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

образователя 10, с выхода которого массив матриц межнейронных связей загружается в нормированном виде в микропроцессорный перепрограммируемый модуль 11, структурно и параметрически копирующий микропроцессорный перепрограммируемый модуль 3, установленный непосредственно на объекте контроля. По окончании процедуры параметрического синтеза идентификационной модели и трансплицкации (передачи и записи) ее образа в структуру ее диспетчерской копии, потребитель получает возможность без задействования измерительных каналов, подав на вход модели значения предполагаемых факторов внешней среды и/или характеристик объекта, наблюдать на выходе реакции его ТС, по которым осуществлять заключения об их соответствии или несоответствии требованиям нормативно-технической документации, т.е. контролировать правильность функционирования многопараметрического объекта.

Отличие предлагаемой системы дистанционного диагностирования многопараметрических объектов от аналогов заключается в том, что с объекта диагностирования передаются не параметры ТС, факторов внешней среды и условий применения, которые затем используются для синтеза на диспетчерском пункте модели ТС управляемого объекта, а коэффициенты уже параметрически синтезированной в процессе применения объекта модели. Используемая модель – модель искусственной многослойной НС прямого распространения, обучаемой по стандартному дельта-правилу в рамках метода обратного распространения ошибки, когда решение в виде сочетаний весов матриц межнейронных связей ищется случайно и при удаче принимается, а при неудаче отвергается с тем, чтобы немедленно снова обратиться к случайному выбору как источнику возможностей. Такая случайная основа поиска решений опирается на уверенность, что именно случайность содержит в себе все возможности, в том числе и наилучшее решение.

Так как модель нейросетевая, то в качестве передаваемой полезной информации в полезной модели используются веса wj межнейронных связей.

Общая форма алгоритмов случайного поиска в задаче параметрического синтеза идентификационной мо-

где wj (k) – случайная корректирующая добавка, оп-

ределяющая направление смещения вектора весов wj межэлементных связей на каждой k-й итерации их уточнения.

В качестве простейшей из таких процедур может использоваться метод случайной оптимизации, состоящий в том, что к текущему вектору весов wj межэлементных связей добавляется случайный вектор ζ(k) ,

после чего вычисляется значение целевой функции

Ej (wj (k) + ζ(k)) и в случае Ej (wj (k) + ζ(k)) ≥ Ej (wj (k))

коррекция не происходит: wj (k + 1) = wj (k) и генерируется новый случайный вектор ζ(k) . В противном случае

Ej (wj (k) + ζ(k)) < Ej (wj (k)) – wj (k + 1) = wj (k) + ζ(k).

Случайный поиск весовых коэффициентов определяется по выражению

wj (k) + ηζ(k), если Ej (k + 1) =

wj (k + 1) = = Ej (wj (k) + ζ(k)) < Ej (wj (k)) = Ej (k), (2)

wj (k) в противном случае,

где ζ(k) = (ζ0(k),ζ1(k),...,ζn(k))T – случайный равномерно распределенный вектор такой, что −1 ≤ ζi(k) ≤ 1, где

η– шаг поиска.

Всущественно нелинейной поверхности решений в пространстве измерений состояний объекта диагностирования часто нецелесообразно повторять удачные шаги, поскольку характер целевой функции существенно меняется на каждом шаге. При этом можно использовать локальную нелинейную тактику, т.е. предпринимать последовательно независимые попытки по уменьшению критерия качества идентификации и исправлять ошибки, если они возникают. Если при этом воспользоваться случайными шагами-пробами, то получим алгоритмы с поощре-

нием случайностью, в которых элемент случайности ζ(k) вводится как положительная реакция R+ (k ) , а отрица-

ленное на преодоление полученного отрицательного эффекта R− (k )( E j (k −1) ≥ 0), после чего снова следует случайный шаг ζ(k + 1) .

ВЫВОДЫ

Предлагаемая структура системы контроля правильности функционирования многопараметрических объектов позволяет компенсировать недостатки, свойственные распределенным системам диагностирования, где синтез идентификационных моделей решается после получения больших объемов измерительной информации отдельно от процедуры измерений. При этом

– не требуется обеспечивать непрерывность контроля правильности функционирования высокодинамичных ЭМС и необходимость непрерывного съема теле-

метрической информации, по данным которой решается задача контроля и идентификации объекта, что является ресурсосбережением в смысле вычислений и времени решения задачи;

– при большом количестве параметров, частоте их измерений и ограничениях каналов связи по пропускной способности не загружается канал связи и не теряется наблюдаемость ТС многопараметрического объекта.

Предлагаемая система контроля правильности функционирования может быть выполнена на базе современных вычислительных устройств и представляет собой аппаратно-программный комплекс, поэтому обладает максимальной надежностью в работе, что особенно важно при диагностировании таких объектов, как

ЭМС. В настоящее время уровень технологии позволяет использовать в качестве полезной модели микропроцессора, ориентированного на выполнение операций по эмуляции различных архитектур нейронных сетей, цифровые нейропроцессоры. Одним из важнейших критериев универсальности является его способность обрабатывать входные данные различной разрядности. При его применении пользователь может программно задавать следующие параметры НС: число слоев, число нейронов и нейронных входов в каждом слое, разрядность данных на каждом нейронном входе, разрядность каждого весового коэффициента, разрядность выходного значения каждого нейрона, параметр функции насыщения для каждого нейрона.

Engineering Research Center «Automated Systems and Complexes» ltd., Yekaterinburg, Russian Federation

Рассмотрена задача ограничения токов в двухзонных системах скалярного частотного управления асинхронными электроприводами. На основе системного подхода определен перечень дополнительных элементов для структуры скалярного управления, обеспечивающих астатическое ограничение тока статора электродвигателя. Рассмотрены характеристики этих элементов и условия их встраивания в структуру системы управления. Приведены результаты математического моделирования динамики электропривода, показывающие возможность высококачественного астатического ограничения тока в системе скалярного управления при реакциях на управляющие и возмущающие воздействия.

A problem of current limiting in double range frequency control systems of induction motor drives is considered in the article. Enumeration of additional elements for scalar control system is defined on basis of systems approach. It provides astatic current limiting of a motor. Specifications and incorporation conditions into control system structure of these elements are considered. Mathematical simulation results of electric drive dynamic are given. It shows fine astatic current limiting in scalar system control when both control and disturbance response.

Ключевые слова: асинхронный электропривод, частотное управление, ограничение тока.

Keywords: induction motor drive, variable-frequency control, current limiting.

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность систем токоограничения играет важную роль в обеспечении надежности электроприводов, парировании недопустимых нагрузок и обеспече-

Ural Federal University named after the first President of Russia B.N.Yeltsin, Ekaterinburg, Russian Federation

нии прогнозируемых показателей их статических и динамических режимов в реализации технологических процессов. В системах электроприводов переменного тока задача токоограничения заключается в ограничении на допустимых уровнях токов, периодически изменяющихся во времени как в переходных, так и в установившихся режимах. Сложность и эффективность решения этой задачи существенно зависит от базового принципа регулирования и управления переменными состояния – векторного либо скалярного, положенного

воснову построения системы электропривода [1, 2].

Вструктурах векторного частотного управления, обладающих наибольшими возможностями контроля и управления электромагнитным состоянием двигателя, имеются локальные системы автоматического регулирования токов двигателя. Их наличие и использование при их построении принципов преобразования координат создают благоприятные условия высококачественного астатического регулирования и ограничения токов двигателей. В структурах скалярного управления, не имеющих данных локальных САР и обладающих меньшими возможностями контроля и управления, задача эффективного ограничения тока приобретает более сложный, по существу, системный характер. Для достижения желаемых результатов здесь объективно требуется введение в структуру дополнительных элементов, в том числе из атрибутов векторного управления. Анализ возможных вариантов решения этой системной задачи в скалярных системах частотного управления приводит к выводу о целесообразно-

сти использования известного принципа отсечки, сыгравшего важную позитивную роль на предшествующих этапах развития электроприводов постоянного и переменного тока. Статья посвящена рассмотрению данных вопросов применительно к задаче ограничения тока в двухзонных системах скалярного частотного управления электроприводами переменного тока с ШИМ.

I.ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМЕ ОГРАНИЧЕНИЯ ТОКА

Вобщем случае для формирования рабочих режимов частотно-регулируемых электроприводов система ограничения токов должна обеспечить:

♦частотный пуск, торможение и реверсирование электропривода с поддержанием пускового и тормозного токов на предельно допустимых уровнях исходя из допустимой перегрузочной способности силового преобразователя частоты и двигателя;

♦астатическое регулирование токов в режимах токоограничения;

♦эффективное ограничение токов при реакциях электропривода на управляющие и возмущающие воздействия, включая полную остановку двигателя при значительном увеличении момента нагрузки на валу;

♦коррекцию внешних задающих воздействий в соответствии с фактическим состоянием электромеханической системы.

Для удовлетворения данных требований в скалярной системе целесообразно предусмотреть:

1)Устройство формирования специфического скалярного сигнала обратной связи, отражающего фактические значения ограничиваемых токов и направление потока электромеханического преобразования энергии, осуществляемого электродвигателем.

2)Устройство астатического регулирования в режимах ограничения токов, периодически изменяющихся во времени.

3)Устройство коррекции режимов управления, обеспечивающее астатическое регулирование токов при полном и ослабленном магнитном поле двигателя.

4)Устройство коррекции внешних задающих воздействий в соответствии с возможностями и фактическим состоянием электромеханической системы.

На рис. 1 приведена функциональная схема двухзонной системы скалярного частотного управления асинхронным электроприводом, снабженная перечисленными выше устройствами. Рассмотрим особенности построения такой системы.

В силовой части электропривода используется трехфазный короткозамкнутый асинхронный электродвигатель М, подключенный к инверторному полупроводниковому преобразователю частоты с ШИМ. Автономный инвертор напряжения АИН снабжен блоком управления УАИ, реализующим режим синусоидальной широтно-импульсной модуляции выходного напряжения инвертора. Для повышения точности отработки управляющих воздействий в условиях колебаний входного напряжения инвертора, изменений тока нагрузки и влияния «мертвого времени» в блок УАИ вво-

Рис. 1. Функциональная схема скалярной системы управления с быстродействующей системой ограничения тока

дится информация о величинах напряжения в звене постоянного тока Ud и фазных токов статора IsF .

Управляемыми переменными скалярной системы являются амплитуда Us и частота ωs основной гармоники напряжения питания двигателя. Для формирования заданий по этим переменным на уровне фазных величин в данном случае используются элементы векторного управления – генератор гармонических координатных функций ГКФ и преобразователь координат ПКН

вектора напряжений статора Us , заданного во вра-

щающейся системе координат.

Закон частотного управления в скалярных структурах задается в виде определенного взаимного соответствия амплитуды и частоты напряжения статора. Это соответствие обеспечивается формирователем закона управления ФЗУ путем определения заданных значений

Us и ωs как скалярных функций генерального задаю-

щего воздействия G. Закон частотного управления в рассматриваемой системе предусматривает двухзонное регулирование скорости с ослаблением магнитного поля. Для определения допустимого значения напряжения статора в зоне регулирования скорости ослаблением магнитного поля в ФЗУ вводится информация о текущем значении Ud. Для повышения плавности переходных процессов предусмотрен задатчик интенсивности ЗИ в канале формирования генерального воздействия G, что ограничивает максимально допустимый темп его изменения во времени на уровне Amax.

Помимо названных выше элементов скалярной системы, в структуру управления вводятся дополнительные элементы, предназначенные для ограничения тока.

II. ФОРМИРОВАНИЕ СИГНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ ПО ТОКУ

Трехфазный двигатель переменного тока потребляет от источника питания ток, каждый из фазных компонент которого подлежит контролю и ограничению. По-

этому в качестве сигнала обратной связи в системе ограничения токов статора целесообразно использовать специфический скалярный сигнал, содержащий обобщенную информацию о системе фазных токов. Как известно из теории электрических машин, такую информацию содержит модуль изображающего вектора токов статора [3]. Фазные токи статора определяются соотношением величин напряжений источника питания и противо-ЭДС двигателя. В связи с этим важно отметить, что направление должной реакции системы ограничения тока зависит от режима работы двигателя –

двигательного либо тормозного. В частности, для ог-

раничения (уменьшения) тока в двигательном режиме необходимо по сигналу регулятора отсечки снижать напряжение источника питания, в то время как при работе двигателя в режиме генераторного торможения – увеличивать напряжение источника. Поэтому для замкнутой системы регулирования тока необходим специфический сигнал обратной связи, содержащий информацию и о величине модуля изображающего вектора фазных токов, и о режиме работы двигателя. В рассматриваемой системе такой сигнал обратной связи по току формируется блоком ФОСТ в соответствии с выражением

Знак сигнала обратной связи отражает направление электромагнитного момента, а абсолютное значение – величину модуля изображающего вектора, предопределяющего амплитудные значения фазных токов статора.

III.АСТАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКА

Втрадиционной схеме отсечки с нелинейным элементом в цепи обратной связи по току контур регулирования тока замыкается лишь в случае превышения сигналом обратной связи определенного порогового

значения (уставки отсечки) Is.max. Это обстоятельство не позволяет вводить в закон регулирования интегральную составляющую для обеспечения астатизма САР тока в режиме отсечки. В рассматриваемой системе для повышения точности регулирования в контур тока введено логическое переключающее устройство с элементом памяти (ЛПУ). Функциональное назначение ЛПУ состоит в замыкании либо размыкании контура регулирования тока в зависимости от ряда факторов.

Схема устройства приведена на рис. 2. На входы

ЛПУ поступают сигналы обратной связи Iотс и заданного ограничения (отсечки) по току Is.max. Рассогласование между ними либо передается на выход, либо блокируется в зависимости от состояния ЛПУ.

Выходной сигнал Is поступает на вход пропорцио- нально-интегрального регулятора тока отсечки РТО. Как и втрадиционнойсхеме отсечки, контуртока с ЛПУ

Рис. 2. Схема логического переключающего устройства с элементом памяти

замыкается по условию превышения сигналом обратной связи значения уставки отсечки Is.max. Однако после этого замкнутое состояние контура поддерживается

с помощью ЛПУ производится по другому условию, в данном случае по факту достижения нулевого рассогласования между заданным и фактическим значениями G. Разомкнутое состояние контура отсечки также поддерживается элементом памяти ЛПУ вплоть до следующего замыкания контура.

Исключение нелинейности из контура позволяет вводить в закон регулирования тока вместе с пропорциональной и интегральную составляющую. В результате обеспечивается астатическое регулирование тока.

IV. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТОКА ОТСЕЧКИ И ФОРМИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЛЬНОГО ЗАДАЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Регулятор тока отсечки представляет собой последовательное корректирующее устройство, синтез которого произведен на основе анализа структурной схемы двигателя как объекта регулирования тока [3]. Регулятор встраивается в схему формирования генерального задающего воздействия, приведенную на рис. 3. Как видно, функция интегратора ПИ-регулятора тока отсечки реализуется с использованием интегрирующего элемента в канале формирования генерального задающего воздействия G скалярной САР. На входе регулятора тока отсечки включен апериодический фильтр с передаточной функцией

Ф(p) = (Tμ p +1)−1 ,

где Tμ – малая некомпенсируемая постоянная времени фильтра, ограничивающего полосу пропускания контура регулирования тока в режиме отсечки.

Параметры ПИ-регулятора тока KРТ.П и KРТ.И определяются по условию настройки контура на технический оптимум.

Рис. 3. Формирование генерального задающего воздействия

вскалярной САР

Втех режимах, когда ЛПУ блокирует подачу сигнала рассогласования на вход регулятора, формирование генерального задающего воздействия G осуществляется по классической схеме задатчика интенсивности первого порядка [4] c ограничением темпа на максимально допустимом уровне Аmax.

V.ФОРМИРОВАНИЕ ЗАКОНА ЧАСТОТНОГО

УПРАВЛЕНИЯ В СКАЛЯРНОЙ САР

В скалярных системах закон частотного управления реализуется в виде определенной зависимости между амплитудой и частотой напряжения, подводимого к электродпигателю. На рис. 4 приведена структурная схема блока формирования, дополненная элементами коррекции закона управления электродвигателем в режиме ослабления магнитного поля.

Задание по частоте ωs однозначно определяется величиной генерального воздействия G. Задание по амплитуде Us формируется с учетом выражения

на пропорционального частотного управления для поддержания перегрузочной способности двигателя в области малых частот [5];

usy = Kφ ωs – описывает пропорциональный закон задания амплитуды и частоты напряжения статора

Рис. 4. Структурная схема формирователя закона частотного управления в системе с отсечкой по току

в мультипликативной форме с использованием переменного коэффициента Kφ. Для его вычисления предварительно определяется максимально допустимое значение модуля вектора напряжения статора Us.доп с учетом текущего значения входного напряжения инвертора Ud:

Us.max = KзапKсхUd ,

где Kзап < 1 – коэффициент запаса; Kсх – коэффициент

передачи АИН по напряжению при максимально допустимом индексе синусоидальной ШИМ (для трехфазной мостовой схемы АИН и предмодуляции задания сигна-

с ограничением напряжения в зоне ослабления поля описывается следующим образом:

где ku/f – коэффициент, определяющий соотношение амплитуды и частоты напряжения в первой (нижней) зоне частотного регулирования скорости.

Для двухзонной системы с ослаблением поля справедливо следующее выражение переменного коэффициента, предопределяющего соотношение амплитуды и частоты напряжения статора:

Kφ1 = UG .

Полученное выражение используется для вычисления коэффициента Kφ, определяющего соотношение амплитуды и частоты напряжения статора при двухзонном регулировании скорости. Результаты моделирования показали необходимость разделения быстрых и медленных составляющих процессов регулирования в зоне ослабления поля. С этой целью (см. рис. 4) в канал формирования Kφ вводится фильтр нижних частот Ф, ограничивающий полосу пропускания медленных составляющих процесса.

VI. ПРОЦЕССЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ В СКАЛЯРНОЙ САР С ОТСЕЧКОЙ ПО ТОКУ

Полученные методом математического моделирования процессы регулирования в скалярной САР с отсечкой по току, приведены на рис. 5 и 6. Использованы параметры асинхронного двигателя мощностью 320 кВт. Результаты представлены в относительных единицах в базисе значений переменных состояния в номинальном режиме [6].

Рис. 5 характеризует реакцию электропривода на импульс внешнего управляющего воздействия V(t). Условия эксперимента следующие. На первоначальном интервале времени t = 0…0,5 с формируется реакция на включение составляющей usx при нулевой частоте, что обеспечивает предварительноенамагничиваниедвигателя.

Рис. 5. Реакция электропривода на импульс управляющего воздействия

В момент времени t = 0,5 с на управляющий вход системы подается импульс внешнего воздействия V(t), что вызывает разгон двигателя при постоянной нагрузке на валу (mc = 0,5) и далее работу во второй зоне регулирования скорости при частоте, превышающей номинальное значение на 90 %. Как видно, в первой и во второй зонах скоростей система токоограничения поддерживает ток статора на заданном уровне отсечки (Is = Is.max). В первой зоне скоростей обеспечивается пропорциональное увеличение частоты и амплитуды напряжения статора. Во второй зоне увеличение напряжения прекращается, что вызывает постепенное уменьшение электромагнитного момента. Прекращение импульса V(t) при t = 3,5 с инициирует процесс рекуперативного частотного торможения с ограничением тока статора на прежнем заданном уровне отсечки Is.max. Энергия торможения утилизируется в схеме выпрямителя.

Рис. 6 иллюстрирует особенности процессов, вызванных изменениями нагрузки на валу двигателя.

После предварительного намагничивания и разгона на холостом ходу (mc = 0,1) на интервале времени t = 2,0…2,7 с формируется реакция электропривода на увеличение нагрузки на валу до значения mc = 0,75, не вызывающего срабатывания отсечки по току. Далее происходит значительное увеличение реактивной нагрузки (mc = 3), вызывающее срабатывание отсечки по току и полную остановку двигателя при прежнем зна-

Рис. 6. Процессы регулирования в скалярной САР с отсечкой по току при изменениях управляющего и возмущающего воздействий

чении внешнего управляющего воздействия V(t). Как видно, и в этой ситуации ток статора ограничивается на заданном уровне отсечки Is.max. Затем внешнее управляющее воздействие снимается.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Эффективность изложенных выше принципов ограничения тока получила экспериментальное подтверждение на физических макетах и в испытаниях опытных образцах электроприводов с микропроцессорным управлением.

Библиографический список

1.Осипов О.И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод: учеб. пособие по курсу «Типовые решения и техника современного электропривода». М.: Изд-во МЭИ, 2004. 80 с.

2.Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. М.: Академия, 2006. 272 с.

3.Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2000. 654 с.

4.Шрейнер Р.Т. Системы подчиненного регулирования электроприводов. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2008. 279 с.

5.Сандлер А.С., Сарбатов Р.С. Частотное управление асинхронными двигателями. М.: Энергия, 1966. 144 с.

6.Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления / Р.Т. Шрейнер, А.В. Костылев, В.К. Кривовяз, С.И. Шилин. Екатеринбург: Изд-во Рос. гос. проф.-пед ун-та, 2008. 361 с.

Описаны способы реализации бездатчикового векторного управления синхронным двигателем на типовых силовых иуправляющихблокахпроизводстваООО«ГАМЕМ».

This article describes implementation of sensorless vector control of a synchronous motor using typical power and control units produced by company “GAMEM”.

Ключевые слова: синхронный двигатель, бездатчиковое векторное управление.

Keywords: synchronous motor, sensorless vector control.

ВВЕДЕНИЕ

ООО «ГАМЕМ» более двадцати лет производит продукцию, успешно конкурирующую не только с отечественными, но и со многими зарубежными разработками на рынке силовой преобразовательной техники.

Результатом многолетней работы является серия унифицированных узлов, на базе которых наша организация способна в короткие сроки решать практически любые задачи в области электропривода и силовых преобразователей.

Набор унифицированных силовых блоков включает следующие элементы:

♦управляемые, полууправляемые и неуправляемые выпрямители на различные токи и напряжения, в том числе скоррекциейкоэффициентамощностипитающейсети;

♦двухфазные резонансные мостовые инверторы;

♦трехфазные инверторы с ШИМ-управлением;

♦повышающие и понижающие преобразователи напряжения;

♦устройства управляемого заряда аккумуляторов;

♦оригинальные блоки воздушного и жидкостного охлаждения полупроводниковых приборов и трансфор- маторно-дроссельного оборудования.

Набор унифицированных блоков управления состоит из различных управляющих плат, ориентированных

на решение типовых задач в области электропривода и преобразовательной техники.

На базе силовых и управляющих блоков могут строиться, например, электроприводы переменного тока: синхронные и асинхронные, с частотным или векторным управлением, с датчиками скорости и положения или бездатчиковые.

Вобласти преобразовательной техники возможно построение преобразователей напряжения (в том числе высоковольтных), статических преобразователей частоты, зарядных устройств.

Внастоящее время на базе наших унифицированных блоков серийно производится целый ряд типоисполнений статических преобразователей и электроприводов общепромышленного и специального назначения мощностью до 500 кВт и выходной частотой до 2000 Гц.

Среди наших клиентов РЖД, Московское, СанктПетербургское, Бакинское и Будапештское метро. Наша техника поставляется в восемь стран ближнего и дальнего зарубежья.

Последний год мы уделяем большое внимание импортозамещению. Совместно с рядом российских предприятий (ОАО «Ангстрем», ЗАО НПК «Миландр», НПО «Энергетическая электроника», ЗАО «Протон-Электро- текс» и др.) нами проводится работа по созданию преобразователей и приводов на основе компонентов и материалов отечественного производства.

Ниже описано решение одной из задач, которую наше предприятиерешалосовместносОПТИЭНИИЭМ(Истра).

Перед нашей организацией стояла задача проектирования преобразователя для управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами (СДПМ). Двигатель должен был приводить в движение колесо центробежного насоса. При этом привод необходимо было спроектировать бездатчиковым и векторным, с зависящей отчастотыразмагничивающейсоставляющей.

I. НАБЛЮДАТЕЛЬ ЛЮИНБЕРГА

Наиболее известным решением описанной выше задачи является построение системы с наблюдателем состояния. Структура наблюдателя в системе dq, ориентированной по ротору, приведена на рис. 1.

ISq

Адаптивный наблюдатель

Рис. 1. Структурная схема наблюдателя состояния СДПМ: Us – входное напряжение двигателя; Isd, Isq – составляющие тока статора двигателя по осям d и q; Usd, Usq – входные напряжения

двигателя по осям d и q; IˆSd , IˆSd – оценки составляющих тока статора двигателя по осям d и q; ωˆ eR – оценка электрической скорости

ротора; θˆeR – оценка электрического угла ротора, получаемая интегрированием оценки скорости

Адаптируемая по скорости модель двигателя строится на основе дифференциальных уравнений, описывающих СДПМ в динамике. Ее входными величинами являются напряжение и оценка скорости, а выходными – составляющие тока статора.

Регулирующий адаптер наблюдателя сравнивает реальные токи двигателя с их оценками и по полученной разности формирует сигнал оценки скорости. Основой работы данной схемы является предположение, что при совпадении реальных токов с их оценками, реальная скорость двигателя совпадет с оцениваемой (вырабатываемой адаптером). Угол ротора в системе получается интегрированием скорости. Имея оценки скорости и угла ротора, можно строить векторную систему регулирования скорости с раздельным управлением токами по осям d и q.

Структура регулирующего адаптера обычно выбирается исходя из условий устойчивости наблюдателя, которая анализируется с помощью функции Ляпунова.

Система с адаптируемым наблюдателем скорости и положения СДПМ подробно рассмотрена в работе1. Там показано, что регулирующий адаптер может представлять собой пропорционально-интегральное звено, на вход которого подается сигнал описываемый формулой

Кроме составляющих статорного тока и их оценок в формулу (1) входят также величины: ψf – потокосце-

пление ротора; LSd – индуктивность статора по оси d.

II. НАБЛЮДАТЕЛЬ СО СТАТИЧЕСКОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ

Описанная в предыдущем разделе структура была промоделирована и показала вполне устраивающие нас результаты.

Однако для реализации была выбрана другая, описанная далее, более простая структура. Практика показала, что и ее вполне достаточно для нетребовательного к динамике управления центробежным насосом. Можно сказать, чтоосновнымеедостоинствомявляется простота.

Эту структуру можно назвать статическим наблюдателем с прямой компенсацией в контуре тока. Рассмотрим ее несколько подробнее.

Уравнения равновесия статорной обмотки СДПМ в установившемся режиме в системе координат dq приведены в системе

Кроме упоминаемых ранее величин в уравнениях (2) фигурируют также:

RS – сопротивление статора;

LSq – индуктивность статора по оси q.

На рис. 2 представлен контур тока системы управления в системе координат dq, ориентированной по ротору.

ПК1 и ПК2 на рис. 2 это преобразователи координат из вращающейся системы dq в неподвижную и наоборот.

В контуре тока применена прямая компенсация перекрестных связей и активного падения на сопротивлении статора. Напряжения компенсации вычисляются блоком прямой компенсации по формулам

RS ISd

USdF USdB

USd

Рис. 3. Векторная диаграмма СДПМ при наличии ошибки ориентирования системы координат dq

Рис. 5. Структура силового преобразовательного блока

Преобразователь на рис. 5 обеспечивает бесперебойность и непрерывность работы электродвигателя при переходе с основного источника энергии (~) на резервный (=) и обратно.

Электродвигатель управляется трехфазным мостовым «Инвертором 2». Энергия в звено постоянного тока этого инвертора подается от основного источника переменного напряжения или от резервного источника постоянного тока.

«Инвертор 1» при питании от основного источника работает как корректор коэффициента мощности, а при питании от резервного источника как повышающий преобразователь напряжения.

Бесперебойность и непрерывность работы при переходе с основного источника на резервный обеспечивается специальным алгоритмом работы блоков.

Особенностью «Блока гальванической развязки» преобразователя являются его минимальные массогабаритные показатели, что достигается за счет оптимального использования силовых элементов.