Автореферат (Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления исполнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем), страница 3

Блок формирования убф содержит таблицу состояний, соответствующую рассматриваемому алгоритму импульсного управления. Для каждогоиз рассматриваемых способов вшим (двшим, твшим и квшим) разработанасоответствующая S-функция и сформирована таблица состояний.Блок сд модели мм основан на уравнениях, описывающих фазнуюмодель двигателя при синусоидальном распределении индукции в зазоре.Для исследования физических процессов в вд с соединением фаз по схеме Yи по схеме ∆ разработаны два варианта блока сд. В качестве параметровблока сд используются параметры двигателя ДБМ40-0.025-4-3.С целью автоматизации этапа моделирования мм разработан программный комплекс ICRC, который позволяет параллельно на отдельных ядрах процессора выполнять вычисления, связанные с моделированием работы мм для различных наборов значений входных параметров, что существенно сокращает временные затраты на исследование физических процессов,протекающих в мм, и получение статических и энергетических характеристик им привода.Глава 5 посвящена исследованию физических процессов, протекающихв энергетическом канале мм с использованием разработанного программногокомплекса ICRC и модели мм, а также определению влияния схемы соединения фаз вд, способов вшим и её частоты на динамические, статические13и энергетические характеристики им.

Указанные характеристики сопоставлены с предельными характеристиками вд, полученными при использованиискалярной широтно-импульсной модуляции с применением -градусногоспособа управления (180сшим). В последнем случае регулирование скорости вращения ротора вд осуществлено путём пропорционального изменения напряжения ип, что позволяет обеспечить независимость полученныхпри 180сшим результатов от соотношения периода шис и электромагнитнойпостоянной времени двигателя, равной Tя = 5 · 10−5 с.На основе переходных процессов по скорости выявлена зависимость динамических характеристик им от частоты шис при использовании двшим и квшим. В случае квшим наблюдается незначительный (менее  %) рост длительности переходных процессов при увеличении частоты шис (при уменьшении T /Tя с четырёх до единицы).

При использовании двшим в аналогичном случае имеет место существенное ухудшение динамических характеристик (увеличение длительности переходных процессов более, чем на  %). Динамические характеристики в случае применения твшимне зависят от частоты шис; длительность переходных процессов совпадаетс длительностью переходных процессов при 180сшим.Механические характеристики при использовании твшим и квшим линейны с точностью до  %. В случае квшим увеличение частоты шис приводит к незначительному снижению средних значений электродвижущего момента (Mср ) и скорости вращения в установившемся режиме работы (Ωср ).Снижение составляет менее  % при уменьшении T /Tя с четырёх до единицы.Механические характеристики в случае двшим нелинейны (рис. ), степеньнелинейности увеличивается с ростом частоты шис. При всех рассматриваемых алгоритмах импульсного управления средние значения скорости√холостого хода (Ωх.х ) и пускового момента (Mп ) при схеме ∆ превосходят в 3 разаналогичные показатели при схеме Y.Ωх.хm = ,m=180сшимMпΩср −Mп180сшим−Ωх.хm = ,MсрРис.

. Механические характеристики при способе двшим(сплошные линии — T /Tя = 4; пунктирные линии — T /Tя = 1)14Среднее за период фазных напряжений значение потребляемой мм мощности в установившемся режиме работы определено следующим образом:Pср1=2πϕZ0 +2πuипuип iип dϕe =2πϕ0ϕZ0 +2πiип dϕe ,(15)ϕ0где ϕ0 — произвольное угловое положение ротора вд в установившемся режиме работы; iип — полученный в результате компьютерного моделированияток, протекающий через ип.Дополнительные потери мощности в двигателе, вызванные пульсациями фазных токов около их средних значений, определены по следующей формуле:∆P = Pср − Pмех − Pм.кэ − Pм.я.ср ,(16)где Pмех — механическая (полезная) мощность; Pм.кэ — потери мощностина проводимость в кэ иум, Pм.я.ср — потери мощности на активном сопротивлении якорной обмотки от среднего значения фазных токов.Величина потерь мощности на активном сопротивлении кэ иум равнаPм.кэ =ϕZ0 +2π6X1uкэ i iкэ i dϕe ,2πi=1(17)ϕ0где uкэ i и iкэ i — напряжение на i-м кэ и ток, протекающий через него, полученные в результате компьютерного моделирования.Потери мощности на активном сопротивлении якорной обмотки от среднего значения фазных токов вычислены по аналитическому выражению:22 MсрPм.я.ср =R,(18)3cmгде cm — коэффициент момента; R — активное сопротивление одной фазыякорной обмотки вд.Полученные значения Pср , Pмех и ∆P нормализованы относительно максимального значения потребляемой мощности при 180сшим (, Вт при соединении фаз по схеме Y и , Вт при схеме ∆) и приведены в виде поверхностей на рис.

