Введение к работе
Актуальность темы. Одним из основных путей повышения производительности промышленных механизмов и качества производимых изделий является применение современных систем электропривода, в том числе и электроприводов на базе асинхронных двигателей с короткоэамннутым ротором (АД), обладающих известными достоинствами.
В связи с развитием робототяхнических комплексов и гибких автоматизированных производств объективно растет потребность промышленности в глубокорегулируемых асинхронных электроприводах малой и средней мощности. Класс промышленных структур таких электроприводов к настоящему времени стабилизировался. Большинство их построено на основе преобразования векторов управляющих воздействий и координат состояния АД, выполняемого таким образом, что математическая модель "преобразованной" машины в координатах "вход--выход" принимает вид, соответствующий уравнениям двигателя постоянного тока с независимым возбуждением при питании его обмоток от источника напряжения или источника тока (векторное и частотно-токовое управление). Однако, ограничения, присущие "классическим" системам с векторным и частотно-токовым управлением, сдерживают расширение области их применения. Дело в том, что к электроприводам сложных промышленных механизмов (металлорежущих станков, пре-цезионных машин по производству нетканых материалов, синтетических волокон и др.) часто предъявляются требования высокой статической и динамической точности. Если первое из них легко может быть выполнено обеспечением астатизма необходимого порядка, то второе, включающее в себя требование стабильности динамических траекторий регулируемых координат в условиях возможных изменений параметров объекта управления и возмущающих воздействий, реализуется значительно сложнее. При этом процессы по выходным координатам обычно стараются приблизить к некоторым эталонным, заданным порождающим их стационарным дифференциальным уравнением, а малая чувствительность траекторий выхода к указанным возмущениям рассматривается как желаемое свойство системы.-
Задачи такого типа в теории автоматического управления решаются с помощью методов адаптации и локализации, последний из которых более адекватен синтезу систем асинхронного электропривода в силу применимости к существенно нелинейным нестационарным объектам, а также простоты получаемых структур.
В этой связи актуальна задача построения на основе метода локализации систем управления автоматизированного асинхронного электропривода и разработки методик их синтеза, обеспечивающих не только высокие динамические и статические показатели, но и малую чувствительность режима стабилизации или формирования траекторий регулируемых координат к вариациям параметров объекта управления.
Целью диссертационной работы является синтез систем управления асинхронного электропривода регулируемой скорости, малочувствительных к изменениям параметров.
Задачи исследований:
-
Определить рациональную структуру системы автоматического регулирования скорости электропривода, малочувствительной к изменениям параметров, и ее зависимость от требований к динамике по внешним воздействиям и типа системы управления двигателем. Разработать методику расчета параметров регуляторов.
-
Установить влияние ошибки ориентирования вращающейся системы координат на динамические и статические свойства систем векторного управления асинхронным двигателем и разработать методику ее учета на этапа синтеза регуляторов электропривода.
-
Обосновать способ управления АД, не содержащий операций прямого преобразования координат, и принципы построения основанных на нем систем управления. Разработать методику параметрического синтеза систем, реализующих этот способ управления.
Перечисленные задачи решаются с помощью методов теории автоматического управления, теории электрических машин, качественной теории дифференциальных уравнений, численного моделирования и экспериментальной проверки теоретических результатов.
Научная новизна работы заключается в том, что:
-
Предложена методика синтеза систем электропривода, малочувствительных к изменениям параметров, основанная на принципе локализации.
-
Обоснован новый способ управления частотно-регулируемым электроприводом по фазе вектора потокосцепления ротора, позволяющий упростить структуру системы управления АД.
-
Разработаны математические модели систем управления асинхронными двигателями, учитывающие ошибку ориентиравания по полю.
Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем.
I. Разработаны инженерные методики синтеза регуляторов систем
векторного управления асинхронным двигателем и систем управления по фазе вектора потоносцепяения ротора.
-
Разработаны инженерные методики синтеза систем автоматического регулирования скорости асинхронных электроприводов с векторным управлением и управлением по фазе вектора потокосцепления ротора, малочувствительных к изменениям параметров двигателя и нагрузки. Предлагаемые методики сводят расчет параметров регуляторов к последовательному решению системы неравенств, определяющей диапазоны их возможных значений.
-
Сформулированы общие рекомендации по выбору структуры системы автоматического регулирования скорости асинхронного электропривода в зависимости от требований к ее динамике по задающему и возмущающему воздействиям, типа системы управления двигателем.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в диссертационной работе, использованы в Новосибирском отделении ВН1МГЭП НПО "Ротор" при построении экспериментального стенда натурного моделирования технологического процесса бесконтактной вытяжки немагнитной полосы в соответствии с программой НИР "Создание системы управления линейного бесконтактного привода натяжения немагнитной полосы".
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на научных семинарах кафедры "Электропривод и автоматизация промышленньпс установок" НЗТИ (1990-92 г.г.); научных семинарах кафедры "Автоматика и телемеханика" НЭГИ (1990-92 г.г.); Межреспубликанской студенческой научно-технической конференции "Проблемы экономии энергетических, материальных и трудовых ресурсов", Новосибирск, НЭГИ, 1990 г.} Второй научно-технической конференции "Устройства и системы автоматики автономных объектов", Красноярск, КПИ, 1990 г.; Шестой Всесоюзной научно-технической конференции "Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов", Бишкек, 1991 г.; Второй Всесоюзной научно-технической конференции по электромехано-тронике, Санкт-Петербург, 1991 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и подано две заявки на изобретения, по которым получены положительные решения ВНИИГПЭ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и 3 приложений. Она содержит 246 страниц, из которых: 156 стр. - основной машинописный текст, 30 стр. - рисунки и осциллограммы, 50 стр. - приложения, 10 стр. -
