифицированной модульной системы управления.

На основе анализа современного рынка процессорной техники, по критерию максимального быстродействия и эффективности для решения задач прямого цифрового управления элементами привода, выбирается оптимальная элементная база реализации модульных, унифицированных систем управления комплектных электроприводов - специализированные 16-разрядные микроконтроллеры для управления двигателями (Motor Control) фирмы Intel 8xC196MC/MD/MH с производительностью до 2 млн. оп./с и специализированные 32-разрядные сигнальные микроконтроллеры фирмы Texas Instruments TMS320F24xx/28xx производительностью до 150 млн.оп./с.

Во второй главе «Разработка эффективных методов и алгоритмов прямого цифрового управления элементами силового канала привода и сопряжения с датчиками» решается задача математического и алгоритмического обеспечения типовых функций управления, присущих большинству современных комплектных электроприводов. Создается банк стандартных алгоритмов и программ. Каждая задача решается с учетом максимально полного и эффективного использования встроенных периферийных устройств специализированных процессоров для управления двигателями.

Рассмотрены алгоритмы управления: 1) отдельным силовым ключом в цепи возбуждения машины или цепи приема энергии рекуперативного торможения в преобразователе частоты; 2) многоканальным коммутатором для шаговых или вентильно-индукторных двигателей с самовозбуждением; 3) импульсно-фазового управления ключами тиристорвого преобразователя

напряжения или регулятора напряжения; 4) полумостовым инвертором напряжения и тока для шаговых и вентильно-индукторных двигателей; 5) мостовым инвертором напряжения и тока для любых двигателей с изолированными фазами; 6) высоко интегрированными инверторами тока с аналоговым и цифровым интерфейсом (параллельный или БР!) для сервоприводов.

Особое внимание уделено перспективным способам управления трехфазными мостовыми инверторами напряжения. На базе микроконтроллеров без аппаратной поддержки широтно-импульсной модуляции (ШИМ) базовых векторов, которые используются в простых системах скалярного управления асинхронными двигателями, разработаны алгоритмы формирования кругового годографа вектора напряжения статора на основе синусоидальной центрированной ШИМ с встроенной функцией компенсации возможных колебаний напряжения в звене постоянного тока. Значения скважно-стей по всем трем каналам уА, ув, ус и соответствующих им относительных уставок сравнения рассчитываются на каждом периоде ШИМ по двум управляющим воздействиям - относительной амплитуде вектора напряжения статора ¡7* и относительной фазе вектора в':

гл = 0,5 + 0,5 ■ и'т{/;ш)/и'ас • ЯЩ£>'); Ув = 0>5 + 0,5<С/1)Д/;с-БЩО- -1/3); (1) = 0,5 + 0,5 • и'т(/ёых)/и'ос -ИЪ).

Амплитуда вектора выходного напряжения 1!'т рассчитывается в функции текущей выходной частоты преобразователя по кривой £/(/) на частоте работы задатчика интенсивности (на порядок меньше частоты ШИМ), а фаза - на каждом периоде ШИМ в функции выходной частоты: вЩ=0[к-\\+и~т„/Предложены методы эффективного повышения напряжения на высоких частотах: добавлением третьей гармоники в кривые заданных выходных фазных напряжений; переводом инвертора в режим шес-титактной коммутации; с помощью «трапецеидальной модуляции», с формированием относительных амплитуд вектора выходного напряжения, превышающих 1.

Разработаны методы управления для этого класса процессоров с программной поддержкой ШИМ базовых векторов на основе двухпроходной

коммутации с расчетом компонент базового вектора внутри сектора:

= (2)

Переход на более производительные 32-разрядные сигнальные процессоры с аппаратной поддержкой ШИМ базовых векторов позволил реализовать экономичные методы управления, суть которых поясняет рис.1. За счет сокращения числа переключений на периоде ШИМ вместо 6 до 4 уменьшаются на 30% динамические потери в инверторе. Применительно к структурам векторного управления АД предложен модифицированный метод 12-секторной ШИМ-модуляции (рис. 2), основанный на смене способа при-

вязки к шике в середине каждого сектора, при котором величина фазовой ошибки за счет влияния «мертвого временя» не Превышает 3-4°. Предусмотрены меры дополнительной программной компенсации влияния «мертвого времени»:

СМР' ^ ¡/ 0) Ле»0О еЫЩ > 0) 1кеп(уа+Уш)еке(ум-у^у, ( 3 )

СЩ :=,/ (¡'с (Гя +у1Ка) еЬе ¡/ (/„ > 0) ¡кеп(уя (у„+Уи+) -ут).

Рис. 1

Рис.2

Как видно из сравнительных осциллограмм (рис.З) метод эффективен даже при значительных величинах «мертвого времени» (до Ш мкс).

Рис.3

Для ряда электроприводов с питанием от входной сети постоянного тока силовая часть строится с применением понижающих/повышающих преобразователей постоянного напряжения в постоянное (DC/DC). Для приводов большой мощности (десятки кВт) разработаны алгоритмы раздельного управления ключами (режим понижения, затем - повышения напряжения), а для приводов малой мощности (до 1 кВт) - согласованного управления с устранением разрывности выходной характеристики преобразователя. Реализация метода раздельного управления, основанная на одновременном управлении каждой парой силовых ключей от двух каналов сравнения процессора событий, представлена на рис.4. Один канал настраивается на формирование «активного низкого», а второй - «активного высокого» ШИМ-бйгнала. Общее управляющее воздействие у используется для расчета относительных ус-

та к же более сложные двухконтурные структуры управления с внутренним контуром поддержания тока дросселя и внешним контуром регулирования выходного напряжения.

Преимущество таких алгоритмов - практически полное устранение колебаний выходного напряжения. Эти решения использованы в системах бездатчикового вентильного привода компрессора с несгабилизнровалным входным питанием от 77 В до 145 В, а также в комплектных электроприводах _ча базе вентйяьно-индукторных двигателей (от 0,5 до 32,5 кВт).

Для мощных электроприводов с повышенным уровнем Напряжения питания целесообразно применение двухуровневых инверторов напряжения - рис.5. Разработана алгоритмическая и программная поддержка управления

Рис.4

тавок сравнения по каналам: у|-у; Уз—2-у. Преимущество решения состоит в том, что переход из режима понижения в режем повышения входного напряжения производится автоматически. На втором уровне управления преобразователем разработаны пропорционально интегральные регуляторы выходного напряжения, а

Рис.5

такими инверторами в режиме широтно-импульсной модуляции по 27 базовым векторам, включая «нулевые». Для управления каждой парой ключей, расположенных в одной стойке, например, ключами К1, К4 предлагается использовать два взаимно инверсных сигнала управления, формируемых одним из шести каналов сравнения модуля полного сравнения в режиме центрированной ШИМ-модуляции. Такое управление технически реализуемо при одновременном использовании двух менеджеров событий микроконтроллеров Т1 серий 'С24хх или 'С28 с соблюдением следующих дополнительных условий: одинаковости периодов базовых таймеров и синхронизации их запуска. Внутри каждого сектора выделяются четыре области (рис.6), в каждой из которых реализуется ШИМ-модуляция по трем базовым векторам. Исследованы различные варианты обхода базовых векторов на периоде ШИМ с точки зрения их реализуемости стандартным средствами

ШИМ-генераторов микроконтролле-| »" ! ров, выбраны оптимальные. Предла-

2 сектор

гаемые алгоритмы не требует компенсации «мертвого времени». Они перспективны для мощных асинхронных электроприводов локомотивов.

Значительное место в работе уделено прямому цифровому управлению инверторами тока. Показано, что в трехфазных мостовых инверторах с тремя независимыми регуляторами тока возникают нежелательные эффекты «быстрой расфорсировки», когда вся трехфазная обмотка отключается от звена постоянного тока и идет форсированное спадание фазных токов через обратные диоды моста. Если рассматривать трехфазную обмотку как эквивалентную однофазную, - это соответствует переходу от первого импульсного режима работы инвертора (+и,0) ко второму (+и, -ит). Из-за больших темпов спадания тока и ограничений по быстродействию АЦП возможны значительные «просадки» в кривых воспроизводимых токов. Предложен метод прямого управления вектором тока, лишенный этих недостатков. Его суть в следующем. Выделяется шесть секто-

3 сектор

I сехьюр

200

— !2С

Л

/

1*0/ -

у"

' 1«.

Рис.6

ров возможною расположения заданного вектора тока (рнс.8), Внутри каждого сектора один из токов должен быть максимальным (по модулю), а два других - в сумме равняться ему, но иметь противоположный знак, При фиксированной "привязке" внутри сектора одного из ключей инвертора к верхней или нижней шине (рис.7), можно обеспечить косвенное регулирование заданного максимального фазного тока за счет прямого регулирования токов

При этом автоматически обеспечивается нужный контур тока для замыкания через обратные диоды во всех режимах работы инвертора. Случайное состояние "быстрой расфорсировкн", которое могло иметь место при раздельном управлений "стойками", исключено и может возникнуть только в плановом режиме - при переходе в режим активного выпрямителя. Оптимизация алгоритма выполнена за счет декомпозиции задачи, выделения трех независимых задач управления и строгой последовательности их решения: (на примере сектора 0 при обозначении состояния ключей символами А, В, С): 1) Определить режим работы трехфазного регулятора тока:

инверторный (А=1) или активного выпрямителя (А=Х); 2) Определить состояние ключа, обеспечивающего поддержание заданного тока (В~0 или В~Х); 3) То же для ключа, поддерживающего значение тока ¡с (С=0 или С=Х).

Показано, что для минимизации частоты переключения ключей за счет режима «медленной расфорсировки» токовый коридор д; для «ведущей фазы» (управляющей режимом инвертор/активный

выпрямитель) должен соответствовать заданной точности поддержания токов При этом токовые коридоры для «ведомых» фаз й должны бь>ть обязательно меньше <8 < д/ Ведомые фазы могут

двух оставшихся фаз.

Режим работы:

инвертор/ активный — выпрямителе

Регулирование токта V

Регулирование тока;

Рис, 7

Инвертор Д"1

К в е И

Рис.8

работать и а режиме предельного быстродействия с нулевым токовым коридором &, если максимальная частота ШИМ окажется допустимой. Осциллограмма на рис. 9 свидетельствует о высоком качестве формирования тока.

Разработан эффективный метод программной реализации дискретных управляющих автоматов, близкий по сути к современным автоматным технологиям, развиваемым отечественными специалистами Шатшо A.A. и Туккель Н.И. (SWrrCH-технолошй). Это интуитивно понятный метод программирования, основанный на технологии непосредственной программной реализации дискретного автомата по графу переходов - рис. 10, не требующий синтеза функций переходов vi выходов, ускоряющий и формализующий процесс разработки программы, документирования и сопровождения программного продукта. Метоп имеет следующие принципиальные особенности: 5) Ориентирован на системы встроенного управления приводами с большим числом событий, обрабатываемых в реальном времени по прерываниям (до нескольких десятков) и более высоким приоритетом задач прямого цифрового управления элементами силового канала по сравнению с задачами дискретной автоматики; 2) Поддерживает технологии распределенного мульти-микропроцессорного управления на основе встроенных и/илй удаленных интеллектуальных систем ввода/вывода, под-

A-iftiin I i...

Рис.9

L

ключенных к контроллеру привода по сети (например, CAN). Он основан на быстром табличном переходе к интерпретатору текущей вершины графа, в котором выполняются два действия: управление выходами при первом вхождении в вершину и операции, выполняемые постоянно, например, для формирования битовых флагов после проверки условий. В каждом интерпретаторе вершины в конце подпрограммы выполняется проверка условий переходов в порядке приоритета, установленном программистом. По первому «сработавшему» условию номер текущего состояния заменяется номером состояния перехода.

Разработан комплекс алгоритмов и программ поддержки: типовых интерфейсов с аналоговыми датчиками электрических координат привода, методов и алгоритмов одновременной идентификации электрического, механического положения ротора двигателя и скорости по сигнала!« одно- и много-канальных импульсных датчиков положения с обеспечением максимальной точности измерений в режиме авто-переключения диапазонов. Они базируются на согласованной работе нескольких периферийных устройств: таймеров, каналов сравнения и захвата процессора событий, квадратурных декодеров, системы прерываний. Эти решения отличаются универсальностью, могут быть реализованы на любом процессоре типа Motor Control и предназначены для использования в приводах переменного тока с любыми типами двигателей - от асинхронного двигателя до вентильпо-индукторного. Рис. 11 иллюстрирует механизм автоматического переключения диапазонов цифрового измерителя скорости на базе «квадратурного» декодера за счет изменения «дискреты» путевого перемещения, на котором измеряется время перемещения.

