1. Расчет параметров системы управления

В основу синтеза системы векторного управления положена математическая модель асинхронного двигателя в системе координат , ориентированной по вектору потокосцепления ротора [19].

Функциональная схема системы управления представлена на рис. 8.1.

Рис. 8.1. Функциональная схема системы векторного управления приводом серии ЭПВ

Система управления реализована на микропроцессорном контроллере управления двигателем ADMC401

Уравнения электромагнитных процессов АД, записанные относительно токов статора и потокосцеплений ротора в синхронной ортогональной системе координат d q, ориентированной по вектору потокосцепления ротора, имеют следующий вид [14, 19]:

(8.1)

(8.2)

(8.3)

(8.4)

(8.5)

где — активные сопротивления фаз статора и ротора;

— индуктивности фаз статора, ротора, взаимная;

— коэффициент рассеяния; — постоянная времени роторной цепи; — проекции векторов напряжения и тока статора на оси d, q; — частота вращения вектора потокосцепления ротора;

— электрическая частота вращения ротора; — частота скольжения.

Информация о векторе потокосцепления ротора (его модуль – , угловое положение относительно фазы А статора – , и мгновенная частота вращения ) вычисляется в модели роторной цепи по следующим уравнениям:

Структурная схема модели роторной цепи изображена на рис. 8.2.

Рис. 8.2. Структурная схема модели роторной цепи

Преобразователь координат выполняет преобразование фазных токов статора АД из естественной трехфазной системы координат А, В, С в ортогональную синхронную систему координат d, q.

Алгоритм компенсации запаздывания формирует угловое положение вектора заданного напряжения с учетом углового запаздывания, вносимого системой управления.

Векторный модулятор преобразует напряжения статора, заданные в системе координат , в импульсы управления ключами инвертора напряжения на основе метода векторного формирования ШИМ/

Блок компенсации перекрестных связей формирует сигналы, компенсирующие влияние перекрестных связей (двух последних составляющих в уравнениях (8.1, 8.2)) на процессы в контурах регулирования составляющих вектора тока статора, в соответствии с выражениями:

где - коэффициент передачи преобразователя частоты (ПЧ) по амплитуде напряжения.

Регуляторы активной и реактивной составляющих тока статора обеспечивают желаемый характер процессов в обоих каналах регулирования.

1. Синтез регулятора активной составляющей тока

Синтез регулятора выполним при следующих допущениях:

1. Ориентация по выполнена идеально;

2. ( );

3. Влияние перекрестных связей скомпенсировано подачей соответствующих сигналов на выход регулятора;

4. Динамика преобразователя частоты (ПЧ) по каналу q приближенно описывается линейным звеном чистого запаздывания на период модуляции:

,

где — оператор дифференцирования;

5. Быстродействие контура тока и период дискретности расчета его управляющих воздействий соотносятся таким образом, что последующая дискретизация регулятора тока, синтезированного в непрерывном времени, существенным образом не влияет на качество переходных процессов.

Структурная схема контура тока по оси q представлена на рис. 8.4.

Рис. 8.3. Структурная схема контура тока по оси q

Пунктиром обозначены перекрестные связи и сигналы их компенсации.

— малая, некомпенсируемая постоянная времени контура тока, включающая и другие малые временные задержки и постоянные времени, входящие в замкнутый контур тока, в частности, постоянную времени фильтра датчика тока (принимаем );

— постоянная времени статорной цепи;

— коэффициент передачи датчика тока.

– коэффициенты передачи датчика тока и преобразователя. ( ).

Настройку контура тока произведем на стандартный переходный процесс, соответствующий фильтру Баттерворта 2-го порядка, быстродействие которого определяется малой некомпенсируемой постоянной времени . Передаточная функция такого фильтра имеет вид

или для разомкнутого контура

(8.6)

Передаточная функция разомкнутого контура тока имеет вид

(8.7)

Приравнивая (8.6) и (8.7), получим передаточную функцию регулятора тока

(8.8)

где , .

В соответствии с (8.8) рассчитаем параметры регулятора тока

Таким образом, получили ПИ-регулятор тока по оси q. Передаточная функция замкнутого контура тока примет вид

(8.9)

что соответствует стандартному переходному процессу с перерегулированием 4,3% и временем регулирования .

Дискретизация процессов в регуляторе выполняется на основе одного из методов приближенного интегрирования, например, методом трапеций.

Синтез регулятора тока по оси d выполняется аналогично. Структура и параметры регулятора тока по оси d полностью совпадают со структурой и параметрами регулятора по оси q. Различаться могут лишь ограничения их выходных сигналов.