2836.Труды IX Международной (XX Всероссийской) конференции по автоматизирова

Рассмотрено применение нечетких регуляторов в системах вентиляции и кондиционирования помещений. Приведены результаты моделирования системы вентиляции помещения типа «офис» в программе MatLab.

Considered using fuzzy regulators in system of the ventilations and air-conditionings of the premiseses. The Broughted results of modeling of the system to ventilations of the premises of the type “office” in program MatLab.

Ключевые слова: MatLab, нечеткий регулятор, вентиляция, качество воздуха.

Keywords: MatLab, fuzzy regulator, ventilation, quality of the air.

ВВЕДЕНИЕ

Всовременных системах вентиляции и кондиционирования воздуха актуально поддержание качества воздуха в соответствии с нормами СНИПов.

Вофисных помещениях с наличием работающего персонала, количество которого непрерывно меняется, регулирование качества воздуха особенно актуально. Наибольшее отрицательное влияние на человека в помещении типа «офис» оказывает повышенный уровень углекислого

газа (СО2). Необходимо принимать во внимание, что большое количество людей и работающей офисной техники являются дополнительным источником тепла, котороеможетсоздаватьдискомфортнарабочемместе.

Вразрабатываемой модели системы управления (СУ) кондиционированием помещения осуществляется регулирование одновременно двух параметров воздуха: температуры в помещении и качества воздуха. СУ обеспечивает поддержание этих параметров на заданном уровне, компенсируя возникающие возмущения.

I. ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ МОДЕЛИ

Самый распространенный способ регулирования качества воздуха – это изменение объема его подачи

всоответствии с изменением показания датчика (СО2)

вофисе. Также необходимо поддерживать определенный уровень воздухообмена в помещении для того, чтобы обеспечить компенсацию потерь тепла через поверхности здания в зимнее время или охлаждение офиса в летнее время года. В контуре СУ отвечающим за работу вентиляционного оборудования, задающим воздействие является UzV – напряжение, устанавливающее номинальный объем воздухообмена и обеспечивающее приемлемое качество воздуха в помещении, иными словами, содержания в нем СО2 в пределах санитарных норм.

Вразрабатываемой системе основным регулируемым параметром является температура помещения, которая устанавливается и поддерживается в соответствии с заданным значением – UzT на входе СУ. Регулирование температуры представляет собой процесс подогрева приточного воздуха в отопительный сезон и его охлаждение в летний период года. Компенсирование по возмущению температуры в помещении происходит в соответствии с датчиком температуры в поме-

щении (Dt). Возмущающие воздействия dtNAR – изменение температуры наружного воздуха, dt – повышенная температура, возникающая как от работающего оборудования, так и непосредственно работников в офисе.

Принимая во внимание, что учитывается несколько возмущающих воздействий, а также допуская изменение параметров помещения, неподдающихся непосредственному контролю или точному математическому

описанию, был сделан вывод о том, что применение классических систем управления электроприводами [3] не даст необходимого качества переходных процессов. Для достижения лучших характеристик системы управления было принято решение задействовать в качестве корректирующих звеньев регуляторы на основе нечеткой логики (НР), для построения астатической системы управления климатом в рабочем помещении. В системах регулирования наибольшее распространение получили НР с алгоритмами работы Мамдани и Сугено. В разрабатываемой структуре НР применяется принцип формирования правил по Сугено, так как его алгоритм позволяет получить более качественные переходные процессы, чем при использовании НР со структурой, разработанной Мамдани [2], и полностью ликвидировать статическую ошибку.

Модель системы вентиляции и кондиционирования помещения выполненная в программе MatLab, представлена на рис. 1.

Верхний контур модели регулирует температуру в соответствии с заданным значением (tZAD), а также обеспечивает компенсацию возмущений от перепада температуры наружного воздуха (dtNAR), увеличение температуры в помещении за счет присутствия работников и за счет нагрева рабочего оборудования (dt). Основной блок heater-cooler предназначен для нагрева воздуха путем электрического нагревателя или теплообменником, который подключен к системе ГВС. В случае повышения температуры наружного воздуха выше tZAD, включается кондиционер, обеспечивающий снижение температуры приточного воздуха. За отслеживание температуры притока отвечает датчик DtPR. Нижний контур модели является более быстродействующим, чем верхний контур, а также влияет на него тем, что изменяет температуру воздуха офиса в результате изменения объема его подачи. Как ранее указывалось, объем подаваемого воздуха

зависит от изменения концентрации углекислого газа

вофисе, блок dCO2, выделяемый людьми, при этом обеспечивается необходимый, номинальный, воздухообмен и

вотсутствие работников в соответствии с сигналом за-

дания блока VZAD.

Основные блоки, имеющиеся в модели:

Dк – датчик концентрации СО2 в помещении; РС – преобразователь частоты;

Heater-Cooler – блок нагрева и охлаждения воздуха в приточной системе;

AD-fan – асинхронный двигатель и вентилятор свернуты до апериодического звена первого порядка;

НР – нечеткий регулятор;

tZAD – задание температуры, которая должна поддерживаться в помещении;

СО2ZAD – установка задания допустимой концентрации углекислого газа;

Dt – датчик температуры в помещении, который может быть расположен как в центре помещения, так и у вытяжки;

Vpr – датчик расхода воздуха на выходе вентиляционного канала;

dtnar – возмущение в виде температуры наружного воздуха, представляет собой медленно меняющуюся величину во времени, по сравнению с другими возмущениями в системе, что слабо влияет на время переходных процессов;

dt – энергия, дополнительно поступающая внутрь помещения от работающих приборов и присутствующих людей.

Office + Transport Delay – звенья, характеризующие параметры помещения, где коэффициентом пропорциональности Кo является отношение теплопроводности помещения к расходу воздуха в нем, а постоянная времени To – отражает размеры помещения (чем больше офис, тем больше To).

Display – блок построения графиков, который позволяет отобразить переходные процессы;

Fuzzy Logic Controller1 – нечеткий регулятор (НР)

в прямом канале системы управления температурой по-

мещения; Fuzzy Logic Controller2 – (НР) в прямом канале системыуправлениякачествомвоздухавпомещении.

II. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ НЕЧЕТКОГО РЕГУЛЯТОРА

Для придания астатических свойств в классических системах управления в регуляторы вводят интегральную составляющую. В разрабатываемом НР по типу Сугено первого порядка возможна реализация закона ПИ-регулирования путем использования следующего выражения:

y = p*x1 + s*x2 + c,

где p и s – константы, которые устанавливаются экспертом для каждого выходного значения НР; x1 и x2 – значения параметров системы, которые являются входными для НР; с – свободная составляющая; y – выходное воздействие, сформированное НР. После добавления в модель правил работы регулятора, которые устанавливают соотношение между двумя входными и одним выходным параметром для НР, становится возможным реализация такого режима ПИ-регулирования, при котором пропорциональная и интегральная составляющие могут меняться в зависимости от входных значений НР и созданных экспертами правил. Таким образом, достигается переменный закон регулирования, повышающий качество системы управления.

В модели реализованы два однотипных НР, имеющие два входа и один выход. В контуре управления температурой офиса на первый вход НР подается ошибка регулирования по температуре, на второй вход– интеграл этой ошибки. В контуре управления качеством воздуха офиса на первый вход НР поступает сигнал ошибки регулирования по качеству воздуха, на второй вход – интеграл ошибки. Полученные, в виде функций принадлежностей ошибкирегулированиявобоих НР представленынарис. 2.

Названия термов входных переменных в НР расшифровываются следующим образом:

ОБ – отрицательная большая, ОС – отрицательная средняя, ОМ – отрицательная малая, ПМ – положительная малая, ПС – положительная средняя, ПБ – положительная большая.

Выходной сигнал НР формируется исходя из трех функций принадлежности (mf1, mf2, mf3). В программе МаtLab функции записываются в виде вектора состоящего из трех значений – mf = [p s c] согласно алгоритму вывода Сугено первого порядка (1).

ФункциипринадлежностидляНРтемпературыофиса: mf1 = [10 0 0], mf2 = [15 0.3 0], mf3 = [20 0.4 0].

Функции принадлежности для НР качества воздуха в офисе:

mf1 = [20 0 0], mf2 = [25 0.4 0], mf3 = [30 0.5 0].

Рис. 2. Функции принадлежности лингвистической переменной «ошибка»: а – для НР в канале регулирования температурой; б – для НР в канале регулирования качеством воздуха

Базы правил для двух регуляторов формируются одинаково и представляют собой следующие условия:

–если ошибка ОБ, то применяется mf1;

–если ошибка ОС, то применяется mf2;

–если ошибка ОМ, то применяется mf3;

–если ошибка ПМ, то применяется mf3;

–если ошибка ПС, то применяется mf2;

–если ошибка ПБ, то применяется mf1.

Таким образом, при больших значениях ошибки, как положительной, так и отрицательной, НР работает как пропорциональный регулятор функция mf1, однако при снижении ошибки большее значение начинает играть интегральная составляющая в НР, так как отрабатывают функции mf2 и mf3.

После выполнения симуляции модели в программе MatLab были получены графики зависимостей возмущающих и выходных воздействий от времени, которые представлены на рис. 3.

Рис. 3. Регулируемые параметры: график 1 – температура в помещении (T); график 2 – процентное содержание углекислого газа в воздухе (CO2). Возмущающие воздействия: график 3 – изменение температуры в помещении относительно нормы (dT) и график 4 – изменение качества состава воздуха в результате изменения количества людей и их активности на рабочем месте (dCO2)

При запуске системы кондиционирования предполагается, что в период времени, необходимый для установки в помещении заданных параметров температуры и качества воздуха, возмущающие воздействия отсутствуют.

На 15 секунде моделируется увеличение температуры помещения (например, за счет включения аппаратуры), нечеткий регулятор компенсирует возникшую ошибку до нуля, приводя температуру помещения к заданному значению. Далее на 20 секунде моделируется увеличение концентрации СО2 в офисе (например, появлением людей), аналогичный нечеткий регулятор уменьшает ошибку регулирования до нуля в канале подачи воздуха системы.

На полученных переходных процессах видно, что система управления, основанная на нечетких регуляторах, являетсяастатической.

ВЫВОДЫ

В результате применения НР в качестве основных регуляторов в модели возмущающие воздействия по температуре и по качеству воздуха были полностью компенсированы с допустимыми значениями времен переходных процессов.

В сочетании с современными, частотно-регулируе- мыми асинхронными двигателями [5] применение НР актуально в настоящий момент, так как позволяет получать более качественные переходные процессы, что экономит электроэнергию и снижает вероятность отказа оборудования.

Библиографический список

1.Онищенко Г.Б., Юньков М.Г. Проблемы и перспективы развития электропривода // Тр. VIII Междунар. (XIX Всероссийской) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Т. 1. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014. С. 5–9.

2.Клюшин А.Е. Разработка нечеткого регулятора для систем вентиляции с переменным расходом воздуха // Тр. VIII Междунар. (XIX Всероссийской) конф. по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Т. 1. Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2014.

С. 220–223.

3.Грехов В.П. Системы управления электроприводов. М., 2009, 100 с.

4.Грехов В.П., Куприков А.В., Клюшин А.Е. Применение регуляторов с нечеткой логикой в электроприводах промышленных систем теплоснабжения и кондиционирования // Энергосбережение и водоподготовка. 2014. № 5. С. 68–71.

5.Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением

(обзор зарубежных публикаций) // Электричество. 2014. № 8.

С. 56–61.

Рассматривается возможность коррекции динамических свойств электропривода с помощью положительной обратной связи по току статора. Показаны преимущества такой системы управления перед регуляторами с отрицательной обратной связью и векторным управлением. Применение рассматриваемого способа может найти широкое применение в промышленности, так как не требует значительной модернизации аппаратной части электропривода. В статье представлены также экспериментальные исследования отработки возмущающих моментных воздействий на синхронный двигатель. Проведено сравнение динамических режимов синхронного двигателя с постоянными магнитами при различных системах управления.

Possibilities of dynamic disturbance correction in electric drives based on induction motors and permanent magnet synchronous motors (PMSM) are offered in article. Advantages of positive feedback in induction motors are shown. Comparison of dynamic modes in PMSM and experimental investigation are performed.

Ключевые слова: частотно-регулируемый электропривод, динамика электропривода, синхронный двигатель с постояннымимагнитами.

Keywords: frequency-regulated electric drive, dynamics of the electric drive, positive feedback on stator current, permanent magnet synchronous motor.

ВВЕДЕНИЕ

Парирование ударных моментных возмущений – одна из наиболее сложных задач автоматизированных электроприводов. Электроприводы постоянного тока, замкнутые по скорости, не могут избежать существенных динамических провалов и сложных процессов восстановления скорости при набросе нагрузки. В приводах переменного тока, в которых скорость вращения определяется частотой питающего двигатель напряже-

ния, можно ожидать лучших результатов. Однако эксперименты с асинхронным электроприводом (АЭП) на базе преобразователя частоты (ПЧ) ATV71 показали невысокую динамическую эффективность векторного управления (рис. 1).

Это объясняется существенной инерционностью электромагнитных процессов в роторе, которую не может компенсировать форсирующее звено, включенное в алгоритм векторного управления в ПЧ. В электроприводе с ПИ-регулятором скорости двукратные изменения параметров регулятора не меняют процесс (рис. 2).

Рис. 1. Реакция на скачок нагрузки асинхронного двигателя при стандартных параметрах ПИ-регулятора

Рис. 2. Реакция на скачок нагрузки асинхронного двигателя при вариации параметров ПИ-регулятора в два раза

ω0

Δω

tпп

Рис. 3. Статическая просадка по скорости при IR-компенсации

Эксперименты показали, что даже простая положительная связь по току статора (IR-компенсация) обеспечивает меньшие динамические провалы, хотя и не может обеспечить полную статическую компенсацию (рис. 3). Действие этой связи ограничено устойчивостью привода, которая нарушается при усилении положительной связи. Анализ упрощенной системы АЭП с частотным управлением показывает, что введение в положительную обратную связь фильтров первого или второго порядка позволяет существенно повысить эффективность парирования ударных нагрузок.

Анализ существующих вариантов электроприводов переменного тока указывает, что электроприводы на базе синхронных двигателей и, в частности, синхронных двигателей с постоянными магнитами (СДПМ) имеют сравнительно лучшие динамические характеристики [3–6], что можно объяснить синхронным характером вращения ротора электрической машины относительно потокосцепления статора. Вдобавок к этому благодаря постоянным магнитам, установленным на роторе, не требуется обеспечивать дополнительное электромагнитное возбуждение [7, 8], и как следствие исключаются инерционности роторной цепи.

СДПМ используются в электроприводах с различными системами управления, такими как бесконтактный двигатель постоянного тока, частотное управление в режиме синхронного двигателя, векторное управление, прямое управление моментом. Однако динамические характеристики приведенных систем управления различны. Синхронный двигатель в качестве вентильного электропривода управляется напряжением постоянного тока, и большинство систем управления строится по принципам подчиненного регулирования, при этом преимущество СДПМ в виде синхронного вращения ротора с полям теряется. В системах скалярного управления ротор СДПМ вращается со скоростью, пропорциональной частоте питающего напряжения, и при возникающих возмущениях установившееся значение скорости остается неизменным, а динамические колебания также относительно малы. Однако скалярное управление вызывает ряд трудностей, среди которых возможный выход из синхронизма при значениях момента выше критического, колебательность и неустойчивость, проблемы с пуском [9, 10]. Векторное управление и прямое управление моментом [11, 12] позволяет наиболее полно использовать возможности СДПМ

идостигать высоких показателей энергоэффективности

ирегулирования. С другой стороны, при практической реализации электроприводов на базе СДПМ не всегда удается согласовать системы управления, встроенные

в общепромышленные преобразователи [13] с синхронными двигателями, производимыми для специальных установок и имеющих нестандартную конфигурацию (форма ЭДС, явнополюсность ротора и т.д.). Кроме того, преобразователи частоты с приложениями для синхронных двигателей чаще имеют более высокую стоимость, чем без таковых.

Проведенные исследования, показывают реальные возможности электроприводов на базе СДПМ, а также содержат элементы обновленного подхода к наладке электроприводов.

I. КОРРЕКЦИЯ ДИНАМИКИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

А. Анализ упрощенной структурной схемы

В структурной схеме АЭП можно выделить главные для оценки устойчивости звенья (рис. 4) – формирователь механического момента и механическую инерционность (W1); звено, формирующее механический момент (W2); звено, формирующее противоЭДС при постоянной частоте питающего напряжения (ЭДС пропорционально скорости вращения); динамическое звено в цепи положительной обратной связи по току статора (Wx). Для удобства оценки устойчивости схема преобразуется к виду, представленному на рис. 5, где W1,2 – передаточная функция ЭП с выходом по току статора.

Рис. 4. Упрощенная структурная схема электропривода

Рис. 5. Преобразования упрощенной схемы электропривода

Тогда условие устойчивости по критерию Найквиста будет выглядеть следующим образом:

Если звено W1,2 имеет достаточный запас устойчивости ( φ1,2 ≥ −90° ), то в ПОС достаточно поставить

фильтр 1-го порядка, если W1,2 является колебательным звеном ( −90° ≥ φ1,2 ≥ −180° ), то для выполнения усло-

вия (1) необходимо, чтобы Wx было фильтром 2-го порядка. Главное, что следует отметить – динамическое

звено в положительно обратной связи должно иметь такую же фазовую частотную характеристику, что и контур W1,2, т.е. отрицательный фазовый сдвиг в зоне частоты среза, чтобы не нарушать или улучшать устойчивость привода.

В. Экспериментальные исследования асинхронного двигателя

Позитивное влияние положительной обратной связи

сфильтром было подтверждено моделированием и экспериментальными исследованиями как с дополнительными аналоговыми устройствами, так и с программируемым логическим контроллером.

Экспериментальные исследования электропривода

сПЧ ATV71 показали, что предлагаемая коррекция обеспечивает парирование статической и динамической активных нагрузок с ошибкой в 1,5 раза меньше, чем предельная стандартная компенсация. Привод, работающий на частоте 30 Гц, испытывал одинаковые статические нагрузки. При этом ошибка привода со стандартной коррекцией составила 20 %, время процесса 300 мс (см. рис. 3), в приводе с положительной обрат-

ной связью по току статора ошибка – 12 %, время – 200 мс (рис. 6). Динамическая ошибка получена как реакция на возмущающий момент частотой 1,5 Гц со стандартной коррекцией – 3 % (рис. 7), с положительной обратной связью по току статора – 1 % (рис. 8).

Δω

ω0

tпп

Рис. 6. Реакция электропривода с обратной связью на статическую нагрузку

А

ω0

Рис. 7. Реакция электропривода без обратной связи на динамическую нагрузку

А

ω0

Рис. 8. Реакция электропривода с обратной связью на динамическую нагрузку

Приведенные результаты показывают принципиальную возможность и перспективу коррекции динамики систем автоматического управления с положительной обратной связью, в том числе и исходных колебательных структур. При этом реализовать такую связь значительно проще, чем провести декомпозицию контуров отрицательными обратными связями.

II. ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Еще лучшей эффективности можно добиться в электроприводе с трехфазной статорной обмоткой и постоянными магнитами в роторе. При управлении от преобразователя частоты удалось получить значительно лучшие результаты, как при скалярном, так и при векторном управлении.

Режимы динамических нагрузок в электроприводе с СДПМ исследовался на стенде состоящего из специального электронного коммутатора, преобразователя частоты Schneider Electric Altivar ATV71 и специально-

го синхронного двигателя с постоянными магнитами (таблица) произведенного НПО «Электромашина» г. Челябинск. Динамические режимы создавались путем ступенчатого наброса нагрузки. Исследовались три режима управления СДПМ: работа в режиме бесконтактного двигателя постоянного тока (управление от позиционного коммутатора), управление от преобразователя частоты при скалярном управлении и управление от преобразователя частоты при векторном управлении.

Управление от специального электронного коммутатора, который обеспечивает работу двигателя в режиме «вентильного привода». Показывает удовлетворяющие результаты лишь при настройке электропривода на частоту вращения, близкую к номинальной, но при отклонениях от задания частоты более чем на 20 % качество управления ухудшается. Режим сброса нагрузки представлен на рис. 9. Видно, что при резком изменении нагрузки возникают колебания скорости. Динамическая просадка по скорости при набросе нагрузки от 0 до 75 Нм достигает 350 об/мин, что составляет 35 % от задания.

Работа СДПМ в режимах частотного управления исследовалась совместно с преобразователем частоты ATV71 при скалярном и векторном режимах. Стоит отметить, что указанный преобразователь имеет специальное приложение для синхронных двигателей, которое оказалось неработоспособно с исследуемым двигателем. Скачок момента при исследовании режимов работы СДПМ при частотном управлении составлял 25 Нм. При скалярном управлении (рис. 10) задание по скорости составляло 900 об/мин, а скачок момента вызывал незначительную динамическую ошибку, равную 17 об/мин, что соответственно равно 1,8 %. При векторном управлении (рис. 11) задание по скорости было таким же (900 об/мин), но динамической ошибки по скорости практически не наблюдалось.

Параметры исследуемого СДПМ

Рис. 9. Реакция на скачок нагрузки в бесконтактном двигателе с постоянными магнитами

Различия реакций на скачок нагрузки при разных системах управления объясняются разными методами формирования электромагнитного момента в двигателе. В случае со скалярным управлением момент определяется так называемым углом нагрузки, при этом программное регулирование момента практически отсутствует. В случае с векторным управлением происходит независимое управление проекциями токов ортогональной системы координат (Id и Iq) в замкнутом контуре, которое и обеспечивает более высокие показатели быстродействия.

ВЫВОДЫ

Необходимо отметить, что введение динамических звеньев в виде фильтров первого и второго порядка в корректирующие звенья существенно отличается от коррекции в системах с отрицательной обратной связью, в которых всегда требуется максимальное быстродействие обратных связей. Фильтры в корректирующих структурах повышают порядок дифференциальных уравнений, описывающих электроприводы, чего также рекомендуется избегать. Однако, как показывают исследования, усложнение структурных решений приводит к существенному повышению эффективности электропривода и, что достаточно важно, не связано с большими материальными затратами, так как создание контура с динамической положительной связью осуществляется значительно проще многоконтурной декомпозиции и линеаризации нелинейного объекта управления, а также значительно менее чувствительной к изменениям параметров электропривода.

Среди рассмотренных систем управления СДПМ наибольшим быстродействием отличаются системы с векторным управлением, что обусловлено формированием момента за счет составляющих тока статора с обратными связями, а также отсутствием инерционностей в роторной цепи. Трудности согласования СДПМ с преобразователями частоты со специальными приложениями можно обойти, применяя в ПЧ приложение для асинхронного двигателя вскалярномрежиме.

Рис. 10. Реакция СДПМ на скачок нагрузки при скалярном управлении

Рис. 11. Реакция СДПМ на скачок нагрузки при векторном управлении

Библиографический список

1.Кодкин В.Л., Немков В.Л., Аникин А.С. Особенности частотного управления асинхронным электроприводом с преобразователем частоты и напряжения фирмы «Schneider Electric» ATV7 // Наука ЮУрГУ: материалы 62-й науч. конф. Секции технических наук. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. Т. 3. С. 103–107.

2.Кодкин В.Л., Аникин А.С., Мальчер М.А. Проблемы внедрения частотного регулирования в горно-добывающей отрасли // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2012. Вып. 18. № 37 (296). С. 67–71.

3.Шевченко А.Ф., Абдель Максуд Селим С.А. Векторное управление током статора синхронного двигателя с постоянными магнитами привода погружного насоса // Научный вестник НГТУ. 2011. № 2 (43). С. 162–174.

4.Кодкин В.Л., Шмарин Я.А. Особенности частотного управления вентильным двигателем с постоянными магнитами. Энергетика: эффективность, надежность, безопасность: материалы XX Всерос. науч.-техн. конф. Томск: Изд-во Том. политехн. ун-та, 2014. Т. I. 373 с.

5.Shmarin Y., Kodkin V. The Results of Experimental Investigation of PMSM // Proceedings of the VIII International scientific conference.

Part I. Natural and Technical Science. North Charleston, SC, USA: CreateSpace, 2015. 157 p.

6.Permanent-Magnet Motors for Energy Savings in Industrial Applications / M.J. Melfi, D. Rogers, S. Evon, B. Martin // IEEE Transactions on Industrial Applications. Sep 2008. Vol. 44. No. 5.

7.Morawiec M. The Adaptive Backstepping Control of Permanent Magnet Synchronous Machine Supplied by Current Source Inverter // IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2013. Vol. 9. No. 2.

8.Ohm D.Y. Dynamic Model of PM Synchronous Motors // Drivetech, Inc. Virginia, 1997.

9.КоршуновА. Равноускоренныйчастотныйпусксинхронногодвигателяс постояннымимагнитаминароторе// Силоваяэлектроника. 2007. №1.

10.Коршунов А. Условия статической устойчивости синхронного двигателя с постоянными магнитами // Силовая электроника. Компоненты и технологии. 2008. № 10.

11.Input Power Factor Compensation for High-Power CSC Fed PMSM Drive Using d-Axis Stator Current Control / E. Al-nabi, B. Wu, N, R, Zargari, V. Sood // IEEE Transactions on Industrial Electronics. Feb. 2012. Vol. 59. No. 2.

12.Ozcira S., Bekiroglu N. Direct Torque Control of Permanent Magnet Synchronous Motors // Torque Control. 2011. Vol. 10.

13.Schneider-Electric. Manual of Altivar 71, Schneider Electric. Frequency converters for asynchronous and synchronous electric machine. Availeble: www.schneider-electric.com.

Рассмотрены методы синтеза систем управления с организацией нескольких темпов движения процессов для электропривода постоянного тока. Данные методы основаны на принципах глубокой обратной связи и разделения движения, которые обеспечивают желаемые статические и динамические свойства системы.

The paper considered methods of synthesis of control systems with the organization of several rates of motion processes for DC electric drive. These methods are based on the principles of profound feedback and motion separation, which provide the desired static and dynamic properties of the system.

Ключевые слова: электропривод постоянного тока, разнотемповые движения, астатическая система управления, глубокие обратные связи, дифференцирующий фильтр.

Keywords: DC electric drive, multirate motion, astatic control system, profound feedbacks, differentiating filter.

ВВЕДЕНИЕ

Основной проблемой построения систем управления квазистационарными объектами является неполнота априорной информации, а также влияние внешних неконтролируемых возмущающих воздействий и возможные изменения параметров объекта управления (ОУ). Еще одной проблемой является невозможность прямого измерения некоторых координат состояния ОУ в силу большой стоимости датчиков или если координата состояния представляет собой абстрактную величину.

Управляемые электроприводы (ЭП) широко используются во многих механизмах, где предъявляются повышенные требования к соблюдению тех или иных качеств их функционирования. Разнообразие и противоречивость этих требований обусловливают то, что процесс синтеза не является однозначным и часто реализуется с применением различных методов.

Рассматриваемые методики позволяют структурно и параметрически синтезировать систему управления, которая будет работать в условиях неполного измерения возмущений и текущем состоянии ОУ, а также обеспечивать желаемые показатели качества и статическую точность.

При разработке высококачественных систем управления электроприводами как постоянного, так и переменного тока оперируют параметрами схемы замещения машины, которые имеют значительный технологический разброс и, более того, изменяются в процессе функционирования ЭП в довольно широких диапазонах, что не позволяет постоянно пользоваться их номинальными значениями, приведенными в справочной литературе. Поэтому возникает необходимость в применении принципа локализации собственных свойств ОУ и влияния внешних сигнальных возмущений, посредством заведения «глубоких» обратных связей. Тем самым в синтезируемых системах управления организуется несколько подсистем управления с разнотемповыми движениями процессов – быстрых и медленных движений.

Подсистема быстрых движений благодаря заведению глубоких обратных связей по производным выхода, вплоть до старшей производной, или их оценкам подавляет собственные свойства ОУ, сигнальные и параметрические возмущения. Также процессы регулирования в подсистеме протекают намного быстрее основных процессов в ОУ по выходным переменным.

Подсистема медленных движений формируется на основе уравнения желаемых движений (УЖД), исходя из предъявленных требований к ОУ. Уравнение представляет собой дифференциальное уравнение, порядок которого зависит от применяемого метода синтеза.