Индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением

• Автор: Марарескул, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Содержание
Содержание

Определения, обозначения и сокращения

Введение

1 Проблематика, цель и задачи работы

1.1 Электроприводы автономных объектов и мехатроника как методологическая основа их проектирования
1.2 Основные составляющие электроприводов и их проектирование с использованием принципов мехатроники

1.3 Автоматизация проектирования мехатропных систем

1.4 Индукторные двигатели двойного питания (ИДДП)

1.4.1 Конструкция и принцип действия ИДДП

1.4.2 Исходное математическое описание ИДДП

1.5 Способы управления двигателями переменного тока и их применение
для ИДДП
1.5.1 Общая характеристика способов управления ИДДГІ
1.5.2 Частотное управление ИДДП
1.5.3 Амплитудное управление ИДДП
1.5.4 Частотно-токовое управление двигателем двойного питания
1.5.5 Частотно-векторное управление двигателем двойного питания
1.5.6 Частотно-зависимое управление двигателем двойного питания
1.5.7 Фазовое управление ИДДП
1.6 Научная проблема, цель и задачи диссертационного исследования
Выводы по разделу
2 Математическое описание индукторного электропривода двойного питания с фазозавнеимым управлением
2.1 Реализация фазозависимого управления ИДДП
2.2 Алгоритмы автоматизированного получения математического описания
ИДДП при фазозависимом управлении
2.2.1 Обобщённый алгоритм получения математической модели ЭМУ
2.2.2 Алгоритм автоматизированного формирования двухфазной модели
при схеме соединения обмоток «звезда без общего провода»
2.2.3 Алгоритм автоматизированного преобразования к единой системе координат
2.2.4 Алгоритм автоматической линеаризации, получения уравнений
статики и передаточных функций
Выводы по разделу
3 Механические характеристики и передаточные функции индукторного двигателя двойного питания с фазозависимым управлением
3.1 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением
3.1.1 Механические характеристики как предмет исследования с точки
зрения управления ИДДП
3.1.2 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлениелі при регулировании угловой скорости ротора изменением коэффициента распределения угла поворота ротора
3.1.3 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением
при регулировании угловой скорости ротора изменением частоты возбуждения

3.1.4 Механические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при регулировании угловой скорости ротора изменением фазовых сдвигов напряжений
3.1.5 Механические характеристики ИДДІІ с фазозависимым управлением
при регулировании угловой скорости ротора изменением амплитуд напряжений
3.2 Оценка динамических характеристик ИДДП с фазозависимым управлением по передаточным функциям
3.2.1 Задачи и методы изучения динамических характеристик ИДДП с фазозависимым управлением
3.2.2 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты амплитуды первого напряясения
3.2.3 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты амплитуды второго напряжения
3.2.4 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты частоты возбуждения (первого напряжения)
3.2.5 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты фазовых сдвигов напряжений
3.2.6 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением при использовании в качестве управляющей координаты коэффициента распределения угла поворота ротора
3.2.7 Динамические характеристики ИДДП с фазозависимым управлением
при воздействии возмущения в виде статического момента нагрузки
Выводы по разделу
4 Практическая реализация теоретических результатов
4.1 Использование режима работы ИДДП с фазозависимым управлением
4.1.1 Комбинированное управление позиционированием ротора
4.1.2 Минимизация потери в меди в статическом режиме при комбинированном управлении позиционированием ротора
4.2 Экспериментальные исследования
4.2.1 Экспериментальный стенд для исследования свойств ИДДП
4.2.2 Параметрическая идентификация электромеханических устройств
4.2.3 Экспериментальная проверка адекватности математического
описания ИДДП для фазозависимого управления
Выводы по разделу
Заключение
Библиографический список
Приложение А Листинг программы формирования математических
моделей ИДДП при фазозависимом управлении
Приложение Б Листинг программы формирования линеаризованной
математической модели ИДДП при фазозависимом управлении
Приложение В . Параметры ИДДП и система относительных единиц
Приложение Г . Внешний вид экспериментальной установки

Определения, обозначения и сокращения
АДДП — асинхронный двигатель двойного питания (двигатель двойного питания на основе асинхронного двигателя с фазным ротором)
БДПТ— бесколлекторный двигатель постоянного тока (режим работы двигателя переменного тока, в котором частота питающих напряжений определяется угловой частотой ротора)
Двойное питание — питание двух многофазных независимых обмоток напряжениями переменного тока
ДДП — двигатель двойного питания (общее название для ИДДП и АДДП)
ИДДП — индукторный двигатель двойного питания (двигатель двойного питания с электромагнитной редукцией)
ИЭПДП — индукторный электропривод двойного питания КА — космический аппарат
ОЭМПЭ— обобщённый электромеханический преобразователь энергии (двухфазная электрически и геометрически симметричная модель в единой системе координат, вращающейся с заданной скоростью)
СДПМ — синхронный двигатель с постоянными магнитами
СПА — система поворота антенны
СПБС — система поворота батареи солнечной
ФЗУ — фазозависимое управление: изменение фазовых сдвигов питающих напряжений в зависимости от угла поворота ротора
ЧНУ — частотно-независимое управление: изменение частот питающих напряжений независимо от угловой скорости ротора
Управление зависимое — изменение управляющих величин в зависимости от регулируемых параметров вращения ротора
Управление независимое — изменение управляющих величин независимо от регулируемых параметров вращения ротора
Управление одноканальное — изменение одной или нескольких управляющих величин (амплитуд, частот, фазовых сдвигов) одного из питающих напряжений)
Управление двухканальное — одновременное изменение одной или нескольких управляющих величин (амплитуд, частот, фазовых сдвигов) обоих питающих напряжений)
Уравнения механического равновесия— совокупность уравнений, записанных на основании второго закона Ньютона для вращательного движения применительно к механической части двигателя (ротору и присоединённой нагрузке)
Уравнения электрического равновесия— совокупность уравнений, записанных на основании первого и второго законов Кирхгофа для контуров фазных обмоток
ЭМУ — электромеханическое устройство (электродвигатели и электрогенераторы, в которых осуществляется взаимное преобразование электрической и механической энергии)
ЭП — электропривод

но с перерегулированием имеют значение не только для точной отработки заданных команд, но также для обеспечения надёжности, так как колебательность прямо связана с напряжениями в первой кинематической парс механического редуктора, которая начинает работать в попеременных режимах разгона и торможения, что приводит к изнашиванию поверхностей зубцов шестерён, увеличению зазоров, появлению люфта. Даже если колебательность скорости не сказывается значительно на точности отработки, порождаемые ею переменные механические напряжения снижают возможности обеспечения длительного срока активного существования КА. Энергетические характеристики всегда важны для КА ввиду ограниченности их энергетических ресурсов и обязательно учитываются при выборе двигателя и способа управления им.
Объект исследования — индукторный электропривод двойного питания с фазозависимым управлением. Рассматриваемый ИДДП с фазозависимым управлением работает в системе электропривода, имеющим также датчик углового положения, управляющую ЭВМ, необходимые преобразователи сигналов, транзисторные инверторы с широтноимпульсным формированием напряжений по синусоидальном закону.
Предмет исследования — статические, динамические и энергетические характеристики индукторного электропривода двойного питания с фазозависимым управлением.
Цель: исследование статических, динамических и энергетических характеристик индукторного двигателя двойного питания с фазозависимым управлением для разработки рекомендаций по построению систем управления.
Достижение этой цели позволит сформулировать предложения по проектированию индукторных ЭП двойного питания с использованием предложенного в диссертации фазозависимого управления.
Задачи исследования:
1 Разработка методики и алгоритмов автоматизированного получения математических моделей и реализация их с помощью символьного процессора программы MathCAD.
2 Автоматизированное получение комплекса математических моделей ИДДП при ФЗУ для статического и динамического режимов в форме нелинейных и линеаризованных уравнений переменных состояния и передаточных функций.
3 Исследование статических механических и динамических характеристик ИДДП при ФЗУ при различных управляющих координатах, анализ возможностей управления.
4 Исследование потерь в меди обмоток и возможностей их минимизации.
5 Разработка законов управления электроприводом с ИДДП при ФЗУ для отработки заданных изменений скорости и перемещений.
Решение каждой задачи предполагает использование адекватного метода. Способ управления в части изучения самого принципа функционирования всегда исследуется без учёта неидеальностей реального двигателя. Поэтому для этого этапа исследований наиболее приемлемой является теория обобщённого электромеханического преобразователя энергии, предполагающая преобразование к двухфазной модели в единой системе координат обмоток. Синтез систем управления целесообразно выполнять с помощью передаточных функций, которые можно получить в рамках метода переменных состояния после линеаризации модели в окрестностях установившегося режима и применения преобразования Лапласа. Все аналитические выкладки целесообразно проводить не вручную, а с помощью символьного процессора программы MathCAD. Анализ ЭП выполняется методами численного интегрирования. Для экспериментальных исследований необходимо использовать микропроцессорное управление, реализуемое в данном случае с помощью аппаратно-программного комплекса фирмы National Instruments с применением LabVIEW 8.5.