Диссертация (Методы и программные средства поддержки выбора решений на основе прямого и обратного нечеткого оценивания), страница 2

Для решения поставленных в работе задачиспользовались:1) Теория электропривода и теория автоматического управления;2) Методы имитационного моделирования в системе компьютернойматематики MATLAB и ее расширении Simulink;3) Элементы теории цифровой обработки сигналов;4) Компьютерные методы отладки микропроцессорных систем управления сиспользованием интегрированной среды разработки MPLAB IDE;5)Экспериментальныеисследованиявентильно-индукторногоэлектропривода.Объектом исследования является вентильно-индукторная машина всоставебездатчиковоговентильно-индукторногоэлектроприводаимикропроцессорная система управления.Обоснованностьнаучныхположенийивыводовподтверждаетсякорректным применением теории электропривода, теории автоматическогоуправления, цифровой обработки сигналов и компьютерного моделирования.Достоверностьрезультатовподтверждаетсявычислительнымиэкспериментами на персональном компьютере и натурными экспериментами.8Основные положения, выносимые на защиту:1.Метод бездатчиковой идентификации углового положения ротораВИМ, отличающийся от существующих тем, что для идентификации угла роторасоздаются дополнительные измерительные магнитные потоки, связанныеквадратурнымисоотношения,иизмеряетсяфазаЭДС,наводимойвотключенных катушках, что позволяет обеспечить работу ВИМ в режимедатчика угловых положений.2.Вариантыиспользуемыхранеекоммутациитем, чтообмотоксовмещеныВИМ,воотличающиесявремени, ноотразделеныпространственно в катушках машины моменты формирования силовых токов,создающих электромагнитный момент, и измерительных, необходимых дляидентификации углового положения, что позволяет совместить работу ВИМ врежимах двигателя и датчика угловых положений.3.Функциональная схема системы бездатчикового управления ВИМ,отличающаяся от существующих тем, что позволяет в ВИМ совместить режимыдвигателя и датчика углового положения, тем самым повысить точностьизмерений.4.Компьютерная имитационная модель системы ВИП с предложеннымвариантом идентификации углового положения ВИМ.5.Макетный образец, с помощью которого проведены исследованияработы ВИМ в режиме датчика угловых положений и двигательном режиме.Результаты могут быть распространены на ВИМ с числом фаз три и более.Научная новизна работы заключается в следующем:1.Предложен метод идентификации углового положения ротора ВИМ,основанный на изменении магнитных проводимостей под полюсами машины взависимостиотсуществующихугловоготем,чтоположениядляротораидентификацииВИМ,углаотличающийсяротораотсоздаютсядополнительные измерительные магнитные потоки, связанные квадратурнымисоотношения, и измеряется фаза ЭДС, наводимой в отключенных катушках, чтопозволяет обеспечить работу ВИМ в режиме датчика угловых положений, тем9самым получить сигнал рассогласования зубцов статора и ротора в явной форме,что позволяет повысить точность измерений и обеспечить контроль угловогоположения на нулевых скоростях и торможении на выбеге2.Предложены варианты коммутации обмоток ВИМ, отличающиеся отиспользуемыхранеетем, чтосовмещенывовремени, норазделеныпространственно в катушках машины моменты формирования силовых токов,создающих электромагнитный момент, и измерительных, необходимых дляидентификации углового положения, что позволяет совместить работу ВИМ врежимах двигателя и датчика угловых положений.3.РазработанафункциональнаясхемаВИП,реализующаяпредлагаемый метод идентификации углового положения ротора ВИМ ипозволяющая совместить в пределах одной машины двигательный режим работыи режим датчика угловых положений.Теоретическая и практическая значимость.

Теоретическая значимостьработы заключается вразработке и теоретическом обосновании методаидентификации углового положения ротора ВИМ, основанного на изменениимагнитных проводимостей под полюсами машины в зависимости от угловогоположения ротора ВИМ, для чего в магнитной системе машины создаютсядополнительные измерительные магнитные потоки, связанные квадратурнымисоотношения, и измеряется фаза ЭДС наводимой в отключенных катушках, чтопозволяет обеспечить работу ВИМ в режиме датчика угловых положений идвигателя одновременно.Практическую значимость представляет разработанная имитационнаякомпьютерная модель системы с бездатчиковым управлением ВИМ иразработанныймакетныйобразец,накоторомвозможнопроводитьэкспериментальные исследования как метода бездатчикового управления ВИМ,так и самой машины.В настоящий момент макетный образец используется в ООО ИТЦ«ПРОМИКС» в исследовательских целях.10Реализация результатов работы.