Предложено устанавливать на выходе измерителя цифровой фильтр Калма-на, позволяющий одновременно измерять скорость привода, фильтровать шумы и помехи.

Для целей управления многосекционными двигателями разработан интерфейс с абсолютными датчиками положения с быстродействующи?,! синхронным последовательным каналом связи (до 20 Мбит/с). Особенность решения состоит в том, что система тактирования датчика устанавливается

Разработаны

программные интерфейсы с современными синусно-косинусными аналоговыми датчиками положения, позволяющими непосредственно измерять не механическое, а электрическое положение ротора машины, что важно для систем векторного управления.

} боо 12со lew гсет г.'оо/м.^!

Рис.11

вблизи датчика и фазовые задержки между информационными сигналами и тактирующими отсутствуют. Обеспечивается устойчивая обратная связь с двигателем на удалении от преобразователя до нескольких десятков метров.

Б третьей главе «Разработка серии микроконтроллерных систем управления для перспективных электроприводов» разрабатываются основные принципы построения аппаратной части унифицированных систем управления, пригодных для реализации комплектного электропривода с любым типом исполнительного двигателя. Система управления строится на базе: 1) модуля контроллера привода (МК), выполняющего функции прямого цифрового управления элементами силового канала и сопряжения с датчиками; 2) модулей расширения функций базового контроллера (МР), которые в зависимости от области применения расширяют интерфейсные возможности МК (рис. 12) или преобразуют контроллер 1-го типа к контроллеру И-го типа с возможностью одновременного управления двумя инверторами; 3) модулей ввода/вывода МДВВ для сопряжения с пром контроллера ми и оборудованием групповых рабочих станций; 4) модуля пульта оперативного управления с

Вся серия контроллеров разрабатывается по единой унифицированной архитектуре, но с разной производительностью и объемом памяти центрального процессора по принципу, для каждого применения «требуемые функциональные возможности за минимум цены». Обеспечивается совместимость «снизу вверх» при переходе на более производительные контроллеры для экономик затрат потребителей систем управления на разра-рйс 12 ботху. Предусматри-

ваете я возможность

каскадирования модулей дискретного и аналогового ввода/вывода для расширения возможностей системы управления, а также создание модулей вво-д«/йывода с интеллектуальным интерфейсом САЫореп для поддержки стратегии комплексной распределенной автоматизации производства.

дисплеем и клавиатурой для интерфейса с операторо\

Асинхронный интерфейс НЕ -232

Плгта вдитроппврэ мкю.з

! Энергонезависимые часы

£ рз&пьного еремэди

Плата расширения . ^-руз-лОК-йЗЛ. - Т -

Интерфейс с датчиками вот«»!*

| .МНТЙР^йсишрсгсТе 1 инаертзрз '[

Аналоге«^ эаацк: ■7 р^ЁиррсМ 1$ньи *;< '-У ?

дазаазянные : ^нтбрфеЛсы ;

! "м-гзгщз I

Включение комплектного электропривода в систему автоматизации обеспечивается унифицированными гальванически развязанными интерфейсами САЫсреп и МООВи5 (11$-485), предусмотренными на плате контроллера привода. Для целей наладки и конфигурирования реализуется доступ к переменным и параметрам привода по сети с помощью словаря переменных, записанного в память контроллера.

Система управления проектируется с учетом условий эксплуатации в России на расширенный температурный диапазон -40 +§5 °С, предусматривается зашита от несанкционированного доступа к оборудованию. Обеспечивается набор средств для быстрой адаптации к конкретному типу электропривода или области применения: I) программная; 2) с помощью универсальных аналоговых входов, работающих в нескольких типовых форматах; 3) аппаратным пере конфигурирован и ем с помощью переключателей на плате контроллера; 4} модификациями контроллера с установкой только нужных компонент; 5) использованием модулей расширения функций.

Разработана унифицированная архитектура контроллера МК, позволяющая реализовать все типовые функции управления элементами силового каната и сопряжения с датчиками - рис.13.

Модули расширения функций ^ " ¡0-5 Е *ли +1-5 В)

№2 прамаго цифрового |! "ёлок" угцвьпйче е««,ъымк «пю-иы«] расширен

г зпрпо

авариям

, $ сигттюЕ «серив

Пстенцйа:гьнь:е

I I 3 $

Отладка е

реальном Врентн +5 Иг У(ШЧ; 8(16 ЕШ

Рис.13

Описан состав и технические характеристики разработанной и освоенной в промышленном производстве серии контроллеров МК с указанием их особенностей и преимущественных областей применения - рис, 14.

ТМ83201.Р240«А

2006 Г.

150 м.оп./с

1 ол) Т М 8320I. ?2406А

м.оп./с

ТМ$Э20Р2в1<>.

» 17._

ТМ 10

150 м.овЛс

iOH.on.iC ) ^■^:ЗГгМВ320Р2в-10 40м'0,1'е

•¡2.1 Л ---^ 150 н.оп.'с

ТМ5320Р2810 ТМ83201.Р2406А 150 м.вп^с 40 м.оп./с

ТМ8320ЬР2407А

40 м.сп./с

С п вц язли зировзн м ые Универсальные

)тМ8320Р241

20 М.оп./с

1|*|е180С19вГЛС/МН 2 м.оп./с

ТМ8320Р241

20 м.оп./с

1995 г.

Рис.] 4

Большая часть контроллеров - универсальные, для любых применений (рис. 15), некоторые,- узко специализированные, разработанные на заказ.

Например, контроллеры МК16.1/2 предназначены для применения в составе систем управления погружными нефтяными насосами на базе вентильных двигателей и рассчитаны на особо жесткие условия эксплуатации при температурах до 120 °С. Контроллеры МК7.3 использовались в отечественных преобразователях частоты более 7 лет и были заменены постепенно контроллерами МК10.2/3/4/5, производство которых превысило к 2007 г. 2000 шт. в год. Контроллеры МК11.3 (рис.15) явились базой создания отечественной серии вентильно-индукторных электроприводов мощностью от 0,5 до 32,5 кВт. Самые высокопроизводительные контроллеры МК17.3 являются основой построения новых систем привода на базе вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением и векторным управлением.

В четвертой главе «Разработка комплектных систем управления преобразователями частоты (ПЧ) для регулируемых асинхронных электроприводов» решается задача создания модульного математического, алгоритмического и программного обеспечения для отечественных серий преобразователей частоты «Универсал» (от 0,5 кВт до 400 кВт) и «1-СА№> (от 0,4 кВт до 3,7 кВт). Совместно с производителями преобразователей частоты сформулированы основные принципы создания объектно-ориентированной техники, максимально адаптированной для использования в условиях России:

1. Набор типовых функций управления и защит, не уступающий лучшим зарубежным преобразователям частоты, существенно расширенный с целью дополнительного регулирования технологических переменных и обеспечения управления групповыми насосными станциями с числом насосов до 6.

2. Свободно-конфигурируемая пользователем система управления с возможностью выбора: одной из базовых систем управления асинхронным двигателем (АД) скалярной, векторной датчиковой, векторной бездатчиковой; замкнутой или разомкнутой системы регулирования технологической переменной; местного или дистанционного способа управления; источника ввода задания и сигнала обратной связи по технологической переменной; назначения функции для каждого канала дискретного ввода/вывода.

3. Встроенное программное управление заданием на технологическую переменную по часовым, дневным, недельным и месячным циклам, ориентированное на применение ПЧ на центральных тепловых станциях.

4. Косвенное измерение ряда технологических переменных средствами системы управления ПЧ (мощности, расхода), некоммерческий учет потребляемой электроэнергии.

5. Русифицированный дружественный интерфейс с оператором, возможность удаленного компьютерного мониторинга и управления преобразователем в реальном времени по промышленным сетям САМореп, МСШВШ.

6. Возможность объединения нескольких ПЧ в сеть САКореп с подключением к ней разработанных интеллектуальных модулей дискретного и аналогового ввода/вывода, стандартных интеллектуальных датчиков технологических переменных и выполнением функции мастера сети одним из контроллеров электропривода, встроенным в ПЧ.

Концепция свободно-конфигурируемой пользователем системы управления реализована за счет: построения всего программного обеспечения по модульному принципу; возможности включения/выключения или обхода любого модуля с помощью программно-управляемых переключателей; автоматического сохранения выбранной конфигурации в энергонезависимой памяти контроллера; возможности восстановления «заводской» конфигурации и заводских уставок в любой момент времени; широкого выбора типов регуляторов (П, ПИ, ПИД, релейный) и задатчиков интенсивности (линейный, Б-образный); управления набором активных в данный момент защит и способом повторного запуска ПЧ после срабатывания каждой защиты (после сброса аварийного сообщения оператором, после тайм-аута; после тайм-аута, если число аварийных отключений не превысило допустимого и др.); включения/отключения дискретного автомата управления технологической автоматикой.

Для большинства применений (до 95%), в частности, в жилищно-коммунальном хозяйстве, достаточно скалярной системы управления АД. Для систем, требующих расширения диапазона регулирования скорости выше 50:1, разработаны системы векторного датчикового управления. Мы использовали достижения отечественных (Ключев В.И., Поздеев Д.А., Шрей-нер Р.Т. и др.) и зарубежных (В'а.чсЬке Б., БсЬо^еЫ К. и др.) специалистов в этой области. На основе анализа различных структур, в качестве основной выбрана система управления АД с ориентацией по потокосцеплению ротора.

Показано, что при реализации на базе цифровых сигнальных процессоров с фиксированной точкой, системы векторного управления АД в координатах (а,В) и (с!,а) требуют на 40% больше вычислительных ресурсов, в них заметно усложняется фильтрация помех, поэтому выбрана система координат (х, у), связанных с потокосцеплением ротора. Система реализована на базе блоков, решающих типовые задачи (измерение токов статора и фильтрация помех; коррекция выходного напряжения инвертора по напряжению в звене постоянного тока; выполнение координатных преобразований; оценка положения и скорости), а также на базе специализированных модулей (восстановление вектора потокосцепления ротора по математической модели машины; коррекция в контурах токов по восстановленной ЭДС).

Предложены и реализованы специальные алгоритмы программно-контролируемого согласованного ограничения составляющих задания вектора напряжения по осям х,у при использовании модуля 12-секторной широт-но-импульсной модуляции, обеспечивающие минимизацию фазовых и амплитудных ошибок формирования вектора напряжения. Для мощных систем привода с большим временем переключения ключей рекомендована структура системы векторного управления с прямым цифровым управлением вектором тока.

Разработана стратегия управления при недостатке напряжения и зоне ослабления поля, базирующаяся на оригинальной методике расчета предельных механических характеристик АД в режиме векторного управления. Суть стратегии сводится к принудительному автоматическому ослаблению поля в

функции скорости в соответствии с абсолютной предельной механической характеристикой, рассчитанной при запасе по напряжению 5-10%.

В структуре системы векторного управления с помощью трех дополнительных. блоков учтена нелинейность контура намагничивания машины. В условиях промышленной эксплуатации ПЧ с векторным управлением, в частности, на кабельных линиях, получен: общий диапазон регулирования скорости до нескольких тысяч к одному; в зоне ослабления поля до 1,5:1; момента-до 20;3,

Совместно со специалистами 1ШП ВНИИЭМ разработана оригинальная структура векторного бездатчикового управления АД с переключаемой структурой, сочетающая в себе возможности скалярного частотно-токового управления в диапазоне низких частот (до 5 Гц) и возможности векторного бездатчикового управления на частотах выше 5 Гц, Из множества типов наблюдателей (на основе адаптивной модели, фильтра Кармана и т.д.) по критериям максимальной робастности и реализуемости выбран наблюдатель, работающий в скользящем реткяме. Его структура дополнительно модернизирована так, что восстанавливается не ЭДС, а непосредственно потокосцепленке ротора. При этом оценка угла потокосцепления ротора не зависит ни от амплитуды потокосцепления, ни от знака и скорости вращения:

(4)

Для устранения высокочастотных пульсаций и помех предложен дополнительный фильтр Калмана на выходе наблюдателя, который позволяет автоматически получить оценку скорости. Упрощенная структура системы векторного бездатчикового управления представлена на рис. 16.

Система обеспечивает высокое качество регулирования при отклонениях фактических параметров двигателя от расчетных до 25%.

На базе преобразователей частоты «Универсал» созданы комплексы энергосберегающего оборудования для Ц'Ш и водоканалов со станциями группового управления насосами (СГУ), в которых все задачи управления

оборудованием, включая синхронизацию процессов подключения насосов к сети, ПЧ и обратно решаются в контроллере привода без необходимости использования дополнительных промконтроллеров и синхронизирующей аппаратуры. Дискретный автомат управления СГУ обеспечивает: управление режимами работы насосов (холодный, горячий резерв, отключен); очередью насосов, участвующих в регулировании технологической переменной (обычно давления); автоматическое расширение диапазона регулирования за счет подключения к ПЧ очередного насоса и включения ранее работавшего от ПЧ насоса на сеть - рис. 17; безударное переключение двигателя с ПЧ на сеть и с сети на ПЧ за счет использования в ПЧ функций устройства мягкого пуска («Soil Start») и алгоритмов быстрого гашеная поля АД; резервирование насосов; автоматическое управление загрузкой насосов для равномерного износа оборудования в процессе эксплуатации. Такие системы обеспечивают экономию воды до 20%, тепла - до 30%, электроэнергии - до 36%. Срок окупаемости не превышает 2 лет.

В пятой главе «Разработка систем управления вентильными индукторными двигателями» (ВИД) отмечается, что этот тип привода имеет все шансы стать «электроприводом XXI века» из-за простой, надежной и технологичной конструкции машины с сосредоточенными фазными катушками и пассивным ротором, возможности создания эффективных конструкций типа «мотор-колесо».

Большинство исследователей в России и за рубежом занимаются ВИД с самовозбуждением и однополярным коммутатором (Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г., Кузнецов В.А., Коломийцев Л.Ф., Темирев А.П. и др.). В работе совместно со специалистами фирмы «Ирис», г. Новочеркасск решена задача создания эффективных цифровых систем управления для подобного класса машин - рис.18. Привод построен по структуре «Преобразователь постоянного напряжения в постоянное-Инвертор-Двигатель» с разделением функций коммутатора и регулятора напряжения. Поддерживается управление близкое

Рис.17

к векторному: длительность включения каждой фазы при любой скорости составляет 180 эл. град., что обеспечивает максимально полное использование двигателя по моменту; в функции скорости регулируются не один параметр (угол коммутации), как в классических системах управления вентильными двигателями, а три: угол включения фазы ¥1; угол переключения фазы в режим медленной расфорсировки 1*2 (короткое замыкание фазы); угол отключения ^РЗ, обеспечивающий быструю расфорсировку с отдачей накопленной в обмотке фазы электромагнитной энергии в звено постоянного тока; ключи инвертора переводятся в режим ШИМ только в динамических режимах (при ограничении тока) для уменьшения потерь в двигателе от вихревых токов и повышения КПД.

Измеритель скорости и электрического положения (ИСиП) построен как цифровой наблюдатель и работает с датчиками положения ротора нескольких типов: индуктивными; на базе элементов Холла. Его главная особенность - адаптивная структура. В начале пуска для идентификации положения и скорости используются все каналы датчика положения, а в зоне рабочих скоростей - только один, базовый, что уменьшает девиации измеренной скорости и положения из-за разброса параметров каналов. Цифровой регулятор скорости реализован в виде экспертной системы, работающей в функции скорости, динамической ошибки по скорости и момента нагрузки. Момент нагрузки оценивается косвенно по потребляемой активной мощности и скорости привода. Структура обеспечивает инвариантность динамических параметров привода от нагрузки.

Отечественная серия комплектных электроприводов компрессоров мощностью от 0,5 кВт до 32,5 кВт на базе 5-и и 6-и ВИД освоена в производстве (ОАО «Ирис», г.Новочеркасск, ИБП РАН, г. Пущино).

Второе направление в вентильно-индукторном приводе связано с использованием ВИД с независимым возбуждением (ВИД с KB), конструктор Русаков A.M. ВИД с НВ имеют катушечную трехфазную обмотку на статоре, пассивный ферромагнитный ротор и дополнительную обмотку возбуждения, также расположенную на статоре. Поток в машине замыкается аксиально-радиально - рис.19. Возможно изготовление машины с несколькими трехфазными секциями и независимым питанием. Этот тип машин перспективен для широкодиапазонных станочных электроприводов, тяговых электроприводов, электроприводов трансмиссий, особенно в совокупности с индукторным генератором и дополнительным каналом регулирования в контуре возбуждения генератора.

Анализ схем замещения ВИД с НВ показал: можно минимизировать или полностью исключить за счет специальных способов размещения катушек по расточке статора взаимные магнитные связи между фазами и между отдельными секциями в много-секционной машине.

Каждая секция может рассматриваться как отдельная, не сказанная с другими трехфазная машина, допускающая управление от своего собственного преобразователя с суммированием моментов элементарных машин непосредственно еа валу. Разработаны математические модели ВИД с НВ в физических координатах, в координатах (а,р) и (d, q). Показано, что каждая секция и машина в целом с точки зрения управления эквивалентны трехфазной синхронной машине с обмоткой возбуждения на роторе, для которой применимы современные методы векторного управления:

Оэ.'.'отке

Кэтушкз

Первый пакет

Второй пакет

Конструктивнее гйракетрь J ч'исло фаз rnj=3 -Чкетс. катушке фаде i, =3: : Щам 3v;6ij6e.btai(jps ж ?гаЛЯ ———ЧиоДо а^цев'рстерзр^.

Рис.19

' / л * Л ' ¿С-*,

Разработаны методики расчета механических характеристик 8ИП с НВ в вентильном режиме при управлении амплитудой вектора напряжения статора и'щ, углом коммутации у и током возбуждения = 1{ цу :

1 / _ ГОЙ;МИ;* "

^ .у; -¡г*;-*,-е.

(6)

где Г, - — - электромагнитная постоянная Бремени фазы двигателя, а также

предельных механических характеристик при оптимальном угле коммутации:

и**^. +

(7)

Предложена методика расчета граничных механических характеристик в структурах векторного управления при достижении вектором напряжения максимально возможного значения и сохранении свойств инвертора тока (источника момента);

-.(8)

Показано,, что оптимальная стратегия управления ВИД с ИВ в зоне ослабления поля состоит в изменении тока возбуждения в функции скорости в соответствий с предельной граничной

"¿К.;

' -

м

*

;■ а

V г ч. -. .'„.

" .и,;

, ■ ■ - Я*"' , '. ■ - :

мехакической характеристикой машины, полученной при запасе но напряжению не менее 10-15%. При этом пропорционально должен снижаться ток по оси q машины. Предложена структура системы двухзон-ного векторного управления с регулятором тока возбуждения, работающем б скользящем режиме в I функции текущей амплитуды векто-■ ® .^ГГй^'т. .ра напряжения. Она обеспечивает ■- .■■..........- ■ . -.-..: - --■-.....I максимальное использование двига-

теля по напряжению в зоне ослабления поля. Вид динамических харак-

V

теристик электропривода при пуске и реверсе представлен на рис. 20.

Разработанная теория векторного управления ВИП с НВ подтверждена экспериментально на опытных образцах комплектных электроприводов с двигателями мощностью 0,75 и 7,5 кВт. Получен общий диапазон регулирования скорости до нескольких тысяч к одному, в зоне ослабления поля до 8:1, точность поддержания скорости 0,01%, кратность пускового момента 2,5.

Совместно с Острировым В.Н. и Русаковым A.M. предложена концепция построения мощного (до 1-2 МВт) комплектного электропривода для районных тепловых станций на базе многосекционного ВИД с многократным резервированием в силовом канале и канале управления, резервированием по питанию за счет использования двух фидеров - рис.21.

СУ1

Силовой канал N21

ПЧ1

СУ1

Рис.21

Привод рассчитан на безударный ввод в эксплуатацию любой секции - «мягкий подхват» и на возможность восстановления работоспособности за счет вывода аварийкой секции в ремонт «на ходу». Система управления -мульти-микропроцессорная с контроллерами секций МК17.3, обеспечивающими алгоритм векторного управления секцией, модулями дискретного ввода/вывода МДВВ17.1 для сопряжения с коммутационной аппаратурой рабочих станций. В ее состав входят пульты оперативного управления ПУ12.2 и модули сопряжения с абсолютным датчиком положения, обслуживаемым отдельным периферийным контроллером. Все устройства объединены между собой локальной шиной САМореп. Функция мастера комплектного электропривода выполняется одним из секционных контроллеров, с которым в данный момент «общается» либо оператор, либо система верхнего уровня управления. Электропривод изготовлен по заказу ООО «Центртехкомлект»,

г. Москва с участием ОАО «Сафоновский электромеханический завод», НПП «Цикл+» и НПФ «Вектор», г.Москва. Двигатель ДВИ-630-1500 имеет параметры: мощность 630 кВт; диапазон регулирования скорости (по технологии) 500-1600 об/мин; номинальный фазный ток 350 А; номинальный момент 4000 Нм; КПД-96%.

В процессе опытно-промышленной эксплуатации на РТС «Коломенская» г. Москвы подтверждены все положения, заложенные при проектировании как привода в целом, так и системы управления. Разработанные структуры комплектных электроприводов перспективны для применения в электрической тяге, энергетике, коммунальном хозяйстве.

В заключении подчеркнуто, что основным итогом работы является создание и освоение в серийном производстве комплекта модульных аппаратно-программных средств для построения систем управления отечественных комплектных электроприводов с производительностью, функциональными возможностями и надежностью на уровне лучших мировых достижений. Системы управления вместе с программным обеспечением производятся и поставляются для отечественных серий преобразователей частоты «Универсал» и «¡-САМ», для вентильно-индукторных приводов компрессоров и мощных приводов сетевых насосов районных тепловых станций.

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. На основе анализа структур электропривода с перспективными типами исполнительных двигателей и выделения типовых функций прямого цифрового управления элементами силового канала и сопряжения с датчиками обоснована возможность создания модульных встраиваемых систем управления комплектных электроприводов с наращиваемыми функциональными возможностями и производительностью на базе специализированных микроконтроллеров управления двигателями, что позволило унифицировать системы управления, сократить время от начала разработки электропривода до выхода на рынок, повысить уровень интеграции и надежность устройств.

2. Предложена концепция модульного построения аппаратной части системы управления современного комплектного электропривода и программного обеспечения, обеспечивающая инвариантность к типу исполнительного двигателя, системе питания и мощности:

• Разработана блочно-модульная архитектура универсального контроллера привода и системы управления в целом. Определены функции, выполняемые отдельными модулями системы управления, унифицированы межмодульные интерфейсы. Создан комплекс средств расширения функциональных возможностей и адаптации системы управления к конкретному типу электропривода и области применения.

* Разработан набор эффективных методов, алгоритмов и программ поддержки широкого спектра типовых функций управления элементами силового канала для современных электроприводов переменного тока и функций сопряжения с перспективными типами датчиков электриче-

ских и механических координат электропривода, основанный на комплексном и максимально полном использовании аппаратных возможностей встроенных периферийных устройств специализированных микроконтроллеров.

3. Развиты методы управления трехфазными инверторами напряжения для двигателей переменного тока, обеспечивающие минимизацию динамических потерь в ключах, максимальную степень использования напряжения в звене постоянного тока, минимизацию фазовых и амплитудных искажений при формировании вектора напряжения, удобную интеграцию в перспективные структуры векторного управления:

• метод 12-секторной яшротно-импульсной модуляции базовых векторов с программной компенсацией «мертвого времени»;

• метод 24-секторной широтно-импульсной модуляции базовых векторов для трехуровневых инверторов напряжения мощных систем электропривода с повышенным напряжением питания;

• метод прямого цифрового управления вектором тока трехфазных инверторов, отличающийся предельным быстродействием и расширяющий зону устойчивой работы систем векторного управления асинхронными и вентильно-индукторными электроприводами по скорости вдвое.

4. Разработаны адаптированные для задач цифрового управления электроприводами и сопутствующей технологической автоматикой методы программной реализации дискретных управляющих автоматов, обеспечивающие предельное быстродействие и минимизацию затрат на разработку, сопровождение и модернизацию программного продукта.

5. Для обеспечения серийного производства отечественных серий преобразователей частоты разработана свободно-конфигурируемая в реальном времени структура системы управления преобразователями частоты с расширенными по сравнению с зарубежными преобразователями функциями, обеспечивающая минимизацию затрат конечного потребителя на комплекты энергосберегающего оборудования на базе преобразователей частоты. Создано модульное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение:

• скалярного, векторного датчикового и векторного бездатчикового управления асинхронными двигателями с высокими показателями качества при максимальном диапазоне регулирования скорости;

« технологических регуляторов и дискретных автоматов управления групповыми насосными станциями.

6. Разработана и экспериментально проверена на опытно-промышленных образцах привода теория цифрового векторного четырехквадрантного двухзонного управления скоростью и моментом вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением, в том числе многосекционных, обеспечивающая общий диапазон регулирования скорости до нескольких

тысяч к одному, диапазон регулирования скорости в зоне ослабления поля до 8:1 и диапазон регулирования момента до 100:1.

7. Разработана концепция построения мульти-микропроцессорной системы управления мощными (до 1-2 МВт) многосекционными вентильно-индукторными двигателями повышенной надежности с расширенными функциями резервирования по питанию, основанная на использовании помехозащищенных сетевых протоколов высокого уровня CANopen и оригинальной технологии «безмастерного» управления.

Основные практические результаты работы:

1. Выполнены проектные, опытно-конструкторские работы и работы по запуску в производство серии микроконтроллерных систем управления МК7- МК17 с производительностью от 2 млн.оп./'с до 150 млн.оп./'с.

2. Серия контроллеров МК7-МК17 стала базовой для производства ряда комплектных отечественных электроприводов и силовых преобразователей, в том числе преобразователей частоты «Универсал». Годовой выпуск систем управления в составе контроллер привода, модуль пульта оперативного управления, один или два модуля дискретного ввода/вывода, модуль расширения (при необходимости), превысил 2000 комплектов в год.

3. Разработанные системы управления, включая структуры, алгоритмы и программы использованы при создании отечественной серии вентильно-индукторных комплектных электроприводов компрессорных установок мощностью от 0,5 до 32,5 кВт.

4. Модульное алгоритмическое и программное обеспечение систем управления перспективных комплектных электроприводов с асинхронными и вен-тильно-индукторными двигателями оформлено в виде банка алгоритмов и библиотеки программных модулей для обеспечения быстрой разработки, модификации и сопровождения поставок систем управления.

5. Инженерные методики расчета механических характеристик вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением в режиме вентильного двигателя при управлении напряжением, углом коммутации и током возбуждения, граничных и предельных механических характеристик в структурах векторного двухзонного управления скоростью и моментом включены в практику проектирования электроприводов нового типа.

6. Созданные модульные системы управления имеют встроенную аппаратную и программную поддержку перспективных промышленных сетей MODBUS и CANopen, что обеспечивает быструю интеграцию электропривода в систему комплексной автоматизации производства и поддержку современных технологий распределенного управления оборудованием, включая интерактивное параметрирование и конфигурирование.

7. Комплектный электропривод сетевого насоса мощностью 630 кВт на базе четырех-секционного вентильно-индукторного двигателя с распределенной мульти-микропроцессорной системой векторного управления введен в опытно-промышленную эксплуатацию на РТС «Коломенская» г. Москвы.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 е.: ил.

2. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Шаговый электропривод в робототехнике. - М.: Издательство МЭИ, 1984. - 100 с.

3. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Системы управления шаговыми электроприводами. - М.: Издательство МЭИ, 1984. - 32 с.

4. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Проектирование шагового электропривода. - М.: Издательство МЭИ, 1985. - 100 с.

5. Применение микропроцессоров в автоматизированном электроприводе./ A.M. Боярченков, В.Ф. Козаченко, JI.A. Ильяшенко и др. - М.: Издательство МЭИ, 1986.-102 с.

6. Козаченко В.Ф., Бычков М.Г. Разработка программного обеспечения микропроцессорных систем с использованием кросс-средств персонального компьютера. -М.: Издательство МЭИ, 1995. -104 с.

7. Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Архитектура, система команд, технология проектирования и отладки специализированных сигнальных микроконтроллеров для управления двигателями. Лабораторный практикум. - М.: Изд-во МЭИ, 2001.-96 с.

8. Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Архитектура и программирование DSP-микроконтроллеров TMS320x24xx для управления двигателями в среде Code Composer: Лабораторный практикум. - М.: Издательство МЭИ, 2003. -96 с.

9. Козаченко В.Ф. Микроконтроллеры: руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS-196/296 во встроенных системах управления. - М.: Издательство ЭКОМ, 1997. - 688 е.: ил.

Ю.Козаченко В.Ф., Ремизевич Т.В., Бычков М.Г. Микропроцессорные средства управления электроприводами: Электротехнический справочник. В 4 т. Т.4. Использование электрической энергии /Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. -М.: Изд-во МЭИ, 2002. - С. 123-180.

И.Многокоординатный комплектный дискретный электропривод с микропроцессорным управлением для компьютерного интегрированного производства / А.П. Байковой, В.Ф. Козаченко, В.В. Майоров и др.// Вестник МЭИ. -1994.-№ 2. -С. 5-15.

12.Балковой А.П., Козаченко В.Ф., Кудряшов А.Л. Малогабаритная система управления шаговыми двигателями от персонального компьютера // Электротехника. -1994. 7. - С.53-54.

13.Новые направления развития регулируемых электроприводов / М.Г. Бычков, Л.М. Миронов, В.Ф. Козаченко // Приводная техника. - 1997. - №5. -С. 5-9.

14.Веселов М.В., Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Семейство DSP-микроконтроллеров фирмы Analog Devices для встроенных систем управления двигателями// Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1999. -№1 (34). -С. 17-24.

15.Грибачев С.А., Козаченко В.Ф., Новые микроконтроллеры фирмы Texas Instruments TMS320x24x для высокопроизводительных систем встроенного управления электроприводами// Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1998. -№11-12(32-33).-С. 2-6.

16.Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Современный шаговый электропривод// Электротехника. -1995. - № 9. - С. 29-33.

17.Козаченко В.Ф., Валковой А.П., Сливииская Г.А., Обухов H.A. Многокоординатный комплектный дискретный электропривод с микропроцессорным управлением для гибкого автоматизированного производства и робо-тотехнических комплексов // Электротехника. - 1993. 6. - С. 15-22.

18.Козаченко В.Ф., Кудряшов А.Л., Миколаенко В.П. Микроконтроллерная система управления преобразователями частоты для объектно-ориентированных электроприводов насосов и вентиляторов // Электротехника. -1995. - № 7. - С.29-33.

19. Состояние и перспективы развития автоматизированных электроприводов с преобразователями частоты для крановых и судовых подъемных механизмов / В.Ф. Козаченко, JIM. Миронов, Ю.И. Фельдман и др. // Электротехника. -1995. - № 10. - С. 2-6.

20.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Миколаенко В.П., Кудряшов А.Л. Универсальный микропроцессорный контроллер для управления приводами переменного тока // Труды ин-та /Моск. энерг. ин-т. -1996. -Вып. 674. -С.19-31.

21.Лазерный технологический комплекс для обработки алмазов / В.Ф. Козаченко, А.П. Валковой, Г.А. Сливинская и др. // Вестник МЭИ. -1996. -№4. -С. 55-62.

22.Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Носач C.B. Преобразователи для асинхронных частотно-регулируемых электроприводов широкого применения // Приводная техника. - 1997. -№4. - С. 15-18.

23.Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Новые микросхемы прямого цифрового управления двигателями фирмы Analog Devices // Приложение к журналу Электронные компоненты. Новые компоненты. -1998. - №2(5). - С. 23-25.

24.Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Новые DSP-микроконтроллеры фирмы Analog Devices ADMC300/330 для высокопроизводительных систем векторного управления электроприводами переменного тока // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1998. - № 5(26). -С. 16-21.

25.Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Кудряшов В.К., Усов H.H. Опыт внедрения и перспективы производства отечественных преобразователей частоты // Приводная техника. -1998. - №4. -С. 23-28.

26.Козаченко В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1999. - №1 (34). -С. 2-10.

27.Комплект программно-аппаратных средств для встраиваемых систем прямого цифрового управления электроприводами на базе микроконтроллера Intel 8хС196МН / В.Ф. Козаченко, H.H. Шишов, М.В. Черняк и др. // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1999. -№1 (34). -С. 24-32.

28.Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективная серия микроконтроллеров фирмы Texas Instrumetns '240х для систем цифрового управления двигателями//Новости о микросхемах. СЫР NEWS.-1999.-№9(42).-С. 7-15.

29.Козаченко В.Ф. Новые образовательные технологии при подготовке специалистов в области разработки цифровых систем встроенного управления двигателями // Электротехника. -2000. -№2. -С. 12-16.

30.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Веселов М.В. Новый контроллер для встроенных применений в системах управления приводами переменного тока // Электротехника. -2000. -№2. -С. 41-47.

31.Козаченко В.Ф., Анучин A.C., Обухов H.A. Высокопроизводительный контроллер для управления двигателями на базе TMS320F241 для массовых применений // Компоненты и технологии. -2000. -№8(9). - С. 38-40.

32.Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями на базе сигнального микроконтроллера TMS320F241 / В.Ф. Козаченко, H.A. Обухов, В.Г. Горбунов и др. // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -2000.-№5(48).-С. 28-33.

33.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Анучин A.C. Серия высокопроизводительных встраиваемых систем цифрового управления преобразователями частоты на базе сигнальных микроконтроллеров TMS320F241// Вестник национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Серия «Электротехника, электроника и электропривод». -Харьков, НТУ ХПИ. -2001. -С. 296-297.

34.Разработка и освоение производства комплектных энергосберегающих устройств управления электроприводами. / В.Н, Остриров, В.Ф, Козаченко, Е.А. Пермяков и др. // Вестник национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Серия «Электротехника, электроника и электропривод». - Харьков, НТУ ХПИ. -2001. -С. 319-320.

35.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Трофимов С.А. Малогабаритный инвертор тока для управления шаговыми двигателями на базе интеллектуальных силовых ключей и микроконтроллера TMS320F241 // Электропривод и системы управления. Труды ин-та / Моск. энерг.ин-т. - 2001. - Вып. 677. -С. 53-67.

36.Козаченко В.Ф., Чуев П.В. Уменьшение искажений выходного напряжения инвертора с векторной широтно-импульсной модуляцией // Вестник МЭИ. -2002. -№4. -С. 43-48.

37. Анучин A.C., Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Кайо Ю.Э. Стенд для автоматизированного тестирования контроллеров MKll.x // Тр. ин-та/ Моск. энерг.ин-т. -2002. - Вып. 678. -С. 33-41.

38.Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Программирование встроенной Flash-памяти микроконтроллеров TMS320xx24xx // Инженерная микроэлектроника. CHIP NEWS. -2002. - №10(73). -С. 26-28.

39.Контроллеры МК11.3 для высокопроизводительных систем прямого цифрового управления двигателями / В.Ф. Козаченко, А.П. Темирев, H.A. Обухов, A.C. Анучин и др. // Инженерная микроэлектроника. CHIP NEWS. -2002. -№ 4(67). -С. 24-30.

40.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., 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.

41.Козаченко В.Ф., Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых систем управления электроприводом. Обзор спектра элементрой базы. Восьмиразрядные «Motor Control» // Электронные компоненты. -2002. -№7. -С. 83-88.

42.Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективы применения специализированных сигнальных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments 'F28x в системах управления реального времени // Инженерная микроэлектроника. CHIP NEWS. -2002. -№10(73).-С. 5-14.

43.Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Сарач М.Б., Ионов A.A. Управление групповыми рабочими станциями средствами преобразователя частоты «Универсал». -М., 2002. - 14 с. - Деп. в Информэлектро 31.05.2002. №3-эт2002.

44.Прямое микроконтроллерное управление трехуровневыми инверторами напряжения для мощных электроприводов / Ю.В. Бабков, Ю.Э. Кайо, В.Ф. Козаченко, и др. // Привод и управление. -2003. -№1(17). - С. 17-22.

45.Козаченко В.Ф. Метод программной реализации дискретных управляющих автоматов во встроенных системах управления. // Электричество. -2003. -№8. -С. 56-67

46.Козаченко В.Ф., Резвин С.Б. Разработка перспективных средств и структур комплексной автоматизации кабельных линий на базе преобразователей частоты. // Электропривод и системы управления: Труды ин-та / Моск. энерг.ин-т. -2004. - Вып. 680. -С. 4-10.

47.Козаченко В.Ф., Анучин A.C., Дроздов A.B. Сигнальные микроконтроллеры Texas Instruments для управления двигателями и автоматизации промышленности // Электронные компоненты. -2004. —№7. —С. 91-95.

48.Козаченко В.Ф., Анучин A.C., Жарков A.A., Дроздов A.B. Цифровое векторное управление вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением // Компоненты и технологии. -2004. -№8. -С.

49.Mófltí£kKO В.Ф. Заказные разработки микропроцессорных контроллеров управления комплектными электроприводами и преобразователями энергии // Электронные компоненты. -2005. -№3. -С.144-147.

50.Козаченко В.Ф., Корпусов Д.В., Остриров В.Н., Русаков A.M. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением // Электронные компоненты. -2005. -№6. -С. 60-64.

51 .Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Русакав A.M., Корпусов Д.Е. Электропривод на основе индукторного двигателя с электромагнитным возбуждением // Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт»./ Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. - Харьков: НТУ «ХПИ». -2005 - №45. -С. 525526.

52.Новое направление в электроприводе - мощный многосекционный вен-тильно-индукторный электропривод с векторным управлением / В.Ф. Ко-заченко, В.Н. Остриров, A.M. Русаков и др. // Электронные компоненты: Тем. вып. «Электропривод». - 2006. -№11. - С. 30-35.

53.Козаченко В.Ф., Валковой А.П. Система управления шаговыми двигателями// Применение в промышленности электроприводов на современной элементной базе /Материалы семинара-М., 1992. - С.31-35.

54.Козаченко В.Ф., Бирюков A.B. Микропроцессорные средства управления электроприводами// Современный регулируемый электропривод малой и средней мощности на основе интеллектуальной силовой электроники и микропроцессорных средств управления: Тез. докл. Науч.-техн. семинара. -М., 1994. -С.15-17.

55.Козаченко В.Ф., Балковой А.П. Прецизионный дискретный электропривод с мультимикропроцессорной системой управления для робототехники и ГАП// 1-ая Международная конференция по электромеханике и электротехнологии: Тез. докл. - Суздаль, 1994. - С. 18-19.

56.Козаченко В.Ф., Русаков A.M., Острироа В.Н., Гедеонов A.B. Регулируемый электропривод на базе индукторного вентильного двигателя// 1-ая Международная конференция по электромеханике и электротехнологии: Тез. докл. - Суздаль, 1994. - С. 27-35

57.Козаченко В.Ф., Остриров В.Н. Перспективные разработки объектно-ориентированных частотно-регулируемых электроприводов// Энергосберегающий электропривод насосов и вентиляторов в промышленности и коммунальном хозяйстве :Тез. докл. семинара. -М., 1995. - С. 9-10.

58.Основные принципы построения вентильного индукторного электропривода с микроконтроллерным управлением / В.Ф. Козаченко, Ю.Т. Буры-кин, В.П. Миколаенко и др. // 1-ая Международная (12-ая Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу: Тез. докл. -Санкт-Петербург, 1995. -С.18-22.

59.Козаченко В.Ф. Перспективные направления микропроцессорной техники для встраивания в системы управления электроприводов// 1-ая Международная (12-ая Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу: Тез. докл. -Санкт-Петербург, 1995. -С.27-30.

60.Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Миколаенко В.П., Кудряшов A.JI. Микропроцессорные средства в энергосберегающем оборудовании. // И-ая Международная научно-техническая конференция «Новые методы и средства экономии энергоресурсов и энергетические проблемы энергетики»: Тез. докл. -М., 1995.-С.7-8.

61.Агрегат многокомпонентного дозирования жидких сред с микроконтроллерной системой управления / В.Ф. Козаченко, H.A. Обухов, В.П. Миколаенко и др. // Гидромеханика, гидромашины, гидропривод и гидропневмоавтоматика: Тез. докл. Междун. науч.-техн. конференции. -М., 1996. -С. 111-112.

62.Бычков М.Г., Козаченко В.Ф., Голынтейн М.Ю., Семенчук В.А. Испытательный комплекс для экспериментальных исследований вентилыго-

индукторного электропривода// II Международная конференция по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-96: Тез. докл. 4.2. -Крым. -1996.-С. 20-21.

63.Шаговый электропривод агрегатов многокомпонентного дозирования жидких сред с микроконтроллерной системой управления интегрально-гибридными силовыми драйверами / В.Ф. Козаченко, Н.А. Обухов, В.П. Миколаенко и др. // И Международная конференция по электромеханике и электротехнологии МКЭЭ-96: Тез. докл. 4.2. -Крым, 1996. -С. 12.

64.Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Новое поколение микроконтроллеров фирмы Texas Instruments для систем цифрового управления приводами переменного тока // Электромеханика и электротехнологии: Тез. докл. III Междун. конф. МКЭЭ-98. -Клязьма, 1998. - С. 124-125.

65.Козаченко В.Ф., Кудряшов В.К., Остриров В.Н., Усов Н.Н. Опыт внедрения и перспективы производства отечественных преобразователей частоты // Преобразователи частоты в современном электроприводе: Докл. на-уч.-практ. семинара. -М.: Изд-во МЭИ, 1998. - С. 31-47.

66.Функциональные возможности новой серии унифицированных преобразователей частоты для асинхронных электроприводов с микроконтроллерным управлением / В.Ф. Козаченко, В.Н. Остриров, И.В. Перезябова и др. // Электромеханика и электротехнологии: Тез. докл. III Междун. конф. МКЭЭ-98.-Клязьма, 1998.-С. 126.

67.Ryvkin S.Е., Belkin S.V., Izosimov D.B., Kozachenko V.F. New approaches to solve digital control synthesis problem and advanced pulsewidth modulation algorithms for AC drive applicarions. //Proceedings of the 24th Annual Conférence of IEEE Industrial Electronics Society IECON'98. - Aachen, Germany. -1998. - pp. 1986-1990.

68.Козаченко В.Ф., Веселов M.B., Чуев П.В. Исследование перспективных структур цифрового векторного управления асинхронными приводами // III Международная (XIV Всероссийская) научно-техническая конференция по автоматизированному электроприводу «АЭП-2001»: Тез. докл. -Нижний Новгород, 2001. -С.122-123.

69.Козаченко В.Ф., Обухоз Н.А., Анучин А.С., Жарков А.А. Модульная микроконтроллерная система управления для отечественной серии преобразователей частоты «Универсал» // Электромеханика, электротехнологии и электроматериаловедение: Труды V Междун. конфе. МКЭЭЭ-2003. 4.1. -Крым,2003.-С. 725-726.

70.Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Русаков А.М. Перспективные системы экскаваторного электропривода на базе вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением // Электропривод экскаваторов: Докл. науч.-практ. семинара. -М.: Издательство МЭИ, 2004. -С. 101-112.

71.Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Анучин А.С. Определение начального положения ротора для синхронных машин с постоянными магнитами // Международная конференция ЕРЕ-РЕМС: Труды конф. -Рига, 2004. -С.237-244 (на англ. языке).

72.Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Анучин A.C. Эффективное управление вен-тильно-индукторными приводами с DC/DC регуляторами // Международная конференция ЕРЕ-РЕМС: Труды конф. -Рига, 2004. -С.284-290 (на англ. языке).

73.Козаченко В.Ф. Микроконтроллерные системы управления электроприводами: современное состояние и перспективы развития// Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития.: Труды IV Междун. (XV) Всероссийской конф. по автоматизированному электроприводу 4.1. -Магнито-горск, 2004. -С. 52-65.

74.Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Остриров В.Н., Русаков A.M. Бездатчиковая система управления вентильным двигателем // Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития.: Труды IV Междун. (XV) Всероссийской конф. по автоматизированному электроприводу 4.1. -Магнитогорск, 2004. -С. 194-199.

75.Козаченко В.Ф., Жарков A.A., Дроздов A.B. Мультимикропроцессорная система управления многосекционных вентильно-индукторным электроприводом // Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты: Труды XI Международной конференции. -Алушта, 2006. -С. 56-57.

76.Остриров В.Н., Козаченко В.Ф., Русаков A.M. Новое направление в электроприводе - мощный многосекционный вентильно-индукторный электропривод с векторным управлением /7 Вентильно-индукторный электропривод: Доклады научн.-практ. семинара. -М.: Издательство МЭИ, 2006. -С. 102-112.

77.Устройство для управления шаговым двигателем // А. С. 1839597 СССР /Балковой А.П., Боярченков A.M., Доброслов В.Г. и др. - №4207165; За-явл. 09.03.1987; Зарегист. в госуд. реестре изобретений 30.12.1993.

78.Вентильно-индукторный электропривод //Патент на полезную модель №53515, / Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Козаченко В.Ф., Русаков A.M. -№ 2005140026. Заявл. 22.12.2005; Зарегист. 10.05.2006. -5 с.

79.Бесконтактная индукторная вентильная электрическая машина с электромагнитным возбуждением. // Патент на изобретение № 2277284. / Русаков A.M., Демьяненко A.B., Жердев И.А., Козаченко В.Ф., Остриров В.Н. -№2004122441. Заявл. 22.07.2004. Зарегист. 27. мая 2006 г. -11 с.

Подписано в печатьАй' ^Зак. [% Полиграфический центр МЭИ (ТУ) Красноказарменная ул, д. 13

тир. 100 п.л. 4 ¿Г

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОВЕРШЕНСТОВАНИЕ СОВРЕМЕННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА СРЕДСТВАМИ МИКРОКОНТО ЛЛЕРНОГО УПРАВЛЕНИЯ.

1.1. ОСНОВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.2. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СТРУКТУРЫ СОВРЕМЕННЫХ ЦИФРОВЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

1.3. КОНЦЕПЦИЯ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ СИЛОВОГО КАНАЛА И СОПРЯЖЕНИЯ С ДАТЧИКАМИ.

1.4. ТИПОВЫЕ ФУНКЦИИ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ.

1.5. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ УЛУЧШЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОПРИВОДА.

1.6. ВЫБОР ЭЛЕМЕНТНОЙ БАЗЫ ДЛЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДАМИ.

1.7. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

2. РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ СИЛОВОГО КАНАЛА ПРИВОДА И СОПРЯЖЕНИЯ С ДАТЧИКАМИ.

2.1. ПРОГРАММНО-АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ТИПОВЫХ ФУНКЦИЙ УПРАВЛЕНИЯ.

2.2. ПРЯМОЕ ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ИНВЕРТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ТРЕХФАЗНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

2.2.1. Постановка задачи.

2.2.2. Управление инвертором напряжения в режиме центрированной ШИМ.

2.2.3. Управление инвертором напряжения в режиме векторной пшротно-импульсной модуляции на базе центрированной ШИМ.

2.2.4. Разработка эффективных алгоритмов пшротно-импульсной модуляции базовых векторов.

2.3. ПРЯМОЕ ЦИФРОВОЕ УПРАВЛЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯМИ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В ПОСТОЯННОЕ.

2.4. МЕТОДЫ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ МНОГОУРОВНЕВЫМИ ИНВЕРТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ.

2.4.1. Постановка задачи.

2.4.2. Прямое цифровое управление трехуровневым инвертором напряжения в режиме модуляции базовых векторов.

2.5. МЕТОДЫ ПРЯМОГО ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРАМИ ТОКА.

2.5.1. Постановка задачи.

2.5.2. Прямое управление инверторами тока для двигателей с изолированными фазами

2.5.3. Прямое управление инверторами тока для трехфазных двигателей.

2.5.3.1. Инвертор тока с раздельным управлением.

2.5.3.2. Инвертор тока с согласованным управлением.

2.6. ЭФФЕКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ДИСКРЕТНЫХ УПРАВЛЯЮЩИХ АВТОМАТОВ.

2.6.1. Постановка задачи.

2.6.2. Программная реализация дискретных управляющих автоматов по графам переходов.

2.6.3. Пример управления рабочей станцией.

2.7. ПРЯМОЙ ЦИФРОВОЙ ИНТЕРФЕЙС С ДАТЧИКАМИ ОБРАТНЫХ СВЯЗЕЙ.

2.7.1. Постановка задачи.

2.7.2. Интерфейс с аналоговыми датчиками.

2.7.3. Методы идентификации механических координат привода по сигналам импульсных датчиков положения.

2.7.3.1. Одноканальные импульсные датчики.

2.7.3.2. Двухканальные импульсные датчики.

2.7.3.3. Многоканальные импульсные датчики.

2.7.4. Интерфейс с синусно-косинусными датчиками положения.

2.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

3. РАЗРАБОТКА СЕРИИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ.

3.1. КОНЦЕПЦИЯ ПОСТРОЕНИЯ АППАРАТНОЙ ЧАСТИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

3.1.1. Модульное построение системы управления.

3.1.2. Унифицированная архитектура контроллера привода.137 '

3.1.3. Совместимость контроллеров серии.

3.1.4. Использование модулей расширения для удешевления системы.

3.1.5. Поддержка встроенного управления технологической автоматикой.

3.1.6. Возможность наращивания числа каналов дискретного и аналогового ввода/вывода.

3.1.7. Поддержка сетевых технологий распределенного управления.

3.1.8. Унифицированный доступ к параметрам и переменным привода.

3.1.9. Адаптация модулей системы управления к условиям эксплуатации в России.

3.1.10. Электромагнитная совместимость модулей системы управления с силовым оборудованием.

3.1.11. Средства адаптации систем управления к области применения.

3.2. РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ УНИВЕРСАЛЬНЫХ КОНТРОЛЛЕРОВ ПРИВОДА

3.3. СОСТАВ СЕРИИ КОНТРОЛЛЕРОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА- ОБЛАСТИ ПРЕИМУЩЕСТВЕННОГО ПРИМЕНЕНИЯ.

