Диссертация (Управление асинхронными тяговыми электродвигателями тележки локомотива в предельных по сцеплению режимах движения), страница 9

Если модельный ток не там, где ожидалось - значит ипотокосцепление не там, значит и момент не тот, и нужно теперь понять, гдепотокосцепление на самом деле и каков момент, внести коррективы.Это можно сделать, например, с использованием выражений для потокосцеплений и момента с учётом фактического токаd ψ sα f= Uα − isαf Rs ;dtdψ sβf= U β − isβf Rs ;dtM=(2.14)3p (ψ sαf isβf − ψ sβf isαf )2на основе сравнения их с выражениями для аналогичных модельных величин(2.5). То есть, модель (2.5) должна быть адаптивной и тем или иным образомподстраиваться под реалии. На локомотиве ТЭМ9H корректируются несколько параметров модели машины.

Но даже при коррекции единственного параметра, - сопротивления статора, - система уже стабильна, устойчиваи робастна, но есть проблемы с некоторым отличием реального среднегомомента от запланированного значения. При полном отключении коррекциисистема долгое время сохраняет стабильность с постепенным снижением качества управления вплоть до потери управляемости.2.2. Математическое и компьютерное моделирование СУ ТЭП с совместным регулированием АТДЧтобы исследовать различные алгоритмы управления ТЭП на модели, в55математическую и компьютерную модель СУ ТЭП, как и в реальную систему, должны входить модели составляющих её основных узлов: АТД; полупроводникового статического преобразователя и используемых блоков и регуляторов, реализующих предлагаемые алгоритмы.Математическая модель АТД выполнена на основе двухфазной обобщенной машины с учётом принятых при таком представлении АД традиционных допущений [66;110] на основе тех же уравнений, что и усреднённаямодель-наблюдатель (2.5- 2.8).

Отличием является то, что в модель подставляются параметры соответствующих двигателей тележек для того, чтобыможно было смоделировать разброс параметров АТД. Параметры двигателяАД917УХЛ1 приведены в приложении 1 (по данным завода-изготовителя).Для моделирования современных полупроводниковых систем ТЭП сАД хорошо подходит и широко используется ПК MatLab/Simulink, ориентированный на моделирование электромеханических преобразователей полупроводниковых систем [45;65;98;111]. Поэтому компьютерное моделирование выполнено в основной библиотеке MatLab/Simulink с использованиемметода подсистем: в более крупные подсистемы входят более мелкие попринципу «матрёшки».Блок-диаграммы модели АТД составлена по уравнениям (2.5-2.8), в качестве примера на рис.

2.6 приведена блок-диаграмма одной из подсистеммодели двигателя. Её можно назвать подсистемой второго уровня, так какона сама входит в главную параметризованную подсистему АТД верхнегоуровня, где задаются параметры АТД (которые можно изменять в процессерасчёта) и куда подводится напряжение. Вложенные блоки подсистем Subsystem1 – Subsystem4 (подсистемы третьего уровня) составлены по первымчетырем уравнениям системы (2.5) для обмоток статора и ротора.Блок-диаграмма усреднённой модели АТД тележки имеет такой же вид(рис.

2.6), но в неё подставляются параметры, вычисляемые по формулам(2.6).56LmProduct66In6Product5Ls7In77Product4F1alLrUFiKFiKFR18In8Product7R151Ua UalfaUbUc UbetaIn12In23In5FIF1alfaI1alfaI1beta8IasIaI1alfaIb2IcIbsP 2/3F1betP 3/2In31Subsystem13IcsUFiKFiKFR1Product8FF1beta|u|II1betaReuImSubsystem2|Is| 12MWFjFiKFiRKFRR29Product2FTOK_RAL_BETI2al I2alfaProduct19IarI2alfa5-1I2betaF2alfaGain1WF2betaFjFFiKFiRKFR I2betR2p4Subsystem41.5In4Gain3Product34MF2alfaSubsystem3R2-1ProductIaIb10IcIbr11PR 2/3Icr6F2bet|u|Gain23uWReIm-110|Imag| 13Рис.

2.6. Содержание модели подсистемы АТДПри моделировании нестационарных режимов и последующего совмещения модели ТЭП с моделью механической части для сокращения временирасчёта принято решение ограничиться моделированием статического преобразователя на основе коммутационных функций [6; 13; 65].В системах разрывного управления, как и при пространственновекторной ШИМ в системах векторного управления вентили инвертора переключаются между несколькими определёнными состояниями. Для мостовогодвухуровневого АИН (рис. 2.7) существует известный набор векторов напряжения, называемых базовыми векторами (табл. 2.1; 2.2). Каждый векторсоответствует определённому состоянию АИН (рис.

