Модернизация частотно-регулируемых асинхронных электроприводов серии ЭЧР при ограниченном информационном обеспечении

• Автор: Кузнецов, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Вологда
• Количество страниц: 190 с. : ил.

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЕНТИЛЬНОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ
1.1. Сравнительный анализ способов управления частотно-регулируемых асинхронных электроприводов
1.2. Векторные модели асинхронной машины в различных координатных системах
1.3. Математическая модель асинхронного двигателя в переменных тока статора и потокосцепления ротора в неподвижной системе координат
1.4. Математическая модель асинхронного двигателя во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора
1.5. Математическая модель асинхронного двигателя, приведенная к нормальной форме Коши
1.6. Выводы
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ МОДИФИЦИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМИ ИНВЕРТОРАМИ НАПРЯЖЕНИЯ
2.1. Обобщенная схема и диаграмма пространства состояний трехфазного автономного инвертора напряжения
2.2. Синтез симплексных алгоритмов модуляции
2.4. Гармонический анализ симплексных алгоритмов модуляции
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. НАБЛЮДЕНИЕ ВЕКТОРА СОСТОЯНИЯ
3.1. Наблюдение непрерывных систем
3.2. Наблюдаемость и наблюдение в непрерывном времени
3.3. Наблюдение с дискретным временем
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ЛИНЕЙНАЯ ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
4.1. Метод минимизации среднеквадратичной ошибки
4.2. Оптимальный фильтр Калмана для случая дискретного времени
4.3. Рекуррентное гауссовско-марковское оценивание
4.4. Рекуррентное оценивание вектора состояния с минимальной среднеквадратичной ошибкой
4.5. Наблюдаемая система с известными входными возмущениями и ненулевым математическим ожиданием начального положения
4.6. Выводы
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
5.1. Синтез структурной схемы системы управления электропривода
5.2.’ Выбор микропроцессора и средств разработки
5.3. Алгоритм работы программы

5.4. Определение параметров Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя
5.5. Дискретная математическая модель асинхронного двигателя
5.6. Цифровая реализация наблюдателя Калмана
5.7. Форматы представления переменных
5.8. Цифровая реализация ПИ-регулятора
5.9. Цифровая реализация блока симплексной широтно-импульсной модуляции
5.10. Разработка экспериментальной установки
5.11. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Актуальность темы. Современный уровень развития силовой электроники и микропроцессорных средств управления обеспечил широкое внедрение и распространение частотно-регулируемых асинхронных электроприводов. Высокие показатели качества регулирования могут быть обеспечены только при контроле состояния всех электромагнитных и механических переменных электропривода, что достигается при полном информационном обеспечении. Однако зачастую некоторые переменные недоступны измерению по техническим проблемам или экономическим причинам. Это определило направление исследований, разработку и внедрение класса малодатчиковых (бездатчиковых) систем векторного управления, где недоступная для непосредственного измерения информация восстанавливается в различных наблюдающих устройствах (наблюдателях) в реальном масштабе времени.
Изменение координат электропривода (элементов вектора состояния) во времени может быть вычислено, если задана математическая модель асинхронного двигателя и известны входные управляющие воздействия и начальные условия. Так как не все элементы вектора состояния доступны непосредственному измерению, то фазовый вектор должен быть полностью вычислен на основании результатов измерений выхода системы. Ввиду ошибок измерений это вычисление приводит не к точному, а лишь к приближенному значению - к так называемой оценке фазового вектора. Если относительно ошибки измерения известны некоторые подробности, например, ее математическое ожидание и дисперсия, то методами теории вероятностей можно получить лучшее, или оптимальное, значение оценки. В этом случае ошибки измерения устройства, а также неизвестные входные воздействия (возмущения) рассматриваются как случайные процессы и говорят о задаче стохастической фильтрации.
Энергетический канал большинства частотно-регулируемых электроприводов выполняется по классической схеме: неуправляемый
выпрямитель - автономный инвертор напряжения - асинхронный двигатель. Качество выходного напряжения, энергетическая эффективность и другие характеристики инверторов во многом определяются используемыми алгоритмами управления силовыми ключами. Одним из важных критериев качества выходного напряжения является его спектральный состав. Задачу выбора рационального алгоритма управления автономным инвертором можно

Функция г(х) может быть использована в качестве аппроксимации ъ{х) в уравнении (3.12). Теперь построение наблюдающего устройства сводится к решению уравнения (3.16) при дополнительных ограничениях об устойчивости матрицы Г и взаимной независимости строк матриц Б и С [15].
3.2. Наблюдаемость и наблюдение в непрерывном времени
Понятия наблюдаемости и управляемости являются основополагающими в современной теории автоматического регулирования. Именно этими свойствами необходимо обладать системе в том случае, когда ее состояние должно быть успешно управляемо или наблюдаемо. Потребность в соответствующих критериях возникла при рассмотрении объектов с несколькими регулирующими воздействиями и измерениями, поскольку исследование вырожденных систем несравненно труднее, чем традиционных объектов с одним входом и выходом. Понятие "управляемость" возникло в вариационном исчислении, и было в дальнейшем использовано в теории оптимального управления. Понятие "наблюдаемость" связано с одной специальной нормальной матрицей в Гауссовском методе наименьших квадратов, и было, прежде всего, использовано в теории оптимальной фильтрации.
Рассмотрим проблему наблюдаемости. Задача наблюдения состоит в оценке состояния х(0 динамической системы (3.1) на основе измерений выходной величины уО) и ВХОДНОЙ и(0
Из общего решения (3.5) первого уравнения системы (3.1), следует, что выходная величина и(0 создает вынужденную часть решения, которая аддитивно прибавляется к свободной части решения, порожденной начальным условием х00). Следовательно, влияние и(0 на х(0 можно оценить совершенно независимо. Задача наблюдения состоит в определении оставшейся свободной части решения х(0. Соответствующая свободная часть в уО) получается при вычитании из измеренной выходной величины вынужденной части решения х0), умноженной на СО).
Предположим далее, что измеряемая величина уО) уже преобразована описанным способом и рассмотрим лишь однородную систему п-го порядка:
ГхО) = АО)• х(0, хОо) = ?; р }уч
|у0) = С0)-х0).