3.3.1. Контроллеры МК7.1/2/3.

3.3.2. Контроллеры МК8.1 и МК9.1.

3.3.3. Контроллеры МК10.1/2.

3.3.4. Контроллеры МК10.3/4/5.

3.3.5. Контроллеры МК11.3.

3.3.6. Контроллеры МК12.1/2.

3.3.7. Контроллеры МК14.2/3.

3.3.8. Контроллеры МК15.1.

3.3.9. Контроллеры МК16.1/2.

3.3.10. Контроллеры МК13.1 и 17.1/2/3.

1.4. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ВЫХОДНОГО КОНТРОЛЯ МОДУЛЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

1.5. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

4.3. СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО ДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ АД

4.3.1. Выбор оптимальной системы координат.

СВУ АД в координатах ia.ß).

СВУ АД в координатах (d,q).

СВУ АД в координатах (х,\).

4.3.2. Оптимизация алгоритмов управления инвертором.

4.3.3. Стратегия векторного управления АД при недостатке напряжения и в зоне ослабления поля.

4.4. СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО БЕЗДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ.

4.5. УПРАВЛЕНИЕ ГРУППОВЫМИ НАСОСНЫМИ СТАНЦИЯМИ.

4.6. АДАПТАЦИЯ ПЧ К ЗАДАЧАМ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВА.

4.8. ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ.

5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ИНДУКТОРНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ.

5.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

5.2. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНЫМИ ИНДУКТОРНЫМИ ДИГАТЕЛЯМИ С САМОВОЗБУЖДЕНИЕМ.

5.3. Разработка основ теории двухзонного векторного управления вентильными индукторными двигателями с независимым возбуждением.

5.3.1. Базовая конструкция двухпакетного вентильного индукторного двигателя.

5.3.2. Перспективные конструкции многосекционных ВИД с HB.

5.3.3. Математические модели многосекционных вентильных индукторных двигателей с независимым возбуждением.

5.3.3.1. Модель в физических координатах.

5.3.3.2. Модель в координатах a,ß.

5.3.3.3. Модель в координатах d,q. Принцип векторного управления.

5.3.4. Механические характеристики ВИД с HB в режиме вентильного двигателя.

5.3.5. Предельные механические характеристики ВИД с HB.

5.3.6. Граничные механические характеристики ВИД с HB. Стратегия векторного управления в зоне ослабления поля.

5.3.7. Разработка структуры системы векторного двухзонного управления ВИД с HB

5.4. Экспериментальные исследования опытных образцов электроприводов на базе ВИД с HB.

5.4.1. Опытные образцы ВИД с HB.

5.4.2. Специализированный преобразователь частоты «Универсал» для управления ВИД с HB.

5.4.3. Экспериментальный стенд.

5.4.4. Результаты экспериментальных исследований.

5.5. Разработка систем управления мощными многосекционными ВИД с HB для районный тепловых станций.

5.6. Выводы по главе.

Последнее десятилетие XX и начало XXI века в развитых странах, в том числе и в России, ознаменовалось массовым переходом от нерегулируемого электропривода к регулируемому во всех значимых промышленных технологиях. Ведущие производители преобразовательной техники для целей управления двигателями (Siemens, ABB, Hitachi, Schneider Electric, Control Techdiques и др.) перешли на более совершенную и надежную элементную базу - интеллектуальные силовые ключи и модули, высокопроизводительную процессорную технику. В производстве комплектных электроприводов полностью завершился этап перехода от аналоговых систем управления к цифровым. На порядок возросли функциональные и сервисные возможности привода, упростилась его наладка и интеграция в систему комплексной автоматизации производства. Комплектные привода стали интеллектуальными, с функцией интерактивной настойки оператором или по сети от внешнего компьютера, с развитыми средствами диагностики состояния оборудования и раннего предупреждения аварий.

Несмотря на значительные успехи в теории электропривода, достигнутые советскими и российскими учеными, в том числе, в области регулирования координат двигателей переменного тока [5,10,12,20,26,28,29,101,110,119, 130], отечественная электротехническая промышленность с 1990 г. попала в состояние длительного кризиса. Он связан как с отсутствием на российском рынке качественных электронных комплектующих собственного производства (IGBT-транзисторов, интеллектуальных модулей, специализированных процессоров), так и опыта комплексного проектирования двигателей вместе с электронными преобразователями. Большинство российских заводов, производящих электрические двигатели, таких как ОАО «Сафоновский машиностроительный завод», ОАО «Ярославский машиностроительный завод» и др., не имеют необходимых кадров и условий для разработки и производства силовых преобразователей в комплекте с двигателями. Только сейчас, после укрупнения предприятий, в частности, создания концерна «РУСЭЛПРОМ», проблема производства комплектного отечественного электропривода начинает осознаваться и решаться. Эта проблема является особенно острой применительно к новым типам привода с вентильными и вентильно-индукторными двигателями, где выпуск электрической машины без электронного блока управления вообще лишен смысла.

Сегодня в России нет ни одного крупного производителя комплектных электроприводов, а на рынке преобразовательной техники для управления двигателями работают более трех десятков зарубежных фирм и лишь несколько отечественных предприятий [16, 76, 95, 97]: ОАО «ЧЭАЗ», г. Чебоксары; ООО «Энергосбережение», г. Пущино; ООО «ЦИКЛ+», г. Москва; ОАО «Ижевский радиозавод»; ЗАО «Ирис», г. Новочеркасск; НИИЭМ, г. Истра; ЗАО «ЭлеСИ», г. Москва; ЗАО «ЭЛСИЭЛ», г. Москва; ЗАО «Электротекс», г. Орел; ФГУП НПП ВНИИЭМ, г. Москва; АО «ЭРАСИБ», г. Новосибирск и некоторые другие. Такое положение нельзя признать удовлетворительным, так как потенциал отечественной школы электропривода, признанной во всем мире, используется не в полной мере. Более того, столь явная зависимость от зарубежного производителя, особенно в области мощных комплектных электроприводов, подрывает стратегическую безопасность страны.

Мы уверены, что из этого положения есть достойный выход:

1) Использовать в полной мере положительный отечественный опыт проектирования и производства, в том числе на экспорт, собственно электромеханических преобразователей.

2) При разработке электронных блоков управления для комплектных электроприводов воспользоваться открытостью современного мирового рынка электронных комплектующих, сделав ставку на самые перспективные, надежные и высоко интегрированные силовые и управляющие компоненты.

3) Объединить достижения лучшей в мире электроники с достижениями отечественной теории управления электромеханическими преобразователями.

Современная микропроцессорная техника для целей встроенного управления оборудованием стала узко-специализированной - появились микроконтроллеры, ориентированные на использование в технике связи, аудио-видеотехнике, в автомобильной промышленности, в системах управления силовыми преобразователями и двигателями [18,31,32,39,42,44, 54, 55]. Это связано с тем, что каждая область применения имеет свой собственный набор типовых задач управления, облегчить решение которых можно с помощью специального набора встроенных на кристалл процессора периферийных устройств, специализированной архитектуры и системы команд процессора.

Новая элементная база открывает возможности создания и организации промышленного производства высокопроизводительных, унифицированных, модульных цифровых систем управления для отечественных комплектных электроприводов с исполнительными двигателями любых типов, снабженных модульным математическим, алгоритмическим и программным обеспечением поддержки наиболее перспективных структур управления, что и является основной целью диссертационной работы.

Тема диссертации «Создание серии высокопроизводительных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода» полностью отвечает этой задаче и является актуальной.

Научная часть диссертации выполнена в лаборатории «Микропроцессорных систем управления приводами» кафедры Автоматизированного электропривода МЭИ и в Учебно-научно-консультационном центре «Texas Instruments-МЭИ», а опытно-конструкторские работы и запуск серии систем управления в производство - в Научно-производственной фирме «Вектор», г. Москва. Разработка систем управления и комплектного алгоритмического и программного обеспечения велась по заказам и в сотрудничестве с отечественными производителями преобразовательной техники и комплектных электроприводов: ООО «ЦИКЛ+»; ООО «Энергосбережение» и ИБП РАН, г. Пущино; ЗАО «Ирис», г. Новочеркасск; ОАО «Ижевский радиозавод»; ФГУП Hi 111 ВНИИ-ЭМ, г. Москва; ФГУП ВНИКТИ, г. Коломна; ООО «Электротранссервис», г. Москва; «ЭЗАН», г. Черноголовка.

Работа является продолжением и развитием исследований, выполненных в докторской диссертации Острирова В.Н. «Создание гаммы электронных преобразователей для электроприводов на современной элементной базе» [98], где обосновывается модульная структура построения силовой части перспективных электроприводов переменного тока и предлагается методика ее проектирования. Диссертация развивает эти разработки и исследования в части создания модульных систем управления, комплектного алгоритмического и программного обеспечения.

В теоретической части диссертации ставятся и решаются следующие задачи:

1. Выделение типовых функций прямого цифрового управления элементами силового канала и прямого сопряжения с датчиками для наиболее перспективных структур комплектных электроприводов с перспективными типами исполнительных двигателей - от асинхронного до вентильно-индукторного. Обоснование основных путей улучшения показателей качества комплектных электроприводов за счет применения модульных микроконтроллерных систем управления.

2. Выбор процессорной элементной базы для максимально полной аппаратной поддержки решения типовых задач управления за счет интегрированных на кристалл микроконтроллера специализированных периферийных устройств и высокопроизводительной архитектуры центрального процессора.

3. Разработка математического, алгоритмического и программного обеспечения решения типовых задач управления элементами комплектных электроприводов - от одиночного силового ключа до трехуровневого инвертора напряжения. Создание банка типовых алгоритмов и программных модулей.

4. Разработка новых алгоритмов широтно-импулъсной модуляции базовых векторов повышенной точности и алгоритмов прямого токового управления трехфазными инверторами для перспективных систем векторного управления приводами переменного тока.

5. Разработка новых, быстродействующих алгоритмов программной реализации дискретных автоматов для управления режимами работы силовых преобразователей и станций группового управления оборудованием.

6. Разработка концепции модульного построения аппаратной части систем управления комплектных электроприводов и архитектуры унифицированных контроллеров привода на основе специализированных процессоров для управления двигателями с развитым набором встроенных периферийных устройств.

7. Разработка теории векторного управления много-секционными вентильно-индукторными двигателями с независимым возбуждением, экспериментальная проверка теории на опытно-промышленных образцах ВИП.

В практической части диссертации ставятся и решаются задачи:

1. Организация проектных и конструкторских работ по созданию и освоению в промышленном производстве серии микроконтроллерных систем управления с наращиваемыми функциональными возможностями и производительностью.

2. Разработка свободно-конфигурируемой пользователем архитектуры систем управления отечественных ПЧ «Универсал», максимально адаптированной для условий применения в России, с расширенным набором функций, в том числе, для управления групповыми насосными станциями.

3. Разработка комплектного алгоритмического и программного обеспечения отечественных ПЧ, включая поддержку скалярного, векторного датчиково-го и векторного бездатчикового управления.

4. Разработка мульти-микропроцессорных систем управления мощными вен-тильно-индукторными приводами районных тепловых станций повышенной надежности и степени резервирования. и

5.6. Выводы по главе

1. Разработана теория цифрового векторного четырехквадрантного двухзонно-го управления скоростью и моментом для вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением, в том числе многосекционных.

2. Созданы и доведены до опытно-промышленного производства элементы систем управления ВИД с НВ, разработано комплектное модульное программное обеспечение.

3. Концепция и алгоритмы векторного управления многосекционными вен-тильно-индукторными двигателями с расширенными функциями резервирования аппробированы в условиях опытно-промышленной эксплуатации комплектного привода сетевого насоса мощностью 630 кВт на РТС «Коломенская» г. Москвы.

268

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные положения диссертации на тему: «Создание серии высокопроизводительных встраиваемых микроконтроллерных систем управления для современного комплектного электропривода»:

1. На основе анализа структур электропривода с перспективными типами исполнительных двигателей и выделения типовых функций прямого цифрового управления элементами силового канала и сопряжения с датчиками обоснована возможность создания модульных встраиваемых систем управления комплектных электроприводов с наращиваемыми функциональными возможностями и производительностью на базе специализированных микроконтроллеров управления двигателями, что позволило унифицировать системы управления, сократить время от начала разработки привода до выхода на рынок, повысить уровень интеграции и надежность устройств.

2. Предложена концепция модульного построения аппаратной части системы управления современного комплектного электропривода и программного обеспечения, обеспечивающая инвариантность к типу исполнительного двигателя, системе питания и мощности:

• Разработана блочно-модульная архитектура универсального контроллера привода и системы управления в целом. Определены функции, выполняемые отдельными модулями системы управления, унифицированы межмодульные интерфейсы. Создан комплекс средств расширения функциональных возможностей и адаптации системы управления к конкретному типу электропривода и области применения.

• Разработан набор эффективных методов, алгоритмов и программ поддержки широкого спектра типовых функций управления элементами силового канала для современных электроприводов переменного тока и функций сопряжения с перспективными типами датчиков электрических и механических координат электропривода, основанный на комплексном и максимально полном использовании аппаратных возможностей встроенных периферийных устройств специализированных микроконтроллеров.

3. Развиты методы управления трехфазными инверторами напряжения для двигателей переменного тока, обеспечивающие минимизацию динамических потерь в ключах, максимальную степень использования напряжения в звене постоянного тока, минимизацию фазовых и амплитудных искажений при формировании вектора напряжения, удобную интеграцию в перспективные структуры векторного управления: метод 12-секторной широтно-импулъсной модуляции базовых векторов с программной компенсацией «мертвого времени»', метод 24-секторной широтно-импулъсной модуляции базовых векторов для трехуровневых инверторов напряжения мощных систем электропривода с повышенным напряжением питания; метод прямого цифрового управления вектором тока трехфазных инверторов, отличающийся предельным быстродействием и расширяющий зону устойчивой работы систем векторного управления асинхронными и вентильно-индукторными электроприводами по скорости вдвое.

4. Разработаны адаптированные для задач цифрового управления электроприводами и сопутствующей технологической автоматикой методы программной реализации дискретных управляющих автоматов, обеспечивающие предельное быстродействие и минимизацию затрат на разработку, сопровождение и модернизацию программного продукта.

5. Для обеспечения серийного производства отечественных серий преобразователей частоты разработана свободно-конфигурируемая в реальном времени структура системы управления преобразователями частоты с расширенными по сравнению с зарубежными преобразователями функциями, обеспечивающая минимизацию затрат конечного потребителя на комплекты энергосберегающего оборудования на базе преобразователей частоты. Создано модульное математическое, алгоритмическое и программное обеспечение:

• скалярного, векторного датчикового и векторного бездатчикового управления асинхронными двигателями с высокими показателями качества при максимальном диапазоне регулирования скорости;

• технологических регуляторов и дискретных автоматов управления групповыми насосными станциями.

6. Разработана и экспериментально проверена на опытно-промышленных образцах привода теория цифрового векторного четырехквадрантного двух-зонного управления скоростью и моментом вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением, в том числе многосекционных, обеспечивающая общий диапазон регулирования скорости до нескольких тысяч к одному, диапазон регулирования скорости в зоне ослабления поля до 8:1 и диапазон регулирования момента до 100:1.

7. Разработана концепция построения мулъти-микропроцессорной системы управления мощными (до 1-2 МВт) многосекционными вентилъно-индукторными двигателями повышенной надежности с расширенными функциями резервирования по питанию, основанная на использовании по-мехозащищенных сетевых протоколов высокого уровня CANopen и оригинальной технологии «безмастерного» управления.

Основные практические результаты работы:

1. Выполнены проектные, опытно-конструкторские работы и работы по запуску в производство серии микроконтроллерных систем управления МК7-МК17 с производительностью от 2 млн.оп./с до 150 млн.оп./с.

2. Серия контроллеров МК7-МК17 стала базовой для производства ряда комплектных отечественных электроприводов и силовых преобразователей, в том числе преобразователей частоты «Универсал». Годовой выпуск систем управления в составе контроллер привода, модуль пульта оперативного управления, один или два модуля дискретного ввода/вывода, модуль расширения (при необходимости), достиг 2000 комплектов в год.

3. Разработанные системы управления, включая структуры, алгоритмы и программы использованы при создании отечественной серии вентильно-индукторных комплектных электроприводов компрессорных установок мощностью от 0,5 до 32,5 кВт.

4. Модульное алгоритмическое и программное обеспечение систем управления перспективных комплектных электроприводов с асинхронными и вентиль-но-индукторными двигателями оформлено в виде банка алгоритмов и библиотеки программных модулей для обеспечения быстрой разработки, модификации и сопровождения поставок систем управления.

5. Инженерные методики расчета механических характеристик вентильно-индукторных двигателей с независимым возбуждением в режиме вентильного двигателя при управлении напряжением, углом коммутации и током возбуждения, граничных и предельных механических характеристик в структурах векторного двухзонного управления скоростью и моментом включены в практику проектирования электроприводов нового типа.

6. Созданные модульные системы управления имеют встроенную аппаратную и программную поддержку перспективных промышленных сетей МСЮВШ и САИореп, что обеспечивает быструю интеграцию электропривода в систему комплексной автоматизации производства и поддержку современных технологий распределенного управления оборудованием, включая интерактивное параметрирование и конфигурирование.

7. Комплектный электропривод сетевого насоса мощностью 630 кВт на базе четырехсекционного вентильно-индукторного двигателя с распределенной мультимикропроцессорной системой векторного управления введен в опытно-промышленную эксплуатацию на РТС «Коломенская» г. Москвы.

272

1. Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Архитектура, система команд, технология проектирования и отладки специализированных сигнальных микроконтроллеров для управления двигателями. Лабораторный практикум. - М.: Изд-во МЭИ, 2001.-96 с.

2. Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Архитектура и программирование DSP-микроконтроллеров TMS320x24xx для управления двигателями в среде Code Composer: Лабораторный практикум. М.: Издательство МЭИ, 2003. -96 с.

3. Анучин A.C., Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Кайо Ю.Э. Стенд для автоматизированного тестирования контроллеров МК11.x // Электропривод и системы управления. -М., Моск. энерг.ин-т, 2002. Вып. 678. -С. 33-41

4. Анучин A.C., Козаченко В.Ф. Программирование встроенной Flash-памяти микроконтроллеров TMS320xx24xx // Инженерная микроэлектроника. CHIP NEWS. №10(73), -2002. -С. 26-28

5. Аракелян А.К., Афанасьев A.A. Вентильные электрические машины и регулируемый электропривод: В 2 кн. Кн. 2: Регулируемый электропривод с вентильным двигателем. М.: Энергоатомиздат, 1997. - 498 с.

6. Бабков Ю.В., Кайо Ю.Э., Козаченко В.Ф., Киржнер Д.Л., Перфирьев К.С., Обухов H.A. Прямое микроконтроллерное управление трехуровневыми инверторами напряжения для мощных электроприводов // Привод и управление. -№1(17),-2003.-С. 17-22

7. Балковой А.П., Козаченко В.Ф., Кудряшов А.Л. Малогабаритная система управления шаговыми двигателями от персонального компьютера // Электротехника. -1994. -№ 7. С.53-54.

8. Ю.Батоврин A.A. и др. Цифровые системы управления электроприводами. -JL: Энергия, 1977. 256 с.11 .Боярченков A.M., Козаченко В.Ф., Ильяшенко JI.A. и др. Применение микропроцессоров в автоматизированном электроприводе. М: Моск. энерг. инт, 1986.- 102 с.

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

10. З.Бычков М.Г. Основы теории, управление и проектирование вентильно-индукторного электропривода: Дисс. докт. тех. наук: 05.09.03/ Моск. энерг. ин-т.-М., 1999.-354 с.

11. Бычков М.Г., Миронов JI.M., Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Садовский J1.A. Новые направления развития регулируемых электроприводов// Приводная техника. 1997. - №5. - С. 5-9

12. Бычкова Е.В. Обзор современного российского рынка преобразователей частоты для электропривода // Живая электроника России. Том 2. -2001. С. 118-125

13. Веселов М.В., Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Семейство DSP-микроконтроллеров фирмы Analog Devices для встроенных систем управления двигателями// Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1999. №1 (34), -С. 17-24

14. Грибачев С.А., Козаченко В.Ф., Новые микроконтроллеры фирмы Texas Instruments TMS320x24x для высокопроизводительных систем встроенногоуправления электроприводами// Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1998. -№11-12(32-33), -С. 2-6

15. Гумен В.Ф., Калининская Т.В. Следящий шаговый электропривод. Д.: Энергия., 1980.-168 с.

16. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями. Под общ. ред. М.Г. Чиликина. М., Энергия, 1971. 624 с.

17. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Шаговый электропривод в робототехнике. М.: Моск. энерг. ин-т, 1984. - 100 с.

18. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Системы управления шаговыми электроприводами. М.: Моск. энерг. ин-т, 1984. - 32 с.

19. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Проектирование шагового электропривода. М.: Моск. энерг. ин-т., 1985. - 100 с.

20. Ивоботенко Б.А., Козаченко В.Ф. Современный шаговый электропривод// Электротехника. -1995. № 9. - С. 29-33

21. Изерман Р. Цифровые системы управления: Пер. с англ. -М.: Мир, 1984. -541 с.

22. Ильинский Н.Ф., Козаченко В.Ф. Общий курс электропривода: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 544 е.: ил.

23. Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 200 с.

24. Ключев В.И. Теория электропривода: Учеб. для вузов. -М.: Энергоатомиздат, 1998.-704с.

25. Ковчин С.А., Сабинин Ю.А. Теория электропривода: Учеб. для вузов. -СПб.: Энергоатомиздат, 1994.-496 с.

26. Козаченко В.Ф., Кудряшов A.JL, Миколаенко В.П. Микроконтроллерная система управления преобразователями частоты для объектно-ориентированных электроприводов насосов и вентиляторов // Электротехника. -1995. -№ 7. С.29-33

27. Козаченко В.Ф., Миронов JT.M., Фельдман Ю.И. и др. Состояние и перспективы развития автоматизированных электроприводов с преобразователями частоты для крановых и судовых подъемных механизмов // Электротехника. -1995.-№ 10.-С. 2-6

28. Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Миколаенко В.П., Кудряшов A.J1. Универсальный микропроцессорный контроллер для управления приводами переменного тока // Труды Моск. энерг. ин-та. -1996, Вып. 674, -С. 19-31

29. Козаченко В.Ф., Балковой А.П., Сливинская Г.А., Шаркин A.M., Шкунов Н.В. Лазерный технологический комплекс для обработки алмазов // Вестник МЭИ. -№4,-1996, -С. 55-62

30. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Носач C.B. Преобразователи для асинхронных частотно-регулируемых электроприводов широкого применения // Приводная техника. 1997. №4. - С. 15-18

31. Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Новые микросхемы прямого цифрового управления двигателями фирмы Analog Devices // Приложение к журналу Электронные компоненты. Новые компоненты. -1998. -№2(5), С. 23-25

32. Козаченко В.Ф., Соловьев А.Н. Новые DSP-микроконтроллеры фирмы Analog Devices ADMC300/330 для высокопроизводительных систем векторногоуправления электроприводами переменного тока // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1998. №5(26), -С.16-21

33. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Кудряшов В.К., Усов H.H. Опыт внедрения и перспективы производства отечественных преобразователей частоты // Приводная техника. №4, -1998, -С. 23-28

34. Козаченко В.Ф. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. -1999. №1 (34), -С. 2-10

35. Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективная серия микроконтроллеров фирмы Texas Instrumetns '240х для систем цифрового управления двигателями // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. №9 (42), -1999. - С. 7-15.

36. Козаченко В.Ф. Новые образовательные технологии при подготовке специалистов в области разработки цифровых систем встроенного управления двигателями // «Электротехника». №2, -2000. -С. 12-16.

37. Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Веселов М.В. Новый контроллер для встроенных применений в системах управления приводами переменного тока // «Электротехника». №2, -2000. -С. 41-47.

38. Козаченко В.Ф., Анучин A.C., Обухов H.A. Высокопроизводительный контроллер для управления двигателями на базе TMS320F241 для массовых применений // Компоненты и технологии. -№8(9), -2000. С. 38-40

39. Козаченко В.Ф., Обухов H.A., Горбунов В.Г., П.В.Чуев, Анучин A.C. Высокопроизводительные встраиваемые системы управления двигателями на базе сигнального микроконтроллера TMS320F241 // Новости о микросхемах. CHIP NEWS. №5(48), -2000. -С. 28-33

40. Козаченко В.Ф., Чуев П.В. Уменьшение искажений выходного напряжения инвертора с векторной широтно-импульсной модуляцией // Вестник МЭИ. №4, -2002, -С. 43-48.

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

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

43. Козаченко В.Ф., Ремизевич Т.В. Микроконтроллеры для встраиваемых систем управления электроприводом. Обзор спектра элементрой базы. Восьмиразрядные «Motor Control» // Электронные компоненты. №7, -2002. -С. 8388

44. Козаченко В.Ф., Грибачев С.А. Перспективы применения специализированных сигнальных микроконтроллеров фирмы Texas Instruments 'F28x в системах управления реального времени // Инженерная микроэлектроника. CHIP NEWS. N10(73), -2002. -С. 5-14.

45. Козаченко В.Ф. Метод программной реализации дискретных управляющих автоматов во встроенных системах управления. Электричество. -№8, -2003. -с. 56-67

46. Козаченко В.Ф., Резвин С.Б. Разработка перспективных средств и структур комплексной автоматизации кабельных линий на базе преобразователей частоты // Электропривод и системы управления: Труды МЭИ(ТУ). Вып. 680. -М.: Издательство МЭИ, -2004. -С. 4-10.

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

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

49. Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Анучин A.C. Определение начального положения ротора для синхронных машин с постоянными магнитами // Труды международной конференции ЕРЕ-РЕМС 2004. -Рига, 2004. -С.237-244 (на англ. языке).

50. Козаченко В.Ф., Дианов А.Н., Анучин A.C. Эффективное управление вен-тильно-индукторными приводами с DC/DC регуляторами // Труды международной конференции ЕРЕ-РЕМС 2004. -Рига, 2004. -С.284-290 (на англ. языке).

51. Козаченко В.Ф. Заказные разработки микропроцессорных контроллеров управления комплектными электроприводами и преобразователями энергии // «Электронные компоненты». №3, -2005. -С.144-147.

52. Козаченко В.Ф., Корпусов Д.В., Остриров В.Н., Русаков A.M. Электропривод на базе вентильных индукторных машин с электромагнитным возбуждением // «Электронные компоненты». №6, -2005. -С. 60-64.

53. Козаченко В.Ф., Балковой А.П. Система управления шаговыми двигателями// Материалы семинара «Применение в промышленности электроприводов на современной элементной базе». Москва, -1992. С.31-35

54. Козаченко В.Ф., Русаков A.M., Остриров В.Н., Гедеонов A.B. Регулируемый электропривод на базе индукторного вентильного двигателя// Тезисы докладов на 1-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии. Суздаль, -1994. С. 27-35

55. Козаченко В.Ф., Остриров В.Н., Сарач М.Б., Ионов A.A. Управление групповыми рабочими станциями средствами преобразователя частоты «Универсал» // МЭИ (ТУ). -М.-2002. -14с. Деп. в Информэлектро 31.05.2002, N3-эт2002.

56. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. с англ. -М.: Машиностроение, 1986. -448 с.

57. Куприянов М.С., Матюшин Б.Д. Цифровая обработка сигналов: процессоры, алгоритмы, средства проектирования. СПб: Политехника, 1998. - 592 с.

58. Лазарев В.Г., Пийль Е.И. Синтез управляющих автоматов. -М.: Энергия, 1978.-408 с.

59. Лебедев A.M. и др. Следящие электроприводы станков с ЧПУ / A.M. Лебедев, Р.Т. Орлова, A.B. Пальцев. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -233с.

60. Марков С. Цифровые сигнальные процессоры. М.: МИКРОАРТ, 1996. -144с.

61. Микроконтроллеры фирмы Моторола в электроприводе // Доклады научно-практического семинара. -М.: Изд.-во МЭИ, 1999. 104 с.

62. Микропроцессорные системы: Учебное пособие для вузов / Е.К. Александрова, Р.И. Грушвицкий и др.; Под общ. ред. Д.В. Пузанкова. -СПб: Политехника, 2002. 935 с.

63. Микропроцессорные системы и их применение при обработке сигналов: Пер. с англ. / Ч. Юэн, К. Бичем и др. -М.: Радио и связь, 1986. 296 с.

64. Моделирование электромеханической системы электровоза с асинхронным тяговым приводом / Ю.А. Бахвалов, A.A. Зарифьян и др.; Под ред. Е.М. Пло-хова. М.: Транспорт, 2001. - 286 с.

65. Остриров В.Н., Корпусов Д.Е., Козаченко В.Ф., Русаков A.M. Вентильно-индукторный электропривод. Патент на полезную модель №53515. Заявка №2005140026. Приоритет от 22 декабря 2005 г. Зарегистрировано 10 мая 2006 г. -5 с.

66. Поздеев А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах. Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 1998. - 172 с.

67. Постников С.Г. Разработка и исследования электропривода на базе индукторного двигателя с независимым возбуждением. Автореф. дис. канд. тех. наук. М., 2002. - 20с.

68. Предко М. Руководство по микроконтроллерам. Том I. Москва: Постмар-кет, 2001.-416 с.

69. Применение программируемых контроллеров в промышленных установках // Доклады научно-практического семинара. -М.: Изд-во МЭИ, 2001. -97 с.

70. Проектирование электротехнических устройств / Анисимов В.А., Горнов А.О., Остриров В.Н. и др. М.: Издательство МЭИ, 2001. - 128 с.

71. Ремизевич T.B. Микроконтроллеры для встраиваемых приложений: от общих подходов к семействам НС05 и НС08 фирмы Motorola / Под.ред. Ки-рюхина И.С. -М.: ДОДЭКА, 2000. 272 с.

72. Розанов Ю.К. Основы силовой электроники. М.: Энергоатомиздат, 1992. - 296 с.

73. Рожнов Н.М., Русаков A.M., Сугробов A.M., Тыричев П.А. Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения. -М.: Издательство МЭИ, 1996.-280 с.

74. Сандлер A.C., Сарбатов P.C. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями. -М.: Энергия, 1974. -328 с.

75. Синтез электромеханических приводов с цифровым управлением / Вейц B.JL, Верборовой П.Ф. и др.; Отв. ред. Войтех A.A. АН Украины. Ин-т электродинамики. Киев: Наук, думка, 1991. 232 с.

76. Системы программного управления промышленными установками и ро-бототехническими комплексами: Учебное пособие для вузов / Б.Г. Коровин, Г.И. Прокофьев, JT.H. Рассудов. JL: Энергоатомиздат, 1990. -352с.

77. Соколов М.М., Рубцов В.П. Дискретный электропривод механизмов электротермических установок. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 120 с.

78. Солодунов A.M., Иньков Ю.М., Коваливкер Г.Н., Литовченко В.В. Преобразовательные устройства электропоездов с асинхронными тяговыми двигателями. Рига. Зинатие., 1991.-351 с.

79. Сташин В.В. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах. М.: Энергоатомиздат, 1990. - 224 с.

80. Темирев А.П. Разработка и создание элементов интегрированных корабельных электротехнических систем. Ростов н/Д: Изд-во Рост, ун-та, 2005 г. - 546 с.

81. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ.высш. уч. заведений. -М.: Издательский центр «Академия», 2005.-304 с.

82. Файнштейн В.Г., Файнштейн Э.Г. Микропроцессорные системы управления тиристорными электроприводами / Под ред. О.В. Слежановского. -М.: Энергоатомиздат, 1986.-240с.

83. Фритч В. Применение микропроцессоров в системах управления: Пер. с нем. -М.: Мир, 1984, 464 с.

84. Фисенко В.Г., Попов А.Н. Проектирование вентильных индукторных двигателей: методическое пособие. -М.: Издательство МЭИ, 2005. -56 с.

85. Цифровые электроприводы с транзисторными преобразователями / С.Г. Герман-Галкин, В.Д. Лебедев и др. -Л.: Энергоатомиздат, Лен. отд.-е., 1968. -248 с.

86. Цифровые электромеханические системы / В.Г. Каган, Ю.Д. Бери, Б.И. Акимов, A.A. Хрычев. -М.: Энергоатомиздат, 1985. -208 с.

87. Чуев П.В. Преобразователи частоты «Универсал» с двухзонной системой векторного управления асинхронными двигателями // Электротехника. -2002.-№11.-С. 7-10.

88. Чуев П.В. Разработка систем векторного управления асинхронными приводами на базе специализированных сигнальных микроконтроллеров: Дисс. канд. тех. наук: 05.09.03 / Научный руководитель Козаченко В.Ф. // Моск. энерг. ин.-т. -М., 2002. 254 с.

89. Шалыто A.A. SWITCH-технология. Алгоритмизация и программирование задач логического управления. -СПб: Наука, 1998. 628 с.

90. Шалыто A.A. Реализация алгоритмов логического управления программами на языке функциональных блоков. Промышленные АСУ и контроллеры. -№4, -2000. -с. 45-50

91. Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения: Справочник. М.: Радио и связь, 1990. -512 с.

92. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург. УРО РАН, 2000. 654 с.

93. Электропривод постоянного тока. Состояние и тенденции // Доклады научно-практического семинара. -М.: Издательство МЭИ, 2002. 72 с.

94. Электротехнический справочник: В 4 т. Т4. Использование электрической энергии / Под общ. ред. профессоров МЭИ В.Г. Герасимова и др. 8-е изд., М.: Издательство МЭИ, 2002. - 696 с.

95. Attaianese С., Tomasso G. Predictive Compensation of Dead Time Effects in VSI feeding Induction Motors. IEEE IAS. 2000.

96. Blaschke F. Das Prinzip der Feldorientierung, die Grundlage fuer die Transvektor-Regelung von Drehfeldmaschinen. Siemens Zeitschrift, n.45, h.10, 1971.

97. Chung D., Sul S. Minimum-Loss Strategy for Three-Phase PWM Rectifier. IEEE Trans, on Ind. Electon. Vol.46, pp.517-526

98. Clarke & Park Transforms on the TMS320C2xx. Application Report. Literature Numger: BRPA048. Texas Instruments Inc., 1996.

99. Digital signal processing applications using the ADSP-2100 family. Using the ADSP-2100 Family. -1992. Analog Divices, Inc., Norwood, MA 02062. 592

100. DSP Solution for AC Inducion Motor. Application Note. Literature Numger: BPRA043. Texas Instruments Inc., 1996.

101. Fahimi В., Suresh G., Ehsnni M. Review of Sensorless Control Methods in Switched Reluctance Motor. IEEE IAS. 2000.

102. Field Orientated Control of 3-Phase AC-Motors. Application Report. Literature Numger: BRPA073. Texas Instruments Europe, 1998.

103. Habetler T.G. Space Vector-Based Rectififier Regulator for AC/DC/AC Converters. IEEE Transactions on Power Electronics. -1993, vol.8, Nol.

104. Implementation of a Speed Field Orientated Control of 3-phase AC Induction Motor usin TMS320F240 DSP. Application Report. Literature Numger: BRPA076. Texas Instruments Europe, 1998.

105. Intel 8xC196MC User's Manual. Intel Corp., 1992

106. International Rectifier: интернет-документ. http//www.irf.com, -2003

107. Kim H., Lee H. A new PWM Strategy for Common Mode Voltage Reduction in Neutral-point Clamped Inverter-fed Ac Motor Drives. IEEE IAS. 2000.

108. Leggate D. Kerfman R.J. Pulse-based dead-time compensator for PWM voltage inverters. IEEE Transactions on Industrial Electronics. Vol.442,1997, pp. 191197.

109. Meyer M. Leistungselektronik. Einfuerung. Grundlagen. Ueberblick. SpringerVerlag. Berlin.-1990.-350 s.

110. Moynihan J.F., Egan M.G. Theoretical Spectra of Space Vector Modulated Waveforms. IEE Proc. Electr. Power Appl. Vol.145,1998, pp. 17-24

111. Schoenfeld R. Digitale Regelung elektrischer Antriebe. Berlin: Verl. Technik, 1987.-240 s.

112. Siemens: интернет-документ. http//www.siemens.de/semiconductor, - 2003

113. Sommer R. New Medium Voltage Drive Systems Using Three-level Neutral Point Clamped Inverter with High Voltage IGBT. IEEE IAS. 1999. -pp.15131519

114. ST Microelectronics: интернет-документ. http//www.st.com, - 2003

115. Texas Instruments: интернет-документ. http//www.ti.com, -2003

116. TMS320C24x DSP Controllers. Reference Set. Volume 1 : CPU, System, and Instruction Set. Literature Numger: SPRU160B. Dallas. -Texas Instruments Inc., -1997.-450c.

117. TMS320C24x DSP Controllers. Reference Set. Volume 2: Peripheral Library and Specific Devices. Literature Numger: SPRU161A. Dallas. -Texas Instruments Inc.,-1997.-390 c.

118. Wang F., Memger S. Sine-Triangle vs. Space Vector Modulation for Three-Level PWM Voltage Source Inverters. IEEE IAS. 2000.

119. П1. Направления совершенствования микроконтроллеров для встроенных систем управления

120. Фронтовая ШИМ Центрированная ШИМ Векторная ШИМ1. ШИМ-генератор1. Т,СрУ