Параметрическая оптимизация механотронной системы с асинхронным двигателем

• Автор: Миляшов, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 184 с.

1. СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ РАЗВИТИЯ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ МТС С АД. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Анализ состояния практической разработки и тенденции развития частотно-регулируемых асинхронных электроприводов

'• 1.2 Место и значение параметрической оптимизации как одного из

основных этапов в структуре современных САПР

1.3. Анализ современного этапа развития теории оптимального проектирования МТС

1.4. Анализ и обоснованный выбор математических методов поиска в задаче оптимизационного исследования

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

* 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И МЕТОД

ОПТИМИЗАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ МТС С АД

2.1. Особенности построения математической модели в задаче оптимизационного исследования

2.2. Моделирование отдельных звеньев силовой цепи МТС

2.3. Математическая модель и схема замещения МТС в целом
2.4. Отличительные особенности выбранного поискового метода.
ф Возможности ЛП-поиска
2.5. Постановка задачи и использование метода ЛП-поиска в задаче с одним решающим критерием
2.6. Выводы и оценка математической модели и метода оптимизации МТС
3. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ
* ИССЛЕДОВАНИЙ МТС С АД НА КОНСТРУКТИВНОЙ ОСНОВЕ
ЭПАР-750-6-У3

3.1. Стратегия проведения оптимизационного исследования
* 3.2. Постановка задачи, исходные данные и оптимизируемые параметры
системы
3.3. Определение интегральных показателей качества. Критерий оптимизации и его предварительные исследования
3.4. Оптимизационный поиск и анализ полученных результатов
3.5. Оценка эффективности методики и проверка достоверности полученных результатов
* 3.6. Выводы
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
ОЦЕНКА ДОСТОВЕРНОСТИ И АНАЛИЗ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
4.1. Описание экспериментальной установки. Исследование макетного образца электропривода
4.2. Результаты экспериментального исследования выборочного ряда
* макетных образцов МТС
4.3. Оценка точности математической модели и методики оптимизационного исследования
4.4. Выводы
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Прикладные программы
ф ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Таблицы промежуточных результатов
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Сведения о внедрении результатов диссертации

Актуальность проблемы. Характерной тенденцией современного этапа развития является расширение применения регулируемых электроприводов переменного тока в различных устройствах общей, специальной и бытовой техники. В качестве силовой основы таких электроприводов выступают асинхронные двигатели (АД), а в структуре силовой части имеется звено постоянного тока (ЗПТ). В последние годы подобная структура электропривода получила название механотронной системы (МТС). Такая структура электропривода сочетает в себе высокие регулировочные характеристики приводов постоянного тока и хорошие эксплуатационные свойства машин переменного тока. Следует отметить, что для таких систем характерна тесная взаимосвязь электромеханической части с цепями управления и питания, а его характеристики определяются всеми его функциональными звеньями.
Отметим, что современное состояние российской электротехнической промышленности характеризуется тем, что разработка и внедрение в серию новых электроприводов с АД связано с известными экономическими и технологическими трудностями. Так как разработка новых серий АД для электроприводов требует больших стоимостных и временных затрат, а применение в электроприводе общепромышленных АД не обеспечивает необходимого уровня их технических характеристик. В этом случае перспективным и экономически целесообразным является создание электроприводов на конструктивной основе и магнитопроводах уже существующих серий электрических машин с измененными параметрами обмотки статора. При этом резко снижаются затраты на разработку изделия, появляется возможность использования уже имеющихся штампов и оснастки, сокращаются сроки внедрения двигателя в производство.
Технический уровень новых серий электроприводов тесно связан с возможностями систем автоматизированного проектирования (САПР), которые в свою очередь определяются используемой методикой проектирования системы. Современные САПР должны основываться на математических моделях адеклишь при полном моделировании электромагнитных процессов во всей схеме электропривода в целом.
При питании МТС от источника переменного напряжения звено Ф необходимо, в первую очередь, для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Пульсации выпрямленного напряжения воздействуют на работу электрической машины, а импульсный характер потребляемого МТС тока отрицательно влияет на нормальную работу питающей сети, особенно, если мощность источника и нагрузки соизмеримы. С этой точки зрения желательно максимально увеличить качество фильтрации выпрямленного напряжения и тока, применив фильтр с высоким коэффициентом сглаживания по току и напряжению [68, 69, 70, 71].
Для МТС с АД малой и средней мощности, подключаемых к однофазной сети 220 В, 50 Гц и предназначенных для работы в устройствах сложной бытовой электротехники, требование повышения качества фильтрации тока и напряжения на выходе УВ вступает в противоречие с требованием максимальной простоты и минимальной стоимости всего устройства. Поэтому на практике чаще всего целесообразно применение относительно простой Г-образной схемы фильтра, причем величины индуктивности Д|, и емкости Сф в схеме стараются минимизировать. В этом случае энергетические характеристики МТС несколько ухудшаются, однако значительно улучшаются стоимостные и массогабаритные показатели, т.е. потребительские свойства изделия. В связи с этим в процессе моделирования за базовую принята Г-образная схема фильтра, показанная на рис. 2.5, а.
Если индуктивный фильтр выполнен на стальном сердечнике, то его, для избежания режима одностороннего подмагничивания, часто выносят в цепь источника энергии [65, 66, 68]. Однако и в этом случае Тф и 7?ф электрически соединены последовательно с параметрами эквивалентной схемы замещения на рис. 2.3, что позволяет считать их “находящимися” в одном эквивалентном звене. На практике чаще в звене постоянного тока применяются “воздушные” индуктивные фильтры, в которых отсутствует эффект “подмагничивания” по-