Ковбаса Сергій Миколайович. Система векторного керування асинхронним двигуном з властивостями грубості до варіацій активного опору ротора

Короткий опис

Ковбаса Сергій Миколайович. Система векторного керування асинхронним двигуном з властивостями грубості до варіацій активного опору ротора: дис... канд. техн. наук: 05.09.03 / НАН України; Інститут електродинаміки. - К., 2004

Ковбаса С. М. Система векторного керування асинхронним двигуном з властивостями грубості до варіацій активного опору ротора. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2004.
Дисертація присвячена питанням розробки та дослідження грубих до параметричних збурень алгоритмів векторного керування асинхронним двигуном, а також створенню на їх основі систем асинхронного векторно-керованого електроприводу.
Виконано теоретичне обґрунтування можливості застосування принципу розділення для синтезу алгоритмів векторного керування асинхронним двигуном з використанням замкнених спостерігачів магнітного потоку, які мають властивості асимптотичної експоненційно стійкості. Синтезовані та досліджені асимптотичні спостерігачі магнітного потоку АД з підвищеними властивостями грубості до варіацій активного опору ротора. Отримано теоретичне рішення задачі синтезу нового алгоритму векторного керування по вимірюваному виходу, який забезпечує асимптотичне відпрацювання заданих траєкторій кутової швидкості та потокозчеплення, та має властивості глобальної експоненційної стійкості. Показано, що запропоноване рішення має підвищені властивості грубості по відношенню до варіацій активного опору роторного кола, є простим з точки зору практичної реалізації, а також демонструє більш високі показники якості відпрацювання траєкторій кутової швидкості-модуля потокозчеплення та енергетичної ефективності у порівнянні зі стандартними рішеннями. Розроблено експериментальну установку станцію швидкого прототипного тестування алгоритмів керування електроприводами. Розроблено та створено експериментальний зразок векторно-керованого асинхронного електроприводу.

У дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теорія векторного керування АД і на цій основі вирішено актуальну науково-технічну задачу синтезу, теоретичного та практичного дослідження нових алгоритмів векторного керування АД, які мають підвищені властивості грубості по відношенню до варіацій активного опору роторного кола АД, що є суттєвим при створенні систем векторного керування з високими динамічними властивостями та показниками енергетичної ефективності. При цьому отримано наступні основні результати:
1. На підставі аналізу існуючих рішень в області векторного керування АД обґрунтована актуальність розробки нових алгоритмів векторного керування АД, які б забезпечували високі показники якості регулювання потокозчеплення-швидкості, були грубими до варіацій активного опору роторного кола та простими з точки зору практичної реалізації.
2. Теоретично обґрунтована правомірність застосування принципу розділення для синтезу алгоритмів прямого векторного керування АД. Для цього розроблено новий алгоритм відпрацювання заданих траєкторій моменту та модуля потокозчеплення ротора, який може використовуватися з будь-яким асимптотично експоненційно стійким спостерігачем потокозчеплення ротора.
3. Розроблено сімейство замкнених асимптотично-експоненційно стійких спостерігачів магнітного потоку АД та виконано їх повномасштабне дослідження, в результаті якого виявлені алгоритми оцінювання вектора потокозчеплення, які забезпечують підвищені показники грубості до варіацій активного опору ротора.
4. Досліджено алгоритм прямого векторного керування з замкненим спостерігачем магнітного потоку зниженого порядку, який забезпечує: глобальне асимптотичне експоненційне відпрацювання заданих траєкторій швидкості та потокозчеплення при дії невідомого постійного моменту навантаження; асимптотичну орієнтацію за вектором потокозчеплення ротора; асимптотичну лінеаризацію підсистеми регулювання швидкості до лінійної повністю керованої форми; асимптотичну розв’язку процесів керування кутовою швидкістю та потокозчепленням АД; грубість алгоритму керування до варіацій активного опору роторного кола; простоту практичної реалізації. Встановлено, що розроблений алгоритм за показниками якості керування та властивостями грубості не поступається алгоритмам, що базуються на замкнених спостерігачах магнітного потоку повного порядку.
5. Створені комп’ютерні математичні моделі для досліджень синтезованих структур векторного керування.
6. Створено експериментальну установку на основі 32-розрядного цифрового сигнального процесора з плаваючою точкою, за допомогою якої можливо досліджувати алгоритми керування будь-яким типом електричних машин.
7. Виконано експериментальні дослідження синтезованого грубого алгоритму векторного керування, які повністю підтверджують висновки отримані теоретичним шляхом та за допомогою математичного моделювання. В результаті встановлено, що при наявності параметричних збурень запропонований алгоритм векторного керування дозволяє зберегти високі показники якості відпрацювання траєкторій швидкості та потокозчеплення, а також підвищити ККД системи векторного керування (до 10 % ) у порівнянні зі стандартними рішеннями.
8. Розроблені засоби технічної реалізації синтезованого алгоритму векторного керування асинхронним двигуном на основі сучасних цифрових сигнальних процесорів та створено експериментальний зразок асинхронного електроприводу потужністю 2,2 кВт, що дозволяє використовувати грубі алгоритми векторного керування з метою серійного випуску уніфікованих асинхронних електроприводів для систем, в яких пред’являються високі вимоги до показників якості керування та енергетичної ефективності процесу електромеханічного перетворення енергії.
9. Результати виконаних в дисертації досліджень знайшли застосування в навчальному процесі у Національному технічному університеті України «КПІ», а також при створенні уніфікованого DSP контролера для системи векторного керування АД ЕКТ-4 на Запорізькому електроапаратному заводі.
10. Обґрунтованість та вірогідність наукових досліджень, висновків та рекомендацій підтверджена узгодженням результатів теоретичних досліджень з експериментальними даними.