2.8) [81;85;86].57Рис. 2.7. Схема силовая принципиальная для двухуровневого АИНРис. 2.8. Базовые вектора двухуровневого АИНВ таблице 2.3 [86;65] отображены логические состояния вентилей АИН исоответствующие им вектора выходных напряжений. Коммутационная функция (S) для каждой фазы АИН имеет значение 1 или 0 в зависимости от состояния вентилей («Вкл», «Выкл»). Выходные линейные напряжения АИН определяются при этом следующим образом [65]:58u ab = U CФ [ S a ( t ) − S b ( t )]ubc = U CФ [ S b ( t ) − S c ( t )] ,(2.15)u ca = U CФ [ S c ( t ) − S a ( t )]где U CФ - амплитудное значение входного напряжения АИН.Таблица 2.3Таблица соответствия векторов выходного напряженияи логических состояний вентилейПри включении фаз АД в звезду фазное напряжение АТД:2u ab + ubc3u − u abub = bc3− u ab − 2ubcuc =3ua =(2.16)59С использованием формул (2.15) и (2.16) и таблицы (2.3) для разных состояний АИН при входном напряжении UCф=1 оставлена таблица (табл. 2.4)значений выходного напряжения.Таблица 2.4Выходные напряжения АИН для разных состоянийпри UCф=1−U k (t )−U0−U1−U2−U3−U4−U5−U6−U7uaubucu abu bcu ca0000002/3-1/3-1/310-11/31/3-2/301-1-1/32/3-1/3-110-2/31/31/3-101-1/3-1/32/30-111/3-2/31/31-10000000Мгновенные значения напряжений фаз АТД получают путём умножения коммутационных функций (коэффициентов табл.

2.4) на текущую величину напряжения конденсатора фильтра UCф. Именно таким образом производится моделирование АИН коммутационными функциями.В схеме СУ ТЭП (рис. 2.3) управление ключами инвертора осуществляется по сигналам системы разрывного управления АТД в соответствии стаблицами 2.1 (при полном поле и многократной коммутации) и 2.2 (при ослаблении поля и однократной коммутации), которые реализованы в БЛА(рис. 2.3).Модель блока логического автомата, реализующего таблицу (табл. 2.1)переключений ключей АИН можно выполнить по-разному. В представленной блок-диаграмме использованы элементы основной библиотеки MatLab/60Simulink: Look-Up Table (2-D) и Multiport Switch, это значительно удобнееприменения простых логических элементов.

Модель подсистемы логического автомата в случае представления инвертора коммутационными функциямиприведена на рис. 2.9.1H Phi(000)2v0H Te[0.66 -0.33 -0.33]v13[0.33 0.33 -0.66]Sectorv2Look-UpTable (2-D)1[-0.33 0.66 -0.33]1v3Gates[-0.66 0.33 0.33]v41[-0.33 -0.33 0.66]v5[0.33 -0.66 0.33]Look-UpTable (2-D)2v6(000)v7MultiportSwitchРис. 2.9. Подсистема модели блока логического автомата, реализующего таблицу 2.1переключений АИН при многократной коммутации на периодеМгновенное значение фазного напряжения вычисляется путём умножения коммутационной функции, получаемой на выходе подсистемы рис. 2.9на напряжение промежуточного звена постоянного тока UCф.Для пояснения модели, реализующей табл. переключений 2.2 с учётомуравнений (1.5) и (2.4) необходимо рассмотреть векторную диаграмму АТД,представленную на рис. 2.10, сопоставив её с системой базовых векторов(рис.

2.8). Каждый из секторов координатной плоскости на рис. 2.8 занимаетугол 60о, и если сопоставить это с взаимным положением векторов потокосцепления и напряжения статора (рис. 2.10), то видно, что напряжение опережает потокосцепление на два сектора.61Рис. 2.10. Векторная диаграмма напряжений, потокосцеплений и токов АТДИ далее понятно, как организовать вращение магнитного поля статорапри однократной коммутации АИН (табл. 2.2) в соответствии с требуемойчастотой f1 (1.5), углом (1.6) и текущим сектором потокосцепления, вычисляемым СУ (рис.

1.10).Рис. 2.11. Фрагмент модели, реализующий табл. 2.2 переключений АИН при однократнойкоммутации на периодеС учётом рассчитанной фазы потокосцепления статора, определениеномера сектора для вектора потокосцепления выполняется в соответствии спредставленными неравенствами (фаза вектора потокосцепления определяет62ся в градусах, одновременно учитывается выполнение необходимого условияне превышения фазовым углом величины 180о; блок – диаграмма представлена в приложении 2, рис. П2.1).если − 30  θ ≤ 30 то Ψ S принадлежит сектору 100если 30  θ ≤ 90 то Ψ S принадлежит сектору 200если 90  θ ≤ 150 то Ψ S принадлежит сектору 300если θ  150 или θ ≤ −150 то Ψ S принадлежит сектору 400если 150  θ ≤ −90 то Ψ S принадлежит сектору 500если − 90  θ ≤ −30 то Ψ S принадлежит сектору 600(2.17)Далее опишем математически применяемые в моделируемой системе релейные регуляторы.

Для регулирования потокосцепления обычно используетсядвухпозиционный релейный регулятор, у которого отсутствует зона нечувствительности, но имеется гистерезисный допуск (рис. 2.12 а). В регуляторе момента применяется трёхпозиционное реле, имеющее и зону нечувствительности, игистерезисный допуск (рис. 2.12б).а)б)Рис. 2.12. Общий вид статической характеристики регуляторов:а) для регулирования потокосцепления; б) для регулирования момента АДРегулятор потокосцепления описывается следующими уравнениями [85]:С при X > b;− C при X ≤ b;при (dX/dt) > 0;С при X > ‒b;− C при X ≤ ‒b;при (dX/dt) < 0(2.18)63Релейный регулятор электромагнитного момента (1.12б) описывается следующими уравнениями в общем случае:С при X > (а+b);0 при − a ≤ X ≤ (a+b);при (dX/dt) > 0;− C при X < −a;(2.19)С при X > a;0 при − (a+b) ≤ X ≤ a;при (dX/dt) < 0− C при X < − (a+b);В (2.19) величина a может равняться нулю, а может отличаться от нуля.варианты блок-диаграмм регуляторов представлены в прил.