Сборник 70 студ конференции БГТУ

611

Помимо анализа модели так же представлены два варианта внесения изменений в структуру модели с целью увеличения дальности обнаружения цели за счет увеличения мощности передающей антенны и изменения параметров сканирующего импульса, моделируемого с помощью Phased Array System Toolbox.

Данная работа может быть использована в процессе подготовки специалистов в области радиоэлектронных систем, обеспечивая возможность исследования влияния различных параметров отдельных узлов и устройств на эффективность радиолокационных станций (РЛС) в целом. На основе моделирования можно также проверить те или иные конструкторские решения, не прибегая к созданию макетов и опытных образцов, реальная стоимость которых десятки тысяч долларов

Работа выполнена под руководством доц. В.И.Хвостова

Данилкин Е.И. ДВУХКАНАЛЬНЫЙ ТЕРМОМЕТР-ТЕРМОСТАТ С МИКРОПРОЦЕССОРНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Объект исследования: цифровой термометр-термостат. Результаты, полученные лично автором: построена физическая

модель, позволяющая исследовать особенности функционирования терморегуляторов с релейным принципом управления.

В данной работе рассматривается двухканальный термометр-термостат на базе микроконтроллера, позволяющая проводить исследование особенностей функционирования терморегуляторов с релейным принципом управления.

Данное устройство представляет собой двухканальный термометртермостат, который способен отображать на семи сегментном индикаторе температуру с датчиков каждого канала, а так же выполнять функции двухканального независимого друг от друга термостата. Термостат имеет два режима работы: нагрев (HEAT) и охлаждение (COOL).

Устройство работает на базе 8-ми битного микроконтроллера ATMega8 архитектуры AVR фирмы Atmel. Микроконтроллер работает от внутреннего задающего генератора частотой 8 МГц . В качестве датчиков температуры используются цифровые термометры DS18B20 фирмы Dallas. Диапазон измеряемых устройством температур составляет от -55ºC до +125 ºC.

Область применения таких устройств весьма широка, они могут применяться как для поддержания температуры на одном уровне в инкубаторах, складах, хранилищах, так и быть частью системы типа «Умный дом».

Работа выполнена под руководством ст. преп. А.Н. Школина

613

Результаты, полученные лично автором: разработана компьютерная модель электропривода насосного агрегата, оптимизированного по критерию минимума тока статора.

Работа посвящена исследованию метода управления асинхронным электроприводом, обеспечивающего оптимизацию системы векторного управления по критерию минимума тока статора, потребляемого из сети.

В данном способе предлагается поддержание угла между векторами тока статора и потокосцепления ротора на уровне ±π4, что приводит к снижению тока статора на 10% и суммарных потерь на 15% при номинальном статическом моменте. Оптимальный угол поддерживается во вращающейся системе координат ориентированной по вектору

проекциями на действительную и мнимую оси вращающейся системы

В разработанной модели используются классические пропорциональные регуляторы тока. Перспективным и более целесообразным является применение регуляторов тока на основе релейного принципа управления.

Работа выполнена под руководством проф. Г.А. Федяевой

Комяжко Е. А.

УПРАВЛЕНИЕ КОНВЕЙЕРОМ С ДВУМЯ ПРИВОДНЫМИ СТАНЦИЯМИ

Объект исследования: электропривод ленточного конвейера с двумя приводными станциями.

Результаты, полученные лично автором: разработана динамическая модель конвейера, предложен способ согласованного управления приводными станциями, компьютерным моделированием подтверждена его эффективность.

Для конвейера с несколькими приводными станциями актуальназадача равномерного распределения нагрузки между электродвигателями. В данной работе рассматривается один из вариантов её решения на примере ленточного конвейера с двумя приводными станциями, расположенными в конце рабочих ветвей. Выбран частный случай примерно одинаковой нагрузки на электродвигатели в номинальном режиме работы. Предполагается, что приводные станции оснащены частотно-регулируемым асинхронным электроприводом.

614

Ленточный конвейер представляет собой достаточно сложную систему с распределёнными по длине параметрами: массой перемещаемого груза, массой и упругостью тягового органа, усилием статического сопротивления. Использовалась упрощённая динамическая модель, в которой приводные станции, рабочие и холостая ветви рассматривались как эквивалентные «сосредоточенные массы». Распределённые упругости участков также заменялись сосредоточенными.

Для выравнивания нагрузок предлагается использовать регулятор рассогласования. Сигнал рассогласования формируется датчиками активного тока статора приводных двигателей. Задание частоты преобразователя первого привода соответствует заданию скорости конвейера.Задание частоты преобразователя второго привода корректируется в зависимости от загруженности двигателей. Для сохранения необходимой перегрузочной способности в широком диапазоне скоростей конвейера принят линейный закон частотного управления.

Для проверки выбранного алгоритма согласованного управления разработана в среде Simulinkмодель двухдвигательного электропривода с идеализированными преобразователями частоты и пропорциональным регулятором рассогласования.

Моделирование процесса пуска конвейера с нагруженной первой ветвьюдо номинальной скорости показывает, что через небольшой отрезок времени происходит практическое выравнивание моментов обоих приводных двигателей.

По результатам моделирования процессов регулирования, вызванных отклонением параметров двигателей, законов частотного управления и другими возмущениями, можно сделать вывод обэффективностипредложенного способавыравнивания нагрузок.

Работа выполнена под руководством доц. В.Ф. Зотина

Конохов Д.В.

СИСТЕМА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ДВУХЗОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПРЯМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ МОМЕНТОМ

Объект исследования: энергосберегающая система управления асинхронным электроприводом с прямым управлением моментом.

Результаты, полученные лично автором: разработана модель энергоэффективного двухзонного регулирования скорости асинхронного электропривода с прямым управлением моментом в среде Matlab Simulink.

Анализ использования электроприводов, выполненных по схеме «полупроводниковый преобразователь частоты - асинхронный двигатель», выявил, что как в традиционных, так и в современных электроприводах существуют пока еще недоиспользованные резервы повышения

615

энергетической эффективности электромеханического преобразования энергии.

Наиболее полно возможности повышения эффективности электромеханического преобразования энергии можно обеспечить путем оптимизации режимов работы двигателей при регулировании потокосцепления, как в функции скорости, так и электромагнитного момента.

В данной работе реализована система энергоэффективного управления асинхронным электроприводом с прямым управлением моментом, оптимизированная по критерию минимума тока статора. В предложенной системе управления также реализован алгоритм, позволяющий обеспечить ограничение нагрева двигателя и расширить область допустимых по нагреву моментов нагрузки. Модель системы управления разработана в среде Matlab Simulink.

Минимум тока статора достигается с помощью специального задатчика потокосцепления. Задание на потокосцепление статора ψsз определяется в первой и второй зоне регулирования скорости АД по найденному заданию на момент Мз на основе заранее рассчитанной зависимости потокосцепления статора от момента двигателя ψsз = f(Мз) по условию минимума тока статора. Наиболее полное использование электропривода по нагреву и мощности реализуется с помощью изменения ограничения задания на момент. Задание на момент определяется с помощью деления заданной мощности на частоту вращения ротора АД, причём величина заданной мощности определяется в зависимости от температуры обмоток статора, вычисляемой по модели или измеряемой датчиком температуры.

Результаты моделирования показали, что разработанная система управления позволяет в первой и второй зонах производить регулирование потокосцепления статора по энергосберегающему закону. При этом уменьшение тока статора достигает порядка 10-12% и как следствие увеличивает КПД двигателя до 5%. Причем во второй зоне одновременно реализовано регулирование максимально допустимой мощности двигателя в зависимости от температуры обмоток, позволяющее максимально использовать двигатель по нагреву, и изменять его перегрузочную способность.

Работа выполнена под руководством проф. Г.А. Федяевой

В.А. Коровьяков ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДОВ

Объект исследования: технология полупроводниковых светодиодов

Светодиод – полупроводниковый диод, излучающий свет при прохождении тока через p-n переход.

P-n переход является активной областью светодиода, но в кристалле одного перехода не будет достаточно. Необходимо изготавливать многослойные полупроводниковые структуры – гетероструктуры.

616

Гетероструктура – термин, обозначающий выращенную на подложке слоистую структуру из различных полупроводников. Между двумя различными материалами формируется гетеропереход, на котором возможна повышенная концентрация носителей, и отсюда - формирование вырожденного двумерного электронного газа.

Гетероструктуры выращиваются на сапфировых подложках. Здесь главную роль играет такой процесс, как металлоорганическая эпитаксия. Эпитаксия – это ориентированный рост одного кристалла на поверхности другого (подложки). Для роста кристаллов используют много методов, среди которых, для нашего случая, можно выделить два: молекулярно - лучевая эпитаксия и MOCVD (Осаждение металлорганических соединений из газообразной фазы). Первый метод позволяет выращивать гетероструктуры с высокой точностью. Второй же не отличается такой точностью, но по сравнению с первым методом обладает более высокой скоростью роста.

Эпитаксиальный рост осуществляется в специальных установках методом термического разложения (пиролиза) металлорганических соединений, содержащих необходимые химические элементы. Камеру, где находятся сапфировые подложки, заполняют газом. В этом газе содержаться метилы - химические элементы на основе металлов. Далее камеру нагревают и металлы оседают на кристаллическую решётку сапфира формируя новые слои. Процесс продолжается несколько часов. За это время удаётся нарастить около семидесяти новых слоёв.

Далее подложку с наращенными гетероструктурами разделяют на отдельные кристаллы. Для этого её разрезают алмазными лезвиями. После этого отдельные кристаллы устанавливаются на тепло- и токопроводящий клей в корпус светодиода. Происходит разварка выводов, нанесение люминофора (если он необходим) и монтаж линзы. Светодиод тестируется и упаковывается.

Работа выполнена под руководством доц. М.Ю. Некрасовой

Кудяков А.В. , Локтиков А.Ю. ПРОГРАММИРОВАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ ПРОМЫШЛЕННОЙ АВТОМАТИКИ И ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Объект исследования: лабораторный стенд современных средств промышленной автоматики и электропривода.

Результаты, полученные лично автором: разработано прикладное программное обеспечение микропроцессорных средств автоматики лабораторного стенда.

В современной промышленности широко используется автоматическое управление электроприводом различных производственных механизмов, как в России, так и за рубежом.

Существуют различные методы управления асинхронным двигателем электроприводом: векторный и скалярный. Лабораторный стенд включает в

617

себя преобразователь частоты (ПЧ) марки ПЧВ1, изготовленный российской фирмой «ОВЕН», производящей оборудование для автоматизации. Это устройство позволяет осуществлять дистанционное управление приводом обоими указанными методами.

На первом этапе работы в лабораторном стенде была организована единая сеть управления между промышленным контроллером ПЛК-160М фирмы «ОВЕН», панельным промышленным контроллером СПК-107 фирмы «ОВЕН» и ПЧ по протоколу ModBus и интерфейсу RS-485. При этом ПЛК160М выступает в роли ведущего устройства, а СПК-107 и ПЧ в роли подчиненных устройств.

На втором этапе работы было выполнено программирование устройств на языке СFC в среде CoDeSys. Для управления ПЧ выбран способ управления посредством командного слова.

Для более интуитивного и простого управления была разработана визуализация панели управления в среде CoDeSys 3.4 для СПК-107, в которой реализуются функции управления электроприводом и отображения необходимой информации в режиме реального времени.

Для более точного управления электроприводом была заведена обратная связь посредством энкодера Е40S series. Это позволило нам получить более жесткую механическую характеристику привода, что является очень важным качеством для привода.

Следует отметить, что данная система управления отличается надежностью, простотой обслуживания и быстродействием, что позволяет повысить уровень безопасности и улучшить экономические производственные показатели.

Работа выполнена под руководством ст. преп. А.Н. Школина

Лебедева С. Ю., Сморудова Т.В. КОРРЕКЦИЯ ПЕРЕКОСА И ПОПЕРЕЧНОГО СМЕЩЕНИЯ

МОСТОВОГО КРАНА СРЕДСТВАМИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

Объект исследования: система управления электроприводом мостового крана

Результаты, полученные лично автором: на базе компьютерного моделирования выполнено сравнение систем коррекции перекоса и поперечного смещения крана при различных алгоритмах управления.

Работа посвящена снижению динамических нагрузок и повышению жизненного цикла изделия средствами управления.

На основе компьютерного моделирования с использованием комплексной электромеханической модели крана в программных комплексах «Универсальный механизм» и «Matlab/Simulink» были исследованы следующие системы управления асинхронным электроприводом механизма передвижения мостового крана с коррекцией перекоса и поперечного смещения:

618

-одноконтурная скалярная система управления;

-двухконтурная частотно-токовая система с релейно-векторным алгоритмом;

-двухконтурная система с прямым управлением моментом (Direct Torque Control – DTC).

При моделировании данных систем применялись поочередно два разработанныхалгоритма коррекции:

1) алгоритм с четырьмя датчиками;

2) алгоритм с двумя датчиками.

Для обоих алгоритмов производились модельные эксперименты с различным положением груза при движении как вперед, так и назад из различных начальных положений крана: симметричного; с максимальным смещением влево; с максимальным смещением вправо.

Исходя из результатов перечисленных экспериментов, были сделаны выводы о преимуществах по точности и быстродействию алгоритма с четырьмя датчиками и векторной системой управления.

Исследование выполнено в рамках государственного задания

«Прогнозирование динамических процессов в электромеханотронных системах»).

Работа выполнена под руководством проф. Г.А. Федяевой

Е.В.Марин, М.М.Пашков ПЕРВИЧНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ЗАДАЧАХ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Объект исследования: первичные преобразователи.

Результаты, полученные лично автором: принцып работы первичного преобразователя(трансформатора).

Транспортировка электроэнергии на дальние расстояния с малыми потерями не может осуществляться без первичного преобразователя – силового трансформатора.

Трансформаторэто статическое электромагнитное устройство, имеющее две или более индуктивно связанные обмотки на каком-либо магнитопроводе и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной или нескольких систем (напряжений) переменного тока в одну или несколько других систем (напряжений), без изменения частоты.

Трансформаторы бывают различных видов: силовые, автотрансформаторы, выпрямительные, испытательные, специального назначения, измерительные.

619

этой обмотки будет протекать переменный ток, который создаст в магнитопроводе трансформатора переменный магнитный поток. Замкнувшись в магнитопроводе, переменный магнитный поток будет индуктировать электродвижущую силу (ЭДС) в другой обмотке трансформатора. Это объясняется тем, что все обмотки трансформатора намотаны на один магнитопровод, то есть они связаны между собой магнитной связью. Значение индуцируемой ЭДС будет пропорционально количеству витков данной обмотки. Мощность во вторичной обмотке приблизительно равна мощности подаваемой на первичную обмотку.

Автотрансформатор — это такой вид трансформатора, в котором помимо магнитной связи между обмотками имеется еще и электрическая связь.

В конструктивном отношении автотрансформатор подобен силовому трансформатору. На стальном магнитопроводе помещаются две обмотки, выполненные из проводников различного поперечного сечения. Конец одной обмотки электрически соединяется с началом другой так, что две последовательно соединенные обмотки образуют общую обмотку высшего напряжения. Обмоткой низшего напряжения, являющейся частью обмотки высшего напряжения. Таким образом, между обмотками высшего и низшего напряжения автотрансформатора имеется не только магнитная, но и электрическая связь.

Испытательный трансформатор – электрический однофазный трансформатор, предназначенный для испытания электрической прочности изоляции электрических машин, силовых и измерительных трансформаторов, выключателей и оборудования электрических установок с напряжением промышленной частоты. Испытательный трансформатор имеет высокопрочную изоляцию (масляную, реже воздушную) вторичной (высоковольтной) обмотки и обеспечивает сохранение в заданных пределах синусоидальной формы вторичного напряжения при изменении первичного синусоидального напряжения.

Выпрямительные трансформаторы отличаются от силовых тем, что в выходную цепь таких трансформаторов подключаются выпрямительные схемы и фильтры. На выходе такого трансформатора мы получаем слегка колеблющийся по амплитуде и постоянный по знаку сигнал.

Трансформатор для дуговой электросварки (специального назначения) – представляет собой однофазный понижающий трансформатор, преобразующий напряжение сети 220 или 380 В, в напряжение (60÷70) В, необходимое для устойчивого горения электрической дуги. Т. к. сопротивление электрической дуги очень мало, сварочный трансформатор работает в режиме, близком к короткому замыканию. Поэтому для ограничения величины тока во вторичную цепь трансформатора последовательно включают дроссель с подвижным сердечником. Изменяя величину воздушного зазора в магнитной цепи дросселя, можно плавно менять величину индуктивного сопротивления дросселя и, следовательно, величину сварочного тока.

620

Измерительный трансформатор тока — трансформатор, предназначенный для преобразования тока до значения, удобного для измерения. Первичная обмотка трансформатора тока включается последовательно в цепь с измеряемым переменным током, а во вторичную включаются измерительные приборы. Ток, протекающий по вторичной обмотке трансформатора тока, пропорционален току, протекающему в его первичной обмотке.

Измерительный трансформатор напряжения – это обычный понижающий трансформатор, подключенный к измеряемой цепи, параллельно во вторичной цепи которого, установлен вольтметр.

Работа выполнена под руководством доц. каф «ЭРЭиС» В.В. Якушев

Михальцов Д.Ю.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРАНЗИСТОРНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ

Объект исследования: физическая модель импульсных преобразователей напряжения, изучение сложных динамических режимов работы преобразователей и алгоритмов, позволяющих обеспечить необходимую устойчивость импульсных систем.

Результаты, полученные лично автором: построена низковольтная физическая модель с микропроцессорным управлением, позволяющая исследовать особенности функционирования импульсных преобразователей напряжения, написаны и протестированы алгоритмы управления физической моделью.

В настоящее время достаточно широко распространены импульсные преобразователи напряжения с микропроцессорными системами управления, отладка которых представляет собой достаточно сложную задачу. Одним из путей упрощения создания программного обеспечения микроконтроллеров является использование физической модели силовой части, построенной на основе полупроводниковых микросхем, что позволяет отказаться от использования сильноточных силовых схем.

Физическая модель имеет следующие функциональные блоки: блок формирования режимов работы преобразователя, который позволяет воспроизвести три вида модуляции; блок активных фильтров которые на выходе выдают сигналы пропорциональные переменным состояния системы; блок компараторов, необходимый для определения знака переменных состояния; блок активных выпрямителей, для согласования со встроенным в микроконтроллер ADC (англ. Analog to digital converter – аналогово-

цифровой преобразователь); блок регулирования коэффициента обратной связи на основе цифрового потенциометра, который позволяет изменять коэффициент обратной связи по каналу SPI (англ. Serial peripheral interface – последовательный периферийный интерфейс).

Система управления физической моделью реализована на современном микроконтроллере STM32F407 - высокопроизводительном ARM (англ.