Автореферат (Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем), страница 2

 и рис.  соответственно,на которых обозначено: ацп — аналого-цифровой преобразователь; дпр —датчик положения ротора; ип — источник питания; Kв — входной код;Kд — код текущего положения ротора; Kс — код текущего углового положения выходного вала цэп; Kу — код управления; мп — механическаяпередача; сд — синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе; смв — специализированный микропроцессорный вычислитель; ус —управляющее слово, представляющее собой совокупность логических сигналов U1 , U2 , U3 , U4 .

U5 , U6 , поступающих на управляющие входы кэ иум;A, B, C — фазы двигателя; iд — ток двигателя; uA , uB , uC — напряжения, прикладываемые к фазам двигателя; uд — напряжение двигателя; uип — напряжение ип; ϕ — угловое положение ротора двигателя; ϕс — угловое положениевыходного вала цэп; Ω — скорость вращения ротора двигателя; Y — соединение фаз статорной обмотки двигателя по схеме «звезда»; ∆ — соединениефаз по схеме «треугольник».ЭнергетическийканалммвдипuипuAuBuCиумΩусKвKусмвKдцууEуKсϕсдuдiдацп (дос)ацп (дос)ИнформационныйϕϕсканалРис. .

Структурная схема цэпϕсмп8иумKуU5кэ5U3кэ3U1ипкэ1цууU6кэ6U4U2кэ4СоединениеCфазBuипкэ2посхемеAYсддпрϕNϕϕсмпSCСоединениеBфазпоAсхеме∆Рис. . Структура мм на основе трёхфазного вдВ главе 1 рассмотрены общие вопросы импульсного управления трёхфазным вд с использованием вшим с позиции множеств состояний ус. Осуществлена векторная интерпретация элементов множества допустимых состояний ус, на основании которой «подключающим» состояниям ус поставленыв соответствие ненулевые базовые векторы напряжения, а «отключающим» —нулевые. «Подключающие» и «отключающие» состояния ус, связанные переходом, объединены в группы.

«Опережающей» группой состояний ус называется такая группа, в которой угловое положение ненулевого базового вектора напряжения превосходит требуемое угловое положение результирующеговектора, а «отстающей» — группа, в которой угловое положение ненулевоговектора меньше, чем требуемое угловое положение результирующего векторанапряжения.

Результирующий вектор напряжения равен:V =T1off off T1on on T2on on T2off offV1 +V +V +V2 ,TT 1T 2T(1)где V1on и V1off — ненулевой и нулевой базовый вектор напряжения из «отстающей» группы соответственно; T1on и T1off — длительности задействования«подключающего» и «отключающего» состояния ус из «отстающей» группы9соответственно; V2on и V2off — ненулевой и нулевой базовый вектор напряжения из «опережающей» группы соответственно; T2on и T2off — длительностизадействования «подключающего» и «отключающего» состояния ус из «опережающей» группы соответственно; T — период широтно-импульсного сигнала (шис). Длительность задействования каждого состояния ус на периоде шис вычисляется по формулам:T1on = T m|cos (ϕe − ϕon2 )|;sin ΘT1off = T2off|cos (ϕe − ϕon1 )|;sin ΘT − (T1on + T2on )=,2T2on = T m(2) где m = V /V on — индекс модуляции, характеризующий относительнуюскорость вращения ротора вд; Θ — угловая ширина сектора, образованнаясмежными ненулевыми базовыми векторами; ϕe — текущее угловое положение ротора в электрической системе координат; ϕonи ϕon— угловые12положения ненулевых базовых векторов из «отстающей» и «опережающей»группы соответственно.Предложена классификация способов вшим по количеству рабочих стоек иум, используемых для формирования результирующего вектора напряжения, в соответствии с которой существует трёхстоечная вшим (твшим),двухстоечная вшим (двшим) и комбинированная вшим (квшим).В главе 2 разработан автоматизированный подход к получению математического описания убф, отличающийся от известных тем, что позволяетполучить аналитические выражения убф, реализующих алгоритмы импульсного управления на основе вшим.Для обеспечения возможности управления направлением и скоростью вращения ротора вд определена совокупность условий коммутации кэ иум, которая формализуется в виде нескольких групп лп, характеризующих: 1) сектор, в котором находится текущее положение ротора вд;2) требуемую скорость вращения; 3) необходимое направление вращения.Идентификация сектора осуществляется с использованием переменных HA1 , HB1 , HC1 — в случае применения твшим, HA2 , HB2 , HC2 — в случае двшим и всех шести указанных лп — в случае квшим.Формирование последовательности задействования «подключающих»и «отключающих» состояний ус, обеспечивающей требуемую скорость вращения, осуществляется с использованием двух переменных: SV и SP .

