Диссертация (Методы и программные средства поддержки выбора решений на основе прямого и обратного нечеткого оценивания), страница 3

ошибка измерения потокосцепления, в результате изменения активногосопротивления обмоток по причине изменения температуры;2. накопление ошибки измерения потокосцепления вследствие не точногоизмерениявеличинподынтегральноговыражения,чтоособеннокритично оказывается при работе ВИМ на низких оборотах;3. отсутствие возможности идентифицировать угловое положении ротораВИМ в режиме торможения на выбеге и режиме идеального холостогохода.144.

Отсутствие возможности выделения сигнала, связанного с угловымположением ротора фиксированной функциональной зависимостью идальнейшего его использование системами управления разного уровня.Проблема бездатчикового управления на низких оборотах решена в [1,2],где при работе ВИМ на низких оборотах для анализа углового положения вотключенной обмотке формируется импульс тока, величина которого такова, чтоэлектромагнитный момент, вызванный данным током, не оказывает влияния наработу ВИМ. Момент коммутации определяется по величине потокосцепления,от измерительного импульса.Однако, данный метод не исключает недостаток 4, указанный выше.В [3,14] описано бездатчиковое управление ВИМ с использованием«метода регенеративного тока».

Этот метод основан на явлении возрастания токав обмотках ВИМ при переходе в генераторный режим.Преимуществами данного метода являются: проста реализации, отсутствиевлияния температуры обмоток на измерения, отсутствие необходимостиизмерения и программирования в системе управления кривых намагничивания,работоспособность метода на больших скоростях вращения ВИМ.Недостатками данного метода являются: большие пульсации момента иакустические шумы, недоиспользование машины, что обусловлено переходомВИМ в генераторный режим и формирования тормозных моментов, низкиеэнергетические показатели ВИП, отключение обмоток в зоне максимальногозначения индуктивности, невозможность использования метода при низкихскоростях работы ВИМ, когда значение ЭДС машины значительно ниженапряжения питания.В [42] рассмотрен метод идентификации углового положения элементамиискусственного интеллекта.Данный метод заключается в выделение частотных образов токов припомощи дискретного преобразования Фурье, затем при помощи искусственных15нейронных сетей определение по частотным образам текущего угловогоположения ротора ВИМ.Преимуществами данного метода являются: возможность применять методк ВИМ любых конструкций, работоспособность в большом диапазоне скоростей.Недостатком данного метода является то, что для управления каждымтипом ВИМ необходимо просвети объемную процедуру обучения искусственнойнейронной сети, при этом обучающая выборка должна быть достаточнообъемной и представительной.

Процедура обучения требует большого объемавычислений и, как следствие, дополнительной вычислительной мощностисистемы управления, которая после завершения процедуры обучения будетнезадействованной.В[104,105,106]описанметодбездатчиковогоуправлениябезколлекторными (вентильными, ветильно-индукторными) электрическимимашинами, где используется анализ противо ЭДС машины. Задачи обработкисигналов и фильтрации помех решены программными способами.Представленный метод имеет ряд преимуществ, таких как:простота иаппаратной части, дешевизна, гибкость в настройке, нечувствительность кизменению параметров машины, не требует при наладке определенияпараметров обмоток.Недостатками данного метода являются: Неспособность обеспечитьбездатчиковое управления при работе машины на низких оборотах, когдавеличина ЭДС мала; резкие изменения в нагрузки могут привести крассинхронизации системы управления с машиной.Стоит отметить, что общим недостатком всех выше перечисленныхметодов является то, данные методы не позволяют непрерывно контролироватьабсолютное значение углов рассогласования зубцов статора и ротора.

Такженакладываю ряд ограничений и условий на формирование силового тока вобмотках машины и напряжений. Представленные методы не позволяютвыделить сигнал, связанный с угловым положением ротора фиксированнойфункциональной зависимостью, т.е. использовать ВИМ в качестве датчика16углового положения.

Данные методы оказываются не работоспособны вдинамических режимах работы ВИМ и цепей питания. Стоит отметить, что всеперечисленные выше методы с косвенным определение углового положенияротора ВИМ требуют тестовые включения цепей питания обмоток ВИМ передначалом запуска и (или) осуществление пуска ВИМ в «шаговом» режимеработы.1.4.Постановказадачиисследования,формулировканаучнойновизны.Как видно,задача бездатчикового управления ВИМ без введениядополнительных ограничений на работу силовой цепимашины, остаетсяоткрытой.

Также не решена задача определения абсолютной величины угловрассогласованиязубцов статора и ротораВИМ. Отсутствуют методыидентификации углового положения ротора, позволяющие получить сигналзначения углового положения в явной форме, либо сигнал связанный жесткойфункциональной зависимостью.Стоит отметить, что работ, где использовались бы конструктивныеособенности ВИМ, позволяющие внутри машины совместить прямые икосвенные методы измерения углового положения, также нет.Не трудно заметить конструктивные сходства ВИМ с синусно-косинуснымииндукционными редуктосинами. В ВИМ, также как и в редутосинах, магнитнаяпроводимость под полюсами машины зависит от углового положения ротора.Тем более, что в многофазной ВИМ в каждый момент времени задействованы невсе обмотки, а только часть. Незадействованные обмотки можно использоватьдля формирования внутри ВИМ измерительных потоков, аналогичных потокам,формируемых в редуктосинах.

