Файловый архив студентов. Файловый архив студентов.
1271 вуз, 4663 предмет.
/ Регистрация
FAQ Обратная связь Вопросы и предложения
Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Национальный Технический Университет Харьковский Политехнический Институт
Предмет:
[НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Файл:

4 раздел Векторное управление

.pdf
Скачиваний:
42
Добавлен:
20.03.2016
Размер:
2.82 Mб
Скачать
☆

Rокп ( p)

1

.

 

8T ,1K2 p(4T ,1K2 p+1)

 

 

Откуда оператор замкнутого оптимизированного канала стабилизации потокосцепления принимает вид:

W ( p)

Rокп ( p) / kп

 

1/kп

 

 

1/ kп

 

. (4.84)

 

 

 

окп

1

Rокп ( p)

32T 2 ,1K 22 p2 +8T ,1K2 p+1

 

8T ,1K2 p 1

 

 

 

 

Таким образом, операторы внешних реальных контуров фазных токов статора и канала потокосцепления ротора полностью определены.

4.5.2.4 Синтез операторов канала программного управления

скоростью АД

Программный канал управления скоростью АД может быть выполнен как

с П-, так и с ПИ-регулятором скорости (ПИ-РС).

Предположим, что в САУ ЭП недопустимо наличие статической ошибки по скорости. Тогда канал управления скоростью должен быть настроен на СО, а

в качестве регулятора скорости выбран ПИ-РС. В этом случае коэффициент усиления kрс пропорциональной составляющей ПИ-РС с учетом объекта управления канала, определяемого оператором (4.82) при i 2 и структурой АД на рис.4.6, принимает вид:

 

 

 

 

 

 

 

kрс

 

2J kтkп

 

J kтkп

,

(4.85)

 

8T ,2K2 z p Kr kc

12T ,2K2 z p Kr kc

3

 

 

 
is,2

где 4T ,2K2 – малая некомпенсируемая постоянная времени контура

регулирования скорости АД.

На основании соотношений (4.82) и (4.85) оператор ПИ-регулятора

скорости определяется выражением

 

16T

K

2

p 1

 

 

 

 

Kрс ( p)

,2

 

 

 

 

J kтkп

,

(4.86)

16T ,2K2 p

12T ,2K2 z p Kr kc

 

 

 

 

а структура канала управления скоростью АД принимает вид, показанный на рис. 4.12.

Регулятор скорости подключен к контуру регулирования активной

составляющей тока статора через делительное устройство. Благодаря этому

осуществляется автоматическая перенастройка коэффициента передачи канала управления скоростью при изменениях потокосцепления r r,1. При этом в оператор ПИ-РС (4.86) введен коэффициент датчика потокосцепления kп ,

компенсирующий последующее деление на kп (см. рис. 4.12).

Ограничение момента АД обеспечивается ограничением выхода регулятора скорости с помощью БОМ. Сигнал задания скорости формируется

из сигнала задатчиком интенсивности ЗИ и сглаживающим фильтром Ф (в

м

случае ПИ-РС) с оператором

KФ ( p)

1

 

.

 

 

16T ,2K2 p+1

 

 

Из рис. 4.12 находим ЛДО разомкнутого оптимизированного канала управления скоростью с единичной ООС:

Rокс ( p)

16T,2K2 p 1

 

 

.

128T 2

K 2

p2 (4T K

 

 

 

2

p 1)

 

,2

2

,2

 

 

Откуда ЛДО замкнутого оптимизированного канала управления скоростью принимает вид:

 

 

W

 

( p) Rокc ( p) / kc

 

 

 

 

 

 

 

окc

 

1

Rокc ( p)

 

 

 

 

(4.87)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16T,2K2 p 1)/kc

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

512T 3

K 3

p3 +128T

2

K 2

p2

 

 

 

 

 

+16T

K

2

p+1

 

,2

2

 

 

 

,2

2

 

 

,2

 

 

 

Таким образом, операторы ПИ-регулятора скорости и канала управления скоростью АД полностью синтезированы.

БОМ

Uогр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

–Uогр

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kп r,1

 

 

 

r,1

 

 

 

Ф

 

 

 

ПИ – РС

М* i*s,2

Wокт,2

is,2 МЧД

м

*м

ЗИ

1

 

 

16T ,2K2p 1

 

J kтkп

:

1 / kт

 

3z pKr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2J p

 

 

 

 

 

 

 

16T

,2K2p

 

12T ,2K2z pKr kc

4T

K

p 1

 

 

 

16T

K

p 1

 

 

 

 

,2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

,2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ДС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uс

 

 

 

 

 

kс

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.12 − Структурная схема канала управления скоростью АД с перенастройкой коэффициента передачи канала при изменениях опорного

вектора r

4.5.3 Структурная схема управляющей части САУ асинхронного ЭП

типа НПЧ-АД с учетом компенсирующих связей

Сигналы, компенсирующие внутренние перекрестные обратные связи

(ВПОС) объекта управления (АД), вводятся на входе П-регуляторов внутренних «фиктивных» контуров регулирования составляющих фазных токов статора. При этом в работе [4] на примере результатов экспериментальных исследований реальной САУ скоростью АД с КЗ ротором типа 4АН315М4 показано, что перекрестные связи, вносимые НПЧ и характеризующие взаимосвязь контуров регулирования фазных токов в системе отсчета 1-2 (см. рис. 4.6) можно не компенсировать, так как их действие в рабочем диапазоне выходных частот НПЧ проявляется слабо. Остальные компенсирующие связи могут быть сформированы упрощенно, т.е. по

измеренному сигналу z p м (а не по c ) и по выходным сигналам is**,1 и

is**,2 соответствующих И-регуляторов тока (И-РТ1 и И-РТ2) (см. рис. 4.10),

имеющим лучший гармонический состав, чем при непосредственном измерении значений регулируемых величин is,1 и is,2 .

Из рис. 4.6 следует, что ВПОС двухфазного АД, подлежащими компенсации, являются сигналы обратных связей, пропорциональные

величинам:

Kr r,1

 

 

Kr r,1z p м.

 

Tr

; Lsis,2 c;

Lsis,1 c;

 

 

 

С учетом вышесказанного соответствующие упрощенные выражения для внутренних компенсирующих сигналов (ВКС) имеют вид:

 

k

 

 

=2T

 

z

p

i**

;

(4.88)

 

вкс,i

 

,2

 

м

s,1

 

 

 

 

s,1

 

 

 

 

 

 

 

k

вкс,i

 

= 2T

z

i**

;

(4.89)

 

 

 

,1

 

 

p

м s,2

 

 

 

s,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

=

2T ,2Kr kт.ф z p м

 

 

 

;

(4.90)

 

 

r,1

вкс,E

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ls

 

 

 

 

 

k

 

 

=

2T ,1Kr kт.ф

 

 

 

;

(4.91)

 

 

 

r,1

вкс, r,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tr Ls

 

 

 

 

 

где м – механическая скорость ротора АД.

Структурная схема управляющей части САУ скорости АД при управлении с опорным вектором r , построенная на основании рис. 4.9÷4.12 и

с учетом компенсирующих сигналов вида (4.88)÷(4.91), приведена на рис.4.13.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uт

 

 

 

 

 

 

 

2T

K K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПИ – РП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,1 r т.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

1 pTr

 

 

 

 

 

i*

И – РТ1

**

 

 

Tr LsKп

 

 

П – РТФ1

НПЧ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r,1

 

 

 

 

 

 

 

s,1

K

т.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

TsRs

 

Kт.п

 

 

s,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8T ,1LmK2Kп

 

 

 

 

 

 

 

 

s,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

4T K K

K

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2T

 

,1Kт.пKт.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 pT

,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,1 1 2

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2T ,2 zp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kc

 

 

 

 

 

kc m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kп r,1

 

 

 

 

 

 

2T ,1zp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПИ – РС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

Ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

И – РТ2

i**

 

 

i*

 

 

П – РТФ2

 

НПЧ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

p16T

K

2

 

 

J KтKп

 

М*

 

is,2

K

т.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт.п

 

 

 

U

s,2

m

ЗИ

 

 

 

,2

 

 

 

 

 

 

 

:

 

 

 

 

 

s,2

 

 

 

s,2

 

 

 

 

TsRs

 

 

 

 

 

 

 

1+16T ,2K2

 

 

 

p16T ,2K2

 

 

 

 

 

 

 

 

4T ,2K1K2Kтp

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2T

 

K K

 

1 pT ,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12T ,2K2zpKcKr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,2 т.п т.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2T ,2zpKrKт.ф

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт.ф

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

Uт

 

 

 

 

 

 

 

 

LsKпKс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s,2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kп r,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kт

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4.13 − Структурная схема управляющей части САУ скоростью АД с учетом компенсирующих обратных связей

Следует отметить, если значения постоянной времени ротора Tr Lr / Rr

достаточно велико, то компенсирующую связь (4.91) можно не вводить (см.

пунктирную линию на рис. 4.13), так как динамическое воздействие соответствующей связи объекта проявляется слабо. Поэтому главными ВКС являются связи (4.88)÷(4.90).

Кроме того, если требуется регулировать не скорость, а момент М двигателя (при пусках и торможениях АД), то задающим воздействием системы является сигнал M =const (см. точку А на рис. 4.13). В этом случае скорость ЭП не регулируется, а он отслеживает наброс или сброс нагрузки. Регулятор скорости практически не работает и может быть реализован как в виде П-РС,

так и в виде ПИ-РС.

4.5.4 Функциональная схема исполнительной части САУ

асинхронного ЭП типа НПЧ-АД

Функциональная схема исполнительной части САУ скоростью АД при управлении с опорным вектором r представлена на рис. 4.14. На рисунке силовая часть системы на основе фазных НПЧ, П-регуляторы фазных токов,

датчики переменных и преобразователи координат ПК2÷ПК4 для связи частей САУ, синтезируемых в разных системах отсчета (статора и вращающейся),

показаны в системе отсчета А–В–С, связанной со статором. Сигналы is*,1 и

is*,2 , поступающие на входы исполнительной схемы, являются выходными сигналами управляющей части САУ, синтезируемой в системе отсчета 1-2,

связанной с вектором потокосцепления ротора r .

 

 

r,1

 

 

 

 

 

ПК (П)

i*А

 

U

A

BI

A

i

A

 

*r,1

РП

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is*,1

is**,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is*,1

is*,

iB*

 

 

 

 

 

 

АД

 

 

 

 

 

 

 

UB BIB iB

 

 

 

 

is,1

 

is*,2

i*

 

 

 

 

 

 

 

BR

 

 

 

 

 

 

 

 

s,

iC*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

sin

cos

 

UC

BIC

iC

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

**

РС

М*

r,1

 

 

r,1

r,

b,

b,A

 

 

 

 

 

Ф m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

ЗИ

 

 

 

 

 

 

r,

b,

b,B

 

 

 

 

 

 

 

 

is*,2

**

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is,2

is,1

is,

is,

iA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is,2

 

is,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

m is,2

 

 

iB

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

is,

 

 

 

 

 

 

 

ПК (О)

Рисунок 4.14 − Функциональная схема исполнительной части САУ скоростью АД при управлении с опорным вектором r

Анализу подлежит исполнительная часть системы, т.е. преобразователи координат ПК1÷ПК5 и решающие устройства РУ1 и РУ2.

Исполнительная часть САУ должна преобразовывать суммарные сигналы составляющих тока статора is*,1и is*,2 в задающие сигналы i*A , i*B и iC*

на входе соответствующих реальных П-регуляторов фазных токов статора РТФА, РТФВ и РТФС. Эти преобразования осуществляются с помощью координатных преобразователей ПК1, ПК2 и дополнительных функций sin , cos , получаемых после обработки сигналов датчиков магнитного потока

(потокосцепления) ВХ1 и ВХ2. Обратные преобразования физически измеренных величин потокосцепления â, À , â, и тока статора iA , iB

соответственно в сигналы r,1 и is,1, is,2 во вращающейся системе координат

1-2 реализуются с помощью преобразователей ПК3÷ПК5 и устройств РУ1, РУ2.

В ПК1 осуществляются прямые нелинейные преобразования в соответствии с формулами:

is*,α*is,β

is*,1 cos φ is*,2 sin φ;

(4.92)

is*,1 sin φ is*,2 cos φ,

которые несложно получить на основании векторной диаграммы АД,

приведенной на рис. 4.15.

2

*

 

Is

 

 

 

 

is,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

r

1

 

is,2

 

 

 

 

 

 

 

*

 

 

 

 

 

is,1

 

 

 

 

 

 

 

 

*

 

*

*

 

 

is,2 sin

is, is,1 cos

 

Рисунок 4.15 − Векторная диаграмма АД, поясняющая работу преобразователя координат ПК1

На рис. 4.15 угол φ − это фазовый сдвиг между осью «α» неподвижной системы координат α-β статора и осью «1» вращающейся системы координат 1- 2.

Отметим, что одновременно преобразователь координат ПК1

компенсирует нелинейности АД в системе отсчета, связанной с опорным

вектором r .

В преобразователе координат ПК2 осуществляются прямые линейные преобразования в соответствии с зависимостями:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i*A is*,α ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

3

 

 

iB*

is*,α cos( 60о ) is*,β cos(30о )

 

is*,α

 

 

is*,β ;

(4.93)

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

3

 

 

 

 

 

iC*

is*,α cos 60о is*,β cos 30о

is*,α

is*,β ,

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которые можно получить на основании векторной диаграммы АД, приведенной на рис. 4.16. По конструкции преобразователь ПК2 значительно проще чем ПК1.

Основные обратные преобразования координат осуществляются с помощью преобразователей ПК3 и ПК4.

Для точного определения величины потокосцепления ротора r в

асинхронной машине в воздушном зазоре между статором и ротором устанавливаются два датчика основного потокосцепления (датчики Холла) ВХ1

и ВХ2 под углом 120о друг к другу. Кроме того, в статорной цепи АД имеются три датчика фазных токов BI A , BIB и BIC , из которых показания двух датчиков BI A и BIB используются в преобразователе координат ПК4 (см. рис.

4.14).

B

 

i*

Is

s,

 

 

 

60

o

 

i*

 

 

 

 

 

 

C

 

 

iB*

30o

 

 

 

 

 

 

120o

60

o

i*

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

60o

*

A

 

 

 

 

 

is,

 

 

Рисунок 4.16 − Векторная диаграмма АД, поясняющая работу преобразователя координат ПК2

В преобразователях ПК3 и ПК4 соответственно действительные мгновенные значения в, А и в, B потокосцеплений от магнитного потока

воздушного зазора, измеренные с помощью датчиков Холла, и мгновенные

значения сигналов iA , iB от датчиков тока, размещенных в фазах АД,

преобразуются из трехфазной системы отсчета А–В–С в двухфазную прямоугольную систему отсчета статора α-β для последующих вычислений.

При этом ось «α» совмещается с магнитной осью статорной обмотки фазы А.

Указанные преобразования определяются следующими выражениями [13]:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

в,α μ,α

в, A;

2

 

 

 

 

(4.94)

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

в,β μ,β

2(

 

в, A в,B );

2

 

 

 

 

 

 

 
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
Помощь Обратная связь Вопросы и предложения Пользовательское соглашение Политика конфиденциальности