Если SV = 0, задействуется состояние ус из «отстающей» группы, в противномслучае — из «опережающей». При SP = 1 используется «подключающее» состояние ус, а при SP = 0 — «отключающее». В случае центрированного шиспеременные SV и SP равны0, если 0 6 2 tпер < T1on + T1off ;SV =(3)1, иначе;1, если T1off 6 2 tпер < T − T2off ;SP =(4)0, иначе,10где tпер — счётчик периода (пилообразный сигнал), равныйt, если t< T /2;tпер =T − t, иначе.(5)Требуемое направление вращения выражается в виде переменной DR:0, если Kу > 0;DR =(6)1, иначе.После формирования системы лп осуществляется формализация алгоритма вшим, которая заключается в описании: 1) совокупности значений лп,характеризующих сектор, в котором находится текущее положение ротора;2) используемых «подключающих» и «отключающих» состояний ус; 3) состояния ус, используемого при возникновении аварийной ситуации.На основании анализа значений совокупности лп, характеризующих сектор, в котором находится текущее положение ротора, составляется списоксекторов, содержащий в случае твшим элементы «HA1 HB1 HC1 »:sectors = {, , , , , }.(7)Состояния ус, используемые при управлении, оформляются в виде списков «подключающих» (statesOn) и «отключающих» состояний ус (statesOff).Порядок элементов в списке statesOn определяется последовательностью расположения ненулевых базовых векторов напряжения, начиная с вектора, расположенного в том секторе, которому соответствует первый элемент списка sectors.

Порядок «отключающих» состояний ус в списке statesOff соответствует порядку «подключающих» состояний в списке ус. Списки состояний ус («U6 U5 U4 U3 U2 U1 »), используемых при твшим имеют вид:statesOn = {, , , , , },(8)statesOff = {, , , , , }.(9)Состояние ус, используемое в случае возникновения аварийных ситуаций, оформляется в виде переменной emergencyState.После формализации алгоритма вшим составляется таблица состояний,связывающая каждую совокупность значений лп со значениями убф.

Алгоритм формирования таблицы состояний заключается в следующем:– проверка принадлежности состояния кода текущего сектора списку sectors. Если код текущего сектора не является элементом списка sectors,то ус присваивается значение переменной emergencyState. В противном случае выполняются следующие действия;– вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное значением переменной DR, по формуле (10)в случае двшим или твшим и по формуле (11) — в случае квшим.1, если DR = 0;SHDR =(10)4, иначе.113, если DR = 0;(11)9, иначе;– вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное совокупностью значений лп о текущем секторе (SHH ), которое равно порядковому номеру данной совокупности в списке sectors;– вычисление смещения порядкового номера искомого элемента в списках statesOn и statesOff, вызванное значением переменной SV , по формуле0, если SV = 0;SHSV =(12)1, иначе;SHDR =– вычисление порядкового номера искомого элемента в списках statesOnи statesOff по формулеSHΣ − Nсект , если SHΣ > Nсект ;SH =(13)SHΣ ,иначе,где SHΣ = SHDR + SHH + SHSV ; Nсект — количество секторов (Nсект = 6 —при двшим и твшим; Nсект = 12 — при квшим);– присвоение ус элемента с порядковым номером SH из списка statesOn,если SP = 1, или из списка statesOff — в противном случае.Программная реализация приведённого алгоритма осуществлена в видемодуля, написанного на языке Mathematica, использование которого совместно с существующими модулями минимизации аналитических выражений убфи экспорта результатов в систему MATLAB позволяет автоматизировать наиболее трудоёмкие этапы математического описания цуу мм.Применение разработанного подхода для получения математическогоописания цуу мм, реализующего алгоритмы твшим, двшим и квшим, продемонстрировано в главе 3.

Полученное математическое описание цуу ммосновано на описании системы лп и убф, которые при твшим имеют вид:Ui =DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨∨ DR Hb Hc SP ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Hb Hc SP ;(14)Ui+1 =DR Ha Hb Hc SV SP ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨∨ DR Hb Hc SP ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨∨DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨ DR Ha Hb Hc SV ∨∨ DR Ha Hb Hc SV SP ∨ DR Hb Hc SP,где i = 1, 3, 5; а переменные Ha , Hb и Hc определяются по табл.

.12Табл. . Переменные Ha , Hb и Hci135HaHA1HB1HC1HbHB1HC1HA1HcHC1HA1HB1В главе 4 приведён состав и дано описание компьютерной модели мм,а также разработанного программного комплекса, позволяющего автоматизировать этап моделирования мм. Компьютерная модель мм (рис. ) разработана в системе моделирования Simulink и содержит элементы пакета расширения SimPowerSystems. Модель мм имеет иерархическую структуру и учитывает изменение контуров протекания токов при переключении кэ иум.Рис. . Модель мм в SimulinkБлок цуу модели мм включает в свой состав блок формирования лпи блок формирования убф. Блок формирования лп основан на математическом описании лп и реализован в виде S-функции, написанной на языке C.