Разработка электропривода для металлорежущих станков на базе асинхронного двигателя с цифровой системой управления

• Автор: Смирнов, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Иваново
• Количество страниц: 218 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ С

Вводные замечания

1.1. Анализ тенденций развития станкостроения в области высокотехнологичного и высокоточного производства

1.2. Обзор современных электроприводов металлорежущих станков с ЧПУ

1.3. Анализ технических требований к электроприводам современных

станков с ЧПУ
1.4. Разработка принципов рационального построения электроприводов высокоточного металлорежущего оборудования
Выводы
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНТУРА УПРАВЛЕНИЯ
МОМЕНТОМ
Вводные замечания
2.1. Анализ структурного построения систем управления моментом асинхронного двигателя
2.2. Синтез наблюдателей магнитного потока ротора и тока возбуждения двигателя
2.3. Параметрическая оптимизация контура управления моментом
2.3.1. Исследование влияния вариации постоянной времени ротора
на контур управления моментом
2.3.2. Разработка методики настройки наблюдателя магнитного
потока ротора
2.4. Синтез оптимального закона управления током намагничивания
2.4.1. Анализ влияния тока намагничивания на максимальный момент
и скорость электропривода
2.4.2. Разработка методики экспериментального определения закона управления магнитным потоком
2.4.3. Исследование влияния насыщения магнитного потока и
методы его компенсации

Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОПРОСОВ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ
СТАНОЧНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Вводные замечания
3.1. Анализ особенностей структурного построения конгуров управления положением и скоростью станочного электропривода
3.2. Исследования способов снижения влияния дискретизации сигналов задания и обратной связи
3.2.1. Оценка эффективности программного увеличения разрешающей способности сигнала задания
3.2.2. Определение оптимальной разрешающей способности измерителя перемещения по критерию минимума пульсаций активного тока
3.2.3. Исследование влияния экстраполяции сигнала обратной связи
3.3. Исследование способов формирования и передачи управляющих воздействий
3.3.1. Анализ влияния ограничения производных сигнала задания на качество управления
3.3.2. Исследование характеристик электропривода при цифровом и аналоговом управлении
Выводы
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЯ ОПЫТНОГО ОБРАЗЦА
ЦИФРОВОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
Вводные замечания
4.1. Разработка опытного образца асинхронного электропривода
4.1.1. Особенности аппаратной реализации цифрового электропривода
4.1.2. Разработка программных средств системы управления и диагностики электропривода
4.2. Создание лабораторного испытательного стенда
4.3. Разработка методики настройки электропривода
4.4. Исследования опытного образца электропривода
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Математические модели контура управления моментом АД
Приложение 2. Математическая модель цифровой системы управления
станочным электроприводом на базе АД
Приложение 3. Акт внедрения цифрового асинхронного электропривода
IntDrive-Auto в составе системы ЧПУ «IntNC» для горизонтальнорасточного станка ИС2А637ПФ4
Приложение 4. Акт об использовании опытного образца цифрового
асинхронного электропривода IntDrive-Auto в учебном процессе 212 Приложение 5. Свидетельство о государственной регистрации программы для
ЭВМ№ 2010617310
Приложение 6. Результаты внедрения электропривода IntDrive-Auto в составе системы ЧГІУ «IntNC» для горизонтально-расточного станка ИС2А637ПФ4

синхронных двигателей, это заключение опирается на успешные разработки в данной области, такие как Размер-2М [74]. Также в пользу асинхронных двигателей говорит их существенно меньшая стоимость и прогресс в развитии микропроцессорной и силовой электроники, позволяющий реализовывать все более сложные законы управления.
Основой системы управления моментом должен быть алгоритм векторных координатных преобразований [5,25,96]. Такой подход свободен от недостатков, свойственных приводам с системой управления, работающей в скользящем режиме: высокой частоты коммутации в силовом преобразователе и значительных пульсаций тока и момента двигателя. Алгоритм векторных координатных преобразований позволяет без существенных программных и аппаратных доработок управлять различными типами двигателей от одного и того же силового преобразователя, в частности, синхронными и асинхронными [96].
Однако данный подход связан с рядом нерешенных задач. В частности, одним из наиболее существенных сдерживающих факторов в развитии асинхронного привода в качестве высокоточного следящего привода является несовершенство практически реализованных алгоритмов идентификации параметров двигателя и магнитного потока ротора. Другим недостатком асинхронных приводов является нестабильность параметров двигателя, в частности, сопротивления ротора [3, 64], и нелинейность кривой
намагничивания.
Значительные усилия разработчиков приводов в настоящее время направлены на разработку алгоритмов и систем управления, свободных от указанных недостатков [34, 44, 46, 47,61,63].
Для идентификации фазы координатных преобразований в станочном электроприводе целесообразным является применение наблюдателей, использующих информацию о скорости или положении ротора [25, 45, 47]. Это объясняется тем, что в станочных приводах измерители положения или скорости устанавливаются всегда, так как основной задачей таких приводов является непосредственное управление указанными величинами. Как показывает анализ технической литературы [45, 47], наблюдатели с измерителем положения или скорости, значительно проще в реализации, чем бездатчиковые [15,28, 44,46,48,62]. Они имеют меныпее количество настраиваемых параметров и отличаются большей параметрической грубостью. Хотя свойственные асинхронным двигателям недостатки, связанные с нестабильностью параметров, остаются верными и для таких наблюдателей.
Наблюдатели с измерителем можно разделить на две группы. В первой группе идентификация фазы потокосцепления ротора осуществляется путем интегрирования