, на котором обозначено: Ωср∗ = Ωср /Ωх.х и Mср∗ = Mср /Mп .Способ двшим характеризуется наименьшими энергопотреблением и развиваемой механической мощностью среди рассматриваемых способов вшим,в то время, как твшим — наибольшими. Максимальное значение коэффициента полезного действия (кпд) среди рассматриваемых способов управления достигается в случае применения двшим, однако наибольшим объёмом под соответствующей поверхностью характеризуется способ твшим.Способу квшим присущи средние показатели среди рассматриваемых способов вшим.Дополнительные потери мощности в двигателе при способе твшимне превосходят , % от максимального значения потребляемой мощности15при способе 180сшим и соотношении T /Tя 6 0,5, однако в области номинального момента двигателя (Mср∗ = ,..,) могут достигать , % от потребляемой в данной области мощности.

Аналогичные показатели при способе двшим равны , % и  % соответственно, а при способе квшим — , %и  %. Увеличение частоты шис при всех рассматриваемых способах вшимспособствует уменьшению дополнительных потерь и тем самым приводитк сокращению потребляемой мощности и увеличению кпд (η).Поверхности Pср∗ , Pмех∗ , ∆P∗ и η справедливы для соединения фаз якорной обмотки вд как по схеме Y, так и по схеме ∆.Pср∗Pмех∗,,,,,,,,,,,Ωср∗ ,,,, ,,Mср∗,,Ωср∗ ,,а) потребляемая мощностьη,,,,,,,,,,, ,,Mср∗б ) механическая мощность∆P∗,,Ωср∗ ,,,, ,,Mср∗в) дополнительные потери мощности,,Ωср∗ ,,,, ,,Mср∗г) кпдРис.

. Поверхности энергетических характеристикпри способах твшим, квшим, двшим и 180сшим(T /Tя = 4)16В главе 6 представлены результаты экспериментальных исследованийлабораторного макета мм, которые были сопоставлены с результатами компьютерного моделирования. Лабораторный макет мм включает в свой составтрёхфазный сд марки ДБМ40-0.025-4-3 с установленным в его корпусе дпрна основе трёх цифровых датчиков Холла, две печатные платы, реализующиефункции иум и цуу соответственно, а также набор ип для питания элементов мм и измерительное оборудование.

Для автоматизации формированиякода управления и его передачи на вход цуу мм было разработано приложение GCodeGen, написанное на языке C++ с использованием инструментария Qt. Созданное приложение нашло применение в учебном процессе МАИ,что подтверждено актом о внедрении.В результате экспериментальных исследований макета мм были получены эпюры фазных токов и напряжений при различных способах импульсного управления для соединения фаз вд как по схеме Y, так и по схеме ∆.Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными даннымидля одного из частных случаев представлено на рис.

.uAuC−uCAiBiAB          t, мса) экспериментальные данныеб ) результаты моделированияРис. . Эпюры фазных токов и напряжений (схема ∆,180сшим,γ = )Качественное и количественное совпадение экспериментальных данныхи результатов моделирования свидетельствует о достоверности разработанной модели мм и, следовательно, полученных с её помощью результатов.В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.В приложении А приведены исходные коды S-функций на языке C,использованных при разработке модели блока цуу мм в Simulink.В приложении Б представлены исходные коды модулей программногокомплекса ICRC на языке MATLAB.В приложении В приведены исходные коды приложения GCodeGenна языке C++.Приложение Г составляют акты о внедрении результатов работына предприятие ООО «ФакторМедТехника», в научно-исследовательскую работу и учебный процесс МАИ.17ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫРазработан автоматизированный метод синтеза цифровых алгоритмовимпульсного управления им привода с трёхфазным вд на основе вшим.При разработке метода были получены следующие результаты:1.

Предложена классификация способов вшим, которая позволяетучесть количество рабочих стоек иум, кэ которых используются для подключения фаз вд к ип. В соответствии с разработанной классификациейспособы вшим можно разделить на двшим, твшим и квшим.2. Разработан автоматизированный подход к синтезу убф и осуществлена его программная реализация для способов двшим, твшим и квшимв виде модуля, написанного на языке Mathematica и позволяющего автоматизировать соответствующий этап проектирования цуу мм.3.