Цифровое моделирование системы управления электроприводом в пространстве исходных фазовых координат
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
? выпрямителя, мостового инвертора), они содержат в едином корпусе также датчики, схемы драйверов, защиты, элементы диагностики, источники питания.
Качественное сравнение силовых вентилей, используемых в современных системах электропривода приведено в табл. 2.1
Таблица 2.1 - Сравнительная характеристика силовых вентилей
Схема вентиляНаименованиеОбласть примененияХарактеристикиMOSFETНизкое напряжение (<220 В)- очень малое RDS(ON) - сопротивление сток-исток в открытом состоянии - очень высокая частота (до 500 кГц) - контролируемое напряжение затвора (легко управляем)БиполярныйВысокое напряжение, малые токи- малые потери при включении - высокая частота (до 100 кГц) при малых токах - сложное управлениеIGBTВысокое напряжение, большие токи- потери при включении намного меньше, чем у MOSFET - средняя частота (до 20 кГц) - контролируемое напряжение затвора (легко управляем)
В качестве управляемых ключей для построения автономных инверторов или других коммутаторов тока в обмотках двигателей принципиально можно использовать мощные биполярные транзисторы в ключевом режиме, полевые транзисторы MOSFET и биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Из таблицы следует, что в сфере электропривода преимущества имеют IGBT-транзисторы. IGBT сочетают достоинства биполярных и полевых транзисторов. Благодаря малой мощности управления и низким потерям в статических режимах IGBT полностью вытеснили биполярные транзисторы из диапазона средних мощностей. Поэтому положим, что силовой преобразователь выполнен на транзисторах серии IGBT.
Схемотехническое решение силовой части привода определяется выбранным способом управления силовыми ключами. Наиболее качественное регулирование может быть получено при широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Частотные свойства ШИМ ограничиваются только конечным временем включения и выключения ключа. При достаточно высокой частоте коммутации индуктивности обмоток электрической машины являются естественными низкочастотными фильтрами, что обеспечивает более качественное формирование требуемых токов и напряжений. Принципиальная схема силовой части электропривода с двуполярным транзисторным преобразователем с ШИМ приведена на рис. 2.1.
Рисунок 2.1 - Принципиальная схема силовой части электропривода
Схема состоит из вхого мостового инвертора. индуктивный характер нагрузки учитывается подключением параллельно транзисторным ключам диодов, которые обеспечивают непрерывность цепи протекания тока в обмотке при отключении ее от источника питания и возврат запасенной магнитной энергии в конденсатор фильтра. В электроприводах, имеющих в цикле работы участки рекуперации механической энергии или высокую интенсивность тормозных режимов для слива рекуперированной электроэнергии приходится предусматривать специальную цепь из дополнительного ключа и резистора, рассеивающего эту энергию.
2.2 Математическое описание объекта управления
Объектом управления является система транзисторный ключ-двигатель постоянного тока (ТК-Д), которая описывается следующей системой дифференциальных уравнений:
(2.1)
где I - ток якорной цепи, А; w - скорость двигателя, рад/с; S - перемещение механизма, мм; UУ - управляющее напряжение преобразователя. Для раiета параметров объекта управления используются следующие соотношения:
эквивалентное сопротивление якорной цепи системы определить, полагая, что активное сопротивления цепей преобразователя составляет примерно 50% активного сопротивления якорной цепи двигателя:
,
для машин серии П;
Электромагнитная постоянная времени якорной цепи
где индуктивность якорной цепи системы аналогично активному сопротивлению
(2.3)
где,
где k = 6тАж8 - для быстроходных некомпенсированных машин;= 8тАж12 - для нормальных некомпенсированных машин;= 5тАж6 - для компенсированных машин;
произведение потока на конструктивную постоянную двигателя
где - номинальная скорость вращения, рад/с.
коэффициент передачи транзисторного ключа
где EП.МАКС - максимальная выходная ЭДС транзисторного ключа, которую приблизительно принять на 30тАж50% выше номинального напряжения двигателя:П.МАКС = 1,3тАвUН =1,3тАв220=286 (2.7)- максимальное управляющее напряжение (UМ = 10 В).
электромеханическая постоянная времени системы
где суммарный момент инерции вала двигателя и механизма принять
коэффициент передачи механизма положить равным
мм/рад.
Структурная схема объекта управления приведена на рис.2.2.
Рисунок 2.2 - Структурная схема объекта управления
При составлении математической модели и в дальнейших раiетах не учитывается статический момент сопротивления MC.
3. СИНТЕЗ ПОЗИЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ В ПРОСТРАНСТВЕ ИСХОДНЫХ ФАЗОВЫХ КООРДИНАТ
.1 Общие положения синтеза системы методом АКР
В основе АКР лежат интегральные квадратичные критерии качества. Задача АКОР состоит в том, что для объекта, движение которого описывается системой линейных дифференциальных уравнений
, , (3.1)
где все координаты Xi и управление U заданы в относительных единицах, необходимо синтезировать алгоритм управления, доставляющий минимум функционалу качества
, (3.2)
где , - заданная траектория невозмущенного движения (или уровень с