Разработка универсальной модульной бездатчиковой системы управления вентильно-индукторного электропривода

• Автор: Фукалов, Роман Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Глава 1. Вентильно-индукторный электропривод как объект исследования
1.1. Принцип действия вентильно-индукторного электропривода
1.2. Требования к силовому преобразователю и варианты выполнения
1.3. Требования к системе управления вентильно-индукторного электропривода
1.4. Обзор способов управления ВИП
1.5. Экспериментальная база
Глава 2. Бездатчиковое управление вентильно-индукторным
электроприводом
2.1. Варианты реализации бездатчикового управления для ВИМ
2.2 Алгоритм бездатчикового управления
2.3. Реализация алгоритма бездатчикового управления
2.3.1. Выбор масштабов представления для расчетных величин
2.4. Влияние дискретности на точность определения положения
2.5. Учет падения напряжения
Глава 3. Модульная система управления вентильно-индукторного
электропривода
3.1. Построение модульной системы управления
3.1.1. Структура системы управления - разделение на уровни
3.1.2. Микрояядро - состав и задачи
3.1.3. Оценка временных и точностных характеристик работы регулятора тока
3.1.4. Оценка загруженности процессора модулями ядра
3.2. Второй уровень реального времени
3.3. Прикладной уровень системы
3.4. Варианты компоновки системы управления для разных применений
Глава 4. Определение текущего положения ротора в режиме бездатчиковой коммутации вентильно-индукторного
электропривода
4.1. Постановка задачи
4.2. Непрерывное определение положения по сигналам работающей фазы
4.3. Получение непрерывного сигнала положения ротора на периоде коммутации фазы
4.4. Экспериментальные исследования алгоритма определения текущего положения ротора
4.5. Модульная структура программного обеспечения системы непрерывного определения положения ротора
Глава 5. Генераторный режим вентильно-индукторного электропривода
5.1. Особенности работы ВИЛ в генераторном режиме
5.2. Исследование цикла коммутации в генераторном режиме
5.3. Моделирование цикла коммутации ВИП
5.4. Построение системы управления в генераторном режиме
5.5. Экспериментальные исследования генераторного режима
Заключение
Литература

В последние годы за рубежом (Германия, Великобритания, Швеция, Италия, США, Япония), а теперь и в России многими университетами и фирмами ведутся разработки нового типа электропривода для различных применений.
Он состоит из очень простой, дешевой и надежной электрической машины с разным числом явно выраженных полюсов на статоре и роторе и электронного коммутатора с микропроцессорным управлением.
В данной работе рассматривается только вентильно-индукторный электропривод (ВИП), имеющий в своем составе вентильно-индукторную машину (ВИМ) с самоподмагничиванием. Среди электроприводов с индукторными машинами эта конфигурация наиболее интенсивно исследовалась и развивалась последние 15- 20 лет. В зарубежной литературе она получила название Switched Reluctance Motor (SRM), а электропривод на ее основе - Switched Reluctance Drive (SRD). В этих названиях подчеркивается специфика управления силовым электронным коммутатором в функции углового изменения собственной индуктивности фаз машины.
По массогабаритным и энергетическим показателям ВИП не уступает, а по некоторым характеристикам даже превосходит прекрасно отработанный и широко применяемый частотно-регулируемый асинхронный электропривод. Конструктивные и функциональные особенности ВИП - отсутствие обмоток на роторе, меньший, чем у обычных машин, момент инерции, легко сменяемые катушечные обмотки статора, большие моменты при низких частотах вращения, гибкое управление скоростью и моментом и др. — делают этот привод весьма привлекательным не только для общепромышленных и транспортных применений, но и для высокоскоростных и высокомоментных электроприводов.
Машину индукторного типа можно считать перспективным электромеханическим преобразователем энергии, способным удовлетворить весьма разнообразным и во многом противоречивым требованиям к современным регулируемым электроприводам. Но характерные особенности ВИМ, главными из которых являются дискретность управления, изменение в широких пределах магнитной системы двигателя, т.е. сложность физических процессов, определяющих работу электропривода, учет которых является необходимым условием для построения привода с высокими потребительскими свойствами, приводят к сложным алгоритмам управления. Кроме того, необходимость датчика положе-

типовой структуры наличием распределителя импульсов и регулятора углов коммутации фаз. Наличие этого контура регулирования в определенной мере сходно с контуром регулирования возбуждения в двухзонной системе регулирования электропривода постоянного тока. Регулирование углов включения и отключения фазы становится основным управляющим воздействием при работе на высоких скоростях, когда ШИМ-регулирование напряжения достигает естественного ограничения в 100%. Однако взаимодействие контуров регулирования напряжения и углов коммутации не столь жестко связано друг с другом как в системах с зависимым управлением полем. Стабилизация скорости на заданном уровне может осуществляться по одному и тому же каналу регулирования напряжения независимо от зоны регулирования, а изменение углов коммутации необязательно производить в функции напряжения.
Реализация СУ ВИП на микроконтроллере класса Motor Control проявляется в структуре системы наличием аппаратного модуля ШИМ, объединяющего в себе функции ШИМ-генератора и распределителя импульсов. В качестве регулятора тока для ВИП наиболее подходит релейный регулятор тока с так называемым двойным токовым коридором, имеющий два дискретных выхода — для управления верхним и нижним силовыми ключами. Его применение позволяет в принципе исключить из системы ШИМ-генератор, т.е. управлять силовыми ключами через дискретные выходы общего назначения. Однако комбинация ШИМ и релейного регулятора тока позволяет автоматически ограничить на заданном уровне частоту переключения силовых ключей.
Если в приводе не требуется регулируемого токоограничения, то его уровень задается на уровне максимального тока двигательного режима /т>д, а уровень ограничения тока в генераторном режиме /т.д, отличается на величину Д/, обеспечивающую селективность работы регулятора тока. В этом случае выход регулятора скорости поступает непосредственно на вход ШИМ-генератора и задает значение скважности. Возможно и традиционное построение системы, когда выход регулятора скорости поступает на вход регулятора тока (показано штриховой линией). Как обычно, ограничить ускорение в системе возможно применением задатчика интенсивности на входе регулятора скорости.
На базе структуры, приведенной на рис. 1.8, разработана структура системы управления ВИП [28], реализующая приведенный алгоритм (рис. 2.8).
В рамках базовой структуры рис. 2.8 возможна реализация систем раз-