Диссертация (Методы и программные средства поддержки выбора решений на основе прямого и обратного нечеткого оценивания)

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕБЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ«МЭИ»На правах рукописиМитрофаненков Юрий НиколаевичРАЗРАБОТКА БЕЗДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНОИНДУКТОРНОЙ МАШИНОЙСпециальность:05.09.03 – Электротехнические комплексы и системыДиссертацияна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наукпрофессор Малиновский А.Е.Москва 20152ОГЛАВЛЕНИЕВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………4ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИБЕЗДАТЧИКОВОГОУПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙМАШИНОЙ…………………………………………………………………….……111.1.Классификация методов измерения углового положения ротора ВИМ….111.2.Обзор прямых методов измерения углового положения ротора ВИМ …..121.3.Обзор косвенных методов измерения углового положения ротораВИМ……………………………………………………………………………131.4.Постановка задачи исследования, формулировка научной новизны.……..16Выводы по главе 1 ………………………………………………………………….20ГЛАВА 2.

ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДА БЕЗДАТЧИКОВОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИУГЛОВОГО ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА……………………………………………..222.1. Теоретическое и математическое обоснование метода идентификацииуглового положения ротора ВИМ……..……………………………………………222.2. Анализ вариантов коммутации обмоток ВИМ………………………………..35Выводы по главе 2…………………………………………………………………...44ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ БЕЗДАТЧИКОВОГО УПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙ МАШИНОЙ……………………………………463.1.ОбоснованиеспособовиалгоритмовбездатчиковогоуправленияВИМ…………………………………………………………………………………..463.2.Разработка имитационной компьютерной модели ВИМ, коммутатора исистемы управления…………………………………………………………………573.3.Разработка принципиальной схемы системы бездатчикового управленияВИМ…………………………………………………………………………………..723.3.1. Разработка источника тока…………………………………………………..733.3.2. Разработка полосового фильтра и компаратора напряжения……………...773.3.3.

Разработка коммутатора..…………………………………………………….793.3.4. Разработка блока драйверов………………………………………………….8233.4.Описание макетного образца бездатчикового ВИП………………………85Выводы по главе 4……………………………………………………………….….87ГЛАВА4.ИССЛЕДОВАНИЕБЕЗДАТЧИКОВОГОУПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙ МАШИНОЙ…………………………..………..884.1. Исследование метода идентификации углового положения ротора ВИМ…884.2. Исследование бездатчикового ВИП…………………………….……………..93Выводы по главе 4…………………………………………………….……………102ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………..……………103СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………….……………104ПРИЛОЖЕНИЯ……………………………………………………….……………117ПРИЛОЖЕНИЕ1.

Принципиальная схема системы бездатчикового управленияВИМ…………………………………………………………………………………118ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Коммутационные диаграммы………………………………..120ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Блок схемы программных модулей………...……………….123ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Программное обеспечение макетного образца бездатчиковогоВИП………………………………………………………………………………….126ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Программное обеспеченье генератора квадратурныхсигналов..…………………………………………………………………....………1524ВВЕДЕНИЕВ настоящее время в практике современного электропривода снижаетсядоля электроприводов постоянного тока.

Это можно связать с ненадежностьюмеханического коллекторного узла и более высокой стоимостью двигателейпостоянного тока по сравнению с двигателями переменного тока.Основной альтернативой коллекторным приводам постоянного токаявляются асинхронные электроприводы. В то же время, развивается теория ипрактика электроприводов с вентильными, т.е. электронно-коммутируемымидвигателями, например, на основе вентильно-индукторной машины (ВИМ).

Взарубежнойнаучно-техническойлитературеВИМвстречаетсяподаббревиатурой SRM (Switched Reluctance Motor).Машины этого типа просты визготовлении, технологичны и дешевы.Конструкция ВИМ подобна конструкции шагового двигателя. Питание егообмоток однополярными импульсами напряжения по сигналам от датчикаположения ротора. Питание обмоток двигателя от вентильного коммутатора собратными связями по положению ротора, по току, по напряжению и др.

связям,обеспечиваетвысокиетехнико-экономическиепоказателиипозволяетприменять ВИМ в качестве управляемого двигателя в широком диапазонемощностей.Ветильно-индукторный электропривод (ВИП) – относительно новый типэлектропривода, которому в последние годы посвящено большое количествоисследований и публикаций. В нашей стране в настоящее время ведетсяактивная работа по исследованию и внедрению вентильно-индукторногоэлектропривода отечественными учеными Ильинским Н. Ф., Кузнецовым В. А.,Бычковым М. Г., Голландцевым Ю. А., Красовским А.