Теоретические положения и результатыэкспериментальных исследований использованы в учебном процессе филиалаФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» в г. Смоленске, а именно:- в лекционном курсе «Электроприводы с вентильными и шаговымидвигателями» программы подготовки специалистов 140604 – «Электропривод иавтоматика промышленных установок и технологических комплексов».- в лекционном курсе «Применение вычислительной техники в задачахэлектропривода» программы подготовки бакалавров 140600 – «Электротехника,электромеханика и электротехнологии».-в лекционном курсе«Микропроцессорныесистемыуправления»программы подготовки бакалавров 140600 – «Электротехника, электромеханикаи электротехнологии».В исследовательских целях макетный образец «Вентильно-индукторныйэлектропривод», используется в ООО ИТЦ «ПРОМИКС» в исследовательскихцеляхАпробация работы. Основные результаты диссертационных исследованийдокладывались и обсуждались на 7-й, 8-й, 9-й, 10-й, 11-й научно техническойконференции студентов и аспирантов (г.

Смоленск 2010, 2011, 2012, 2013, 2014гг. соответственно), 19-й научно-технической конференции студентов иаспирантов (г. Москва 2013 г.), 8-й научно-технической конференции студентов,аспирантов и молодых ученых (г. Иваново 2013г), научная работа заняла 2-еместо в областном конкурсе студенческих научных работ (г. Смоленск 2011 г.),отмечена дипломом «за оригинальный и творческий подход» на областномконкурсе молодых ученых (г. Смоленск 2013 г.), разработанный способбездатчиковойидентификацииугловогоположенияротораприняткиспользованию компанией ООО «ИТЦ ПРОМИКС» в исследовательских целях.Публикации.

По теме диссертационных исследований опубликовано 16научных работ, 3 из них опубликовано в журналах, входящих в перечень ВАК.11ГЛАВА 1. ОБЗОР ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИБЕЗДАТЧИКОВГОУПРАВЛЕНИЯВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОЙМАШИНОЙ.В главе 1 произведена классификация методов определения угловогоположения.

Приведен краткий обзор методов бездатчикового управления ВИМ.Проанализированы основные преимущества и недостатки рассматриваемыхметодов. Произведена постановка задачи бездатчикового управления ВИМ.1.1.Классификация методов измерения и идентификации угловогоположения ротора ВИМ.Таблица 1.1. Классификация методов измерения углового положения ротораВИМ.ПрямыеКосвенныеМетоды определенияуглового положенияИспользование энкодеровИспользование оптических датчиковИспользование вращающихся трансформаторовАнализ ЭДС машиныАнализ потокосцепленияАнализ токовКлассификация методов измерения углового положения приведена втаблице 1.1.

Согласно приведенной классификации методы измерения угловогоположения можно разделить на две группы: прямые и косвенные. Для измеренияуглового положения ротора машины при помощи прямых методов измеренияиспользуют либо датчики углового положения ротора (энкодеры, оптическиедатчики, вращающиеся трансформаторы).В случаях измерения угловогоположения ротора прямыми методами, на выходе измерительной части имеемсигнал, который однозначно через функциональную зависимость связан либо с12текущем угловым положением ротора, либо с изменением углового положения.Особенностями прямых методов измерения углового положения ротораявляется то, что сигнал на выходе измерительной части не зависит, как отрежимов работы самой машины, так и от режимов работысиловых цепейпитания машины.В косвенных методах измерения углового положения, также как и в прямыхметодах, на выходе измерительной части имеем сигнал пропорциональный либотекущему угловому положению ротора, либо изменению углового положения.Сигнал на выходе измерительной части получен не в результате измеренияуглового положения, а в результате анализа силовых токов и напряжений накатушках машины.

Как правило, такие методы измерения имеют ограниченныхдиапазон режимов работы машины и цепей питания. Для расширения рабочегодиапазоны очень часто используют комбинацию методов измерения. Чтозачастую приводит к значительному усложнению программно аппаратной частисистемы управления.Обзор прямых методов измерения углового положения ротора1.2.ВИМ.В [37,38,39,50] показаны способы управления вентильными и вентильноиндукторными машинами с использованием датчиков положения ротора.Основными преимуществами использования данных методов являетсяпростота реализациисистемы управления вентильными и вентильно-индукторными машинами, способность обеспечить работу машин в любыхрежимах работы электропривода, высокая точность определения угловогоположения.Недостатком данного метода является сложность конструкции привода,вследствие необходимости установки датчика положения ротора.

Использованиедатчикаположенияротораприводиткзначительномуэлектропривода, особенно в области низких мощностей.удорожанию13В [38] сделан акцент на использование оптических датчиков положения,гдеоптическихдатчик,совместноскоммутаторомвыполняетроль«электронного коллектора» в ВИП.Данный подход позволяет обеспечить работу ВИМ во всех режимахработыэлектропривода, но низкая дискретность датчика положения непозволяют использовать электропривод в следящих системах.1.3.Обзор косвенных методов измерения углового положения ротораВИМ.В [40,41,54,55] рассмотрены методы бездатчикового управления ВИМ, воснове которых лежит анализ величины потокосцепления:tΨ (t ) = ∫ (U − Ri )dt ,(1.1)0Расчет кривой намагничивания, и выполнение коммутации при выходе натребуемую кривую намагничивания.Преимуществами данного метода являются:1.нечувствительность к насыщению;2.высокая точность;3.возможность работы во всех 4-х квадрантах работы электропривода;4.простота реализации;Недостатками метода идентификации углового положения являются:1.