И по аналогии с редуктосинами производитьопределение углового положения ротора.17Рис 1.1. Схема двухфазного редуктосина.Рис.Целью данной работы является разработка, исследование и апробацияметода идентификации углового положения ротора ВИМВИМ, основанного наизменении магнитных проводимостей под полюсами машины в зависимости отуглового положения ротора ВИМ, отличающийся от существующих тем, что дляидентификацииуглароторасоздаютсядополнительныеизмерительныемагнитные потокипотоки, связанные квадратурными соотношения, и измеряется фазаЭДС наводимой в отключенных катушках, что позволяет обеспечить работуВИМ в режиме «датчикадатчика угловых положений» и двигателя одновременноодновременно, темсамым получить сигнал рассогласования зубцов статора и ротора в явной форме,что позволяет повысить точность измерений и обеспечитьечить контроль угловогоположения на нулевых скоростях и торможении на выбеге.Этапы диссертационных исследований:1.Исходя из конструктивного сходства ВИМ с датчиками угловыхположений, разработать метод идентификации углового положения ротораВИМ.2.Исследоватьвать работу ВИМ в режиме датчика углового положения3.Реализовать и исследовать одновременную работу ВИМ в режимедатчика углового положения и двигателя.4.Рассмотреть иисследоватьразличныевариантыкоммутацииобмоток ВИМ, позволяющие использовать ВИМ в качествестве двигателя и датчикауглового положения одновременно.одновременноРассмотрим реализацию в ВИМ режима датчика угловых положенийположений.18Для этого, покажем принцип работы такого датчика положения ротора, каксинус-косинусный индукторный редуктосин.

В редуктосинах питание обмоткивозбуждения осуществляется от источника синусоидального напряжения.Измерения снимаются с двух вторичных обмоток (синусной и косинусной).Соотношение амплитуд напряжения на выходе датчика зависит от угловогоположения датчика. Если же вторичные обмотки редуктосина подключить кисточникам напряжения, фазы которых сдвинуты на 90 градусов, а на первичнойобмотке измерять фазу напряжения, то фаза напряжения на обмотке будетзависеть от углового положения датчика.Аналогичную технологию можно использовать и для измерения угловогоположения ротора ВИМ.

Для этого в полюсах, имеющих разные магнитныепроводимости, магнитной системы ВИМ необходимо сформировать квадратурносвязанные измерительныеМДС.Так как магнитная проводимость подполюсами ВИМ различна и зависит от углового положения ротора ВИМ, тосвязанные квадратурно магнитные потоки будут суммироваться в магнитнойсистеме ВИМ с разными амплитудами и приводить к возникновениюсуммарного магнитного потока, фаза которого зависит от углового положенияротора ВИМ.Для измерения текущего углового положения ротора ВИМдостаточно измерить фазу измерительного потока или фазу ЭДС наводимуюизмерительными потоками.Метод идентификации углового положения ротора ВИМ и работа ВИМ врежиме датчика угловых положений и в режиме двигателя одновременноподробно рассмотрены в главе 2.Достоинствами предлагаемого метода идентификации углового положенияротора ВИМ являются:1.Работоспособность во всех режимах работы ВИМ (в двигательном,генераторном, торможения на выбеге);2.Работоспособность на любых скоростях работы ВИМ;193.На выходе измерительной части имеем сигнал, параметры которогофиксировано связаны через функциональную зависимость с угловым положениеротора, при этом форма сигнала не зависит от режима работы ВИМ.Недостатка метода идентификации углового положения:1.Наличиедополнительныхцепей,необходимыхдлясозданияизмерительных потоков;2.Относительная сложность системы управления и коммутатора;3.Возможность применять метод только к многофазным ВИМ(количество фазных обмоток должно быть не менее 3-х), имеющим четноеколичество зубцов на роторе и статоре.При работе над диссертацией решены следующие задачи:• разработки метода бездатчиковой идентификации углового положенияротора ВИМ, позволяющего ВИМ работать в режимах двигателя и «датчикауглового положения» одновременно;• анализа вариантов коммутации обмоток ВИМ, позволяющих реализоватьсовмещение режимов двигателя и «датчика углового положения»;• разработки математической и компьютерной имитационной моделейбездатчикового ВИП и макетного образца бездатчикового ВИП;• исследования метода идентификации углового положения и системыбездатчикового управления ВИМ.Научная новизна работы заключается в том, что1.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».202.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.Создана компьютерная имитационная модель ВИП с бездатчиковымуправлением ВИМ, на которой проведен компьютерный эксперимент вдвигательном режиме работы ВИМ и «режиме датчика углового положения», атакже совмещение этих режимов во времени.