Б., Глухеньким Т.Г.,Алямкиным Д.И и другими.ВИМ присущи следующие достоинства: конструктивная простота инадежность, низкие стоимость и эксплуатационные затраты, возможностьюширокого регулирования частоты вращения, высокий КПД и простотауправления при применении современной базы электроники.5Электроприводы на основе ВИМ находят все более широкое применениераспространение.ПерспективнымиприменениямиВИМявляютсявысокоскоростные и низкоскоростные установки с высокими моментами, атакже приводы механизмов, в которых по условиям работы требуетсяосуществление регулирования частоты вращения в широком диапазоне.Одна из положительных черт вентильно-индукторного электропривода(ВИП) – возможность построение безредукторного электропривода, в которомреализуетсяэлектромеханическаяредукцияскорости.Исключениемеханического редуктора из электропривода позволяет существенно снизитьэнергозатраты, повысить надежность работы привода, улучшить качествотехнологического процесса.К основным недостаткам ВИП относят следующее: неработоспособностьпривода при отказе электронного коммутатора (асинхронный и синхронныйприводы могут продолжать работать от сети при полном отказе преобразователячастоты), высокий уровень вибраций и акустического шума, некотороеусложнение конструкции в силу необходимости использования датчиковположения ротора;Стремление упростить конструкцию, снизить стоимость привода иповысить надежность привело к отказу от датчика углового положения ротора ипереходу к системам бездатчикового управления для оценки угловогоположения.Это стало возможно благодаря высокой производительности контроллерауправления, когда задачи идентификации углового положения ротора иуправления ВИМ могут быть распараллелены и решены в реальном времени.Рядфирм(Microchip,TexasInstrumentsидр.)выпускаютспециализированные контроллеры для управления электрическими машинами(DSP-микроконтроллеры), в том числе идля управления ВИМ.Ониобеспечивают высокую производительность и содержат ряд встроенныхпериферийных аппаратных средств, предназначенныхконтроллера с инверторами и датчиками обратных связей.для сопряжения6Бездатчиковый вентильно-индукторный электропривод имеет большиеперспективы применения.

Использование данного привода позволит не толькозначительно снизить его цену, так как в маломощных приводах цена датчикауглового положения зачастую соизмерима с ценой самого двигателя,но ипозволит повысить надежность электропривода. При этом современные системыуправления электроприводами и современная элементная база позволят решитьпроблемы, которые в прошлом затрудняли применение данных приводов.В данной работе рассматривается один из возможных вариантов построениябездатчиковоговентильно-индукторногоэлектропривода,разрабатываетсяалгоритм определения углового положения, решаются схемотехническиесложности, которые возникают при построении бездатчиковой системыуправления.

Особый акцент сделан на разработку системы управлениявентильно-индуторным электроприводом, так как в бездатчиковой системеуправления, система должна не только производить качественное управлениеэлектроприводом, но и анализировать информацию обратных связей и на основеданнойинформациивычислятькоординатыэлектропривода(угловоеположение, скорость, момент).Цель диссертационной работы.Разработка, исследование и апробация метода идентификации угловогоположения ротора ВИМ, основанного на изменении магнитных проводимостейпод полюсами машины в зависимости от углового положения ротора ВИМ,отличающегося от существующих тем, что для идентификации угла роторасоздаются дополнительные измерительные магнитные потоки, связанныеквадратурными соотношения, и измеряется фаза электродвижущей силы (ЭДС),наводимой в отключенных катушках, что позволяет обеспечить работу ВИМ врежиме «датчика угловых положений» и двигателя одновременно, тем самымполучить сигнал рассогласования зубцов статора и ротора в явной форме, чтопозволяет повысить точность измерений и обеспечить контроль угловогоположения на нулевых скоростях и торможении на выбеге.При решении поставленной цели решены следующие задачи:7• разработки метода бездатчиковой идентификации угловогоположения ротора ВИМ, позволяющего ВИМ работать в режимахдвигателя и «датчика углового положения» одновременно;• Анализа вариантов коммутации обмоток ВИМ, позволяющихреализовать совмещение режимов двигателя и «датчика угловогоположения»;•разработки математической и компьютерной имитационной моделейбездатчикового ВИП и макетного образца бездатчикового ВИП;• исследования метода идентификации углового положения и системыбездатчикового управления ВИМ.Методы исследования.