Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Информатика arrow КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО И ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В SIMULINK
Посмотреть оригинал

Математическое описание векторного управления двигателем

Перепишем систему (1.62) в виде отдельных уравнений в операторной форме для системы координат, вращающейся с произвольной частотой а>к:

Смысл векторного управления состоит в ориентации потока ротора Ч'ююм п0 оси х вращающейся системы координат:

Применяем условие (4.8) к выражению (4.4) и получаем условие ориентации потока ротора но оси л-:

где й)и - частота источника тока (например, инвертора); сок - частота вращения подвижной системы координат х, у; сот - частота вращения ротора; kR,RR - параметры двигателя; is - составляющая тока статора по оси у.

Из условия (4.9) следует, что поток ротора y/Rll(>M = y/Rx ориентирован по оси х, если частота инвертора а>и (источника тока) соответствует частоте вращения координат сок. Кроме того, из выражения (4.9) следует, что заданием на формирование необходимой частоты источника тока является ток статора is и поток ротора у/Rx.

Выражение (4.3) с учётом условия (4.8) упрощается и принимает вид:

где TR - постоянная времени цепи обмотки ротора; iSx - составляющая тока статора но оси х.

Формула для определения момента асинхронного двигателя также с учётом (4.8) упрощается и становится по структуре такой же, что для двигателя постоянного тока:

где is - составляющая тока статора двигателя по оси у, определяющая совместно с потоком ротора у/Rx электромагнитный момент двигателя Те р- число пар полюсов двигателя.

Определение составляющих тока статора по осям х и у осуществляется по выражениям (4.1) и (4.2) с учетом условия (4.8):

где LS,TS,R - параметры схемы замещения асинхронного двигателя; USx,USy - составляющие напряжения источника тока по осям х и у.

Полученная система уравнений (4.14) описывает поведение неоп- тимизированной структуры электропривода с векторным управлением. Разработаем эту структуру с целью определения путей её оптимизации (рис. 4.1). Структура включает реализацию уравнений (4.14) и моделирование как активного, так и реактивного моментов нагрузки.

Анализ выражений (4.14) позволяет сделать следующие заключения:

  • 1) управление электроприводом осуществляется путём задания гока статора по соответствующим осям. По оси Л' задаётся ток, определяющий поток ротора, по оси у - ток, определяющий момент двигателя. Кроме того, текущие значения тока по оси у и потока ротора определяют совместно с частотой вращения ротора частоту преобразователя, питающего двигатель (4.9);
  • 2) для придания проектируемому приводу свойств привода постоянного тока эти составляющие тока статора iSx и is должны не изменяться при воздействии поступающих при работе двигателя внутренних возмущений;
  • 3) такими свойствами структура, представленная на рис. 4.1 не обладает. Реализация режима источника тока в автономном инверторе осуществляется введением дополнительных контуров управления с астатическими регуляторами, на вход которых подается разность задающего сигнала и сигнала с датчика реального тока двигателя.
  • 202
Неоптимизированная структура векторного управления (Fig4_01)

Рис. 4.1. Неоптимизированная структура векторного управления (Fig4_01)

203

Структура асинхронного двигателя с векторным управлением с применением преобразоватечя частоты с широтно-импульсной модуляцией (Fig4_02) tt)Z

Рис. 4.2. Структура асинхронного двигателя с векторным управлением с применением преобразоватечя частоты с широтно-импульсной модуляцией (Fig4_02) tt)Z

Структура асинхронного двигателя с векторным управлением с применением преобразоватечя частоты с релейным управлением (Fig4_03)

Рис. 4.3. Структура асинхронного двигателя с векторным управлением с применением преобразоватечя частоты с релейным управлением (Fig4_03)

На рис. 4.2 показана разработанная структура асинхронного двигателя с векторным управлением с применением преобразователя частоты с широтно-импульсной модуляцией. В отличие от структуры на рис. 4.1 введён контур тока с реальным преобразователем. Причём контур тока присутствует на осях х и у, задание на работу двигателя поступает в токовой форме. По этому такое управление называют частотно-токовым. Все внутренние возмущения, действующие в реальном двигателе и описанные системой уравнений (4.14), в структуре учтены.

На рис. 4.3 демонстрируется структура с релейным управлением током. Все особенности математического описания (4.14) также учтены.

На обоих структурах предусмотрена возможность исследования работы двигателя с любым характером нагрузки (с реактивным TL и Та активным моментами).

Для оптимизации процессов векторного управления асинхронным двигателем необходимо спроектировать два управляющих контура: потоком и скоростью с внутренними подчинёнными контурами тока.

На рис. 4.4 представлена структура контура формирования пото- косцепления (магнитного потока) ротора.

Структура контура управления магнитным потоком (Fig4_04)

Рис. 4.4. Структура контура управления магнитным потоком (Fig4_04)

Структура включает два контура: внешний (главный) контур потока и внутренний (подчинённый) контур тока. Управление процессом формирования тока статора во вращающейся системе координат по оси .г ведёт регулятор тока Current PI Controller. Ток в контуре Isx создаётся с помощью управляемого преобразователя (инвертора), представленного идеальным (непрерывным) апериодическим звеном первого порядка. Силовая часть двигателя, введённая в контур тока Transfer Fen Current, представлена апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени T’s. Цепь обратной связи содержит фильтр Filtrl. В прямой цепи контура тока показан сумматор Suml2, через который вводятся внутренние возмущения, действующие от реального электропривода в соответствии с математическим описанием. В расчётной схеме возмущения исключены в предположении компенсации их при использовании астатического управления.

Внешний контур управляется регулятором потока Flux PI Controller. Выходной сигнал регулятора является входным для контура тока. Формирование магнитного потока в структуре асинхронного двигателя осуществляется апериодическим звеном первого порядка Transfer Fen Flux с постоянной времени Тг. В прямую цепь контура потока введён фильтр Filtr2 в предположении, что в реальном электроприводе поток будет вычисляться, так как прямого доступа к этому параметру нет.

Данная структура смоделирована в Simulink и представлена в файле Fig4_04. В модель введены параметры, полученные ниже, и при желании можно наблюдать оптимальный процесс управления потоком.

На рис. 4.5 представлена структура контура управления частотой вращения ротора.

Структура контура управления скоростью (Fig4_05)

Рис. 4.5. Структура контура управления скоростью (Fig4_05)

Структура включает два контура: внешний (главный) контур скорости и внутренний (подчинённый) контур тока. Управление процессом формирования тока статора во вращающейся системе координат по оси у ведёт регулятор тока Current PI Controller. Ток в контуре Isy создаётся с помощью управляемого преобразователя (инвертора), представленного идеальным (непрерывным) апериодическим звеном первого порядка. Силовая часть двигателя, введённая в контур тока Transfer Fen Current, представлена апериодическим звеном первого порядка с постоянной времени T's. Цепь обратной связи содержит фильтр Filtrl. В прямой цепи контура тока показан сумматор Suml3, через который вводятся внутренние возмущения, действующие от реального электропривода в соответствии с математическим описанием. В расчётной схеме возмущения исключены в предположении компенсации их при использовании астатического управления. В отличие от контура потока характер возмущений другой, требующий запаса напряжения от инвертора.

Внешний контур управляется регулятором скорости Speed PI Controller. Выходной сигнал регулятора является входным для контура тока. Электромагнитный момент Те создаётся током Isy после умножения его на поток и коэффициент Gain Те. Для упрощения структуры поток введён в виде номинального значения. Формирование частоты вращения асинхