Разработка и исследование моделей энергосберегающего управления электромеханическими системами : На примере электроприводов переменного тока

• Автор: Ильин, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОБЛЕМ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
1 Л. Направления развития теории и практики электромеханических
систем
1.2. Состояние и проблемы создания и применения управляемых электроприводов переменного тока
1.3. Конкретизация объекта, цели и задач работы
Выводы
2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ И КОМПЬЮТЕРНЫХ МОДЕЛЕЙ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
2.1. Обоснование требований к составу, свойствам и средствам разработки моделей
2.2. Математические и компьютерные модели электромеханических преобразователей
2.3. Математические и компьютерные модели преобразователей электрической энергии
2.4. Математические и компьютерные модели механической подсистемы ЭМС
2.5. Модели для оценки теплового состояния компонентов ЭМС
Выводы
3. МОДЕЛИ ПОИСКА АЛГОРИТМОВ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫМ
ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ
3.1. Математическая формулировка задач эффективного управления
3.2. Поиск эффективного управления электроприводом
в установившихся режимах работы
3.3. Поиск условий эффективного управления электроприводом
в переходных режимах
3.4. Система прикладных программ исследования ЭМС
Выводы
4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ
АЛГОРИТМОВ ЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭМС
4.1. Описание автоматизированного стенда для исследования ЭМС ... 12"
4.2. Программа и анализ результатов исследования алгоритмов управления электроприводом в статических режимах
4.3. Программа и анализ результатов исследования алгоритмов управления электроприводом в переходных режимах
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Многообразие функцион&тьных задач, решаемых электромеханическими устройствами в составе различных технических систем и комплексов, повышение требований к их технико-экономическим и функциональным показателям приводит к необходимости создания сложных электромеханических систем (ЭМС). Увеличение количества и усложнение взаимосвязей компонентов служит источником значительных сложностей, возникающих при разработках и обеспечении требуемого качества функционирования ЭМС. В данной ситуации натурные исследования по ряду причин оказываются неэффективными. Поэтому основным современным средством исследования ЭМС становится компьютерное моделирование, опирающееся на достижения теории моделирования сложных систем и возможности вычислительной техники.
Задачи поиска эффективных проектных решений занимают одно из центральных мест при разработке ЭМС и их компонентов. При этом возрастает роль методов и средств управления и оценки реакции систем на управляющие воздействия. Кроме того, существенное место в современных разработках и исследованиях занимают вопросы эксплуатации уже существующих электромеханических устройств и систем, решение которых может обеспечить наиболее эффективные режимы их работы. И в том и другом случае качество принимаемых решений в значительной мере зависит от точности и достоверности моделей, используемых в процессе принятия проектных решений. Причем, по мере совершенствования методов и средств проектирования и управления все более высокие требования предъявляются и к модельным представлениям разрабатываемых систем. При этом важным шагом в повышении адекватности моделей реальным объектам является переход к моделированию динамических процессов с учетом нелинейности внутренних связей компонентов системы.
Значительный вклад в становление и развитие методов и средств математического моделирования электромеханических преобразователей внесли отечественные ученые-электромеханики А. В. Иванов-Смоленский, И. П. Копылов,

свободный выбег и торможение постоянным током [70]. Практической реализации подобных устройств и алгоритмов управления предшествует поиск эффективных путей улучшения динамических и энергетических характеристик, который, как показано в [72], наряду с другими требует решения и такой задачи, как анализ электромагнитных процессов, протекающих в системе ПЧ-АД в различных переходных режимах, с целью определения оптимального управления.
Для решения задач оптимизации показателей в переходных режимах применялись в основном вариационное исчисление и традиционный принцип максимума. Однако полученные оптимальные алгоритмы не находили до настоящего времени широкого применения по двум причинам: из-за сложности применяемого математического аппарата и отсутствия технических средств, позволяющих реализовать сложные функциональные зависимости в режиме реального времени. На основе применения этих методов, а также принципов динамического программирования, фазовой плоскости и задачи Майера-Больца в [84] осуществляется синтез оптимальных (по быстродействию) управлений. На упрощение математического аппарата направлены асимптотические методы, обзор которых приведен в [82]. Вследствие широкого применения в системах управления микропроцессорных средств, появилась возможность синтезировать на их основе оптимальные регуляторы. Для дальнейшего упрощения алгоритмов предлагается реализовывать конечные процедуры для описания оптимальных процессов, не приводящих к краевой задаче. В частности для этих целей в [21, 83] предлагается использовать так называемый магистральный подход к оптимизации электроприводов, а также модифицируемый принцип максимума для систем с немонотонным аргументом.
Если допустить, что передаточная функция двигателя известна и с достаточной точностью воспроизводит изменение переменных в переходных режимах, то на основании функциональных схем можно составить структурную схему привода и решить задачу анализа и синтеза методами, подробно разработанными для приводов [87]. Однако анализ работ по переходным режимам асинхронного ко-