Исследование динамики многорежимных систем тяговых электроприводов постоянного тока с широтно-импульсным управлением

• Автор: Тугарев, Алексей Святославович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

, Основные обозначения и сокращения

ВВЕДЕНИЕ
1 ПРОБЛЕМЫ ДИНАМИКИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

1.1 Особенности тягового электропривода

1.2 Тенденции развития тягового электропривода постоянного тока

1.3 Бифуркационные явления в динамике электропривода постоянного тока с импульсным управлением

1.4 Требования к системам управления ТЭП постоянного тока Результаты главы

Выводы по главе

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

2.1 Принципы формирования математических моделей импульсного электропривода постоянного тока
2.1.1 Особенности математического описания импульсных систем преобразования энергии
2.1.2 Математические модели энергетической подсистемы электропривода постоянного тока с импульсным управлением
2.1.2.1 Математические модели двигателей постоянного тока
2.1.2.2 Математические модели ключевых элементов 4 импульсных преобразователей постоянного тока
2.1.2.3 Математические модели ЬС фильтров
2.1.2.4 Математические модели.контактной сети постоянного тока
2.1.2 Математические модели информационной подсистемы элек
тропривода постоянного тока с импульсным управлением
2.1.2.1 Математические модели ШИМ 1 и 2 рода
2.1.2.2 Математические модели корректирующих устройств регуля торов тока
2.1.2.3 Математические модели корректирующих устройств регуля тора напряжения
2.2 Математическая модель взаимодействия ТЭП постоянного тока на участке контактной сети
2.3 Методы исследования математических моделей ТЭП постоянного тока с импульсным управлением
2.3.1 Метод точечных отображений и бифуркационный анализ
2.3.2 Численные методы интегрирования систем ОДУ
2.2.3 Переходные процессы и начальные условия
2.2.4 Методы идентификации динамических процессов
Результаты главы 2
Выводы по главе 2
3 ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ
ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
3.1 Выбор пространства оптимизируемых параметров и критериев качества для регулятора тока двигателя
3.2 Сравнительный анализ динамики тягового электропривода по стоянного тока в различных режимах
3.2.1 Определение положения бифуркационных границ ктах
3.2.2 Определение положения бифуркационных границ кт,п0
3.2.3 Квазипериодические колебания в динамике электропривода
постоянного тока
3.3 Исследование рекуперативнореостатного торможения и взаимо действия тяговых электроприводов через контактную сеть
3.3.1 Общие подходы к исследованию взаимодействия тяговых элек троприводов через контактную сеть
3.3.2 Механизм передачи недетерминированной динамики через кон тактную сеть
3.3.3 Оптимизация параметров регулятора напряжения
3.4 Методика параметрической оптимизации тягового элсктроприво
да постоянного тока с ШИМ
Результаты главы 3
Выводы по главе 3
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МО
ДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
4.1 Экспериментальный стенд для исследования адекватности моде
лирования динамики электропривода постоянного тока
4.2 Экспериментальные зависимости и характеристики
4.3 Математическое моделирование электропривода стенда
4.4 Оценка адекватности моделирования
4.5 Исследование динамики торможения электропривода постоянно 7 го тока на стационарном экспериментальном стенде
Результаты главы 4
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Важнейшим требованием к системам управления автоматизированных тяговых электроприводов постоянного тока ЛТЭП ПТ является обеспечение во всех штатных режимах синхронной динамики, при которой частота колебаний в системе равна частоте синхронизации. Кроме того, для каждого из этих режимов на высоких скоростях, как правило, предусмотрены субрежимы, отличающиеся от основных ослаблением магнитного поля тяговых двигателей. Такой выбор не может быть произведен в рамках традиционного подхода к проектированию регуляторов, основанного на использовании теории линейных систем и не способного учесть возможность возникновения сложных типов движений, но возможен при использовании бифуркационного анализа, позволяющего выявлять в пространстве параметров моделируемой системы границы областей существования различных типов движений, в первую очередь синхронной динамики. При этом особую важ
ность имеет требование адекватности моделирования исследуемой системы. Исследования систем силовой электроники, учитывающие возможность субгармонической, квазипсриодичсской и хаотической динамики ведутся на протяжении последних лет М. М. Кипиис, Г. А. Белов, Г. П. Охоткин, Н. И. Щуров, Баушев, Ю. В. Колоколов, С. Л. Косчинский, Ж. Т. Жусубалиев, . М. i , , . Важность проблем исследования динамики многорежимных систем большой размерности во всех возможных режимах и взаимовлияния АТЭП ПТ через контактную сеть неоднократно отмечалась, однако подходы к их решению только наме
Цслыо диссертационной работы является повышение эффективности процесса электромеханического преобразования энергии в системах ЛТЭП ПТ с широтноимпульсным управлением на основе формирования методики выбора параметров регуляторов с учтом бифуркационных явлений в динамике этих систем, многорежимности и взаимовлияния через контактную сеть. Методы и средства исследования. Для решения указанных задач в работе использованы методы теории нелинейных динамических систем, теории чувствительности и теории автоматического управления, численные методы решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений, итерационные методы решения нелинейных уравнений. ЭВМ с помощью разработанного пакета прикладных программ. Экспериментальная часть работы выполнена на экспериментальном стенде, включающем систему двигатель генератор постоянного тока, импульсный преобразователь с программноаппаратным управлением, систему сбора данных и контрольноизмерительное оборудование. Математические модели АТЭП ПТ с широтноимпульсной модуляцией ШИМ управляющего сигнала, адекватно описывающие штатные режимы функционирования, в том числе взаимодействие двух электроприводов через контактную сеть. Механизм взаимовлияния АТЭП ПТ через контактную сеть. Методика выбора параметров регуляторов тока и напряжения АТЭП ПТ с широтноимпульсным управлением с учтом многорежимности и взаимодействия через контактную есть. Практическая значимость работы состоит в сформированном подходе к исследованию систем электропривода постоянного тока, в частности, тягового, позволяющего повысить эффективность его работы, включающего методику выбора параметров регуляторов тока и напряжения тяговых электроприводов постоянного тока с широтноимпульсным управлением. ЗАО Электротекс г. Основы автоматики и системы автоматического управления и Динамика электроприводных систем на кафедре Проектирование, технология электронных и вычислительных систем ОрлГТУ. Апробация работы. Научные и практические результаты диссертационной работы обсуждались на научнотехнической конференции молодых учных, проходившей в рамках 7й Балтийской международной олимпиады
по автоматическому управлению СПб, СПбГИТМО, , на международной школесеминаре Перспективные системы управления на железнодорожном, промышленном и городском транспорте Алушта, на научнотехнических конференциях Новые технологии в научных исследованиях, проектировании, управлении, производстве Воронеж, , Энергосбережение XXI век и Методы прикладной математики и компьютерной обработки данных в технике, экономике и экологии Орл, , а также на научных семинарах кафедры ПТЭиВС ОрлГТУ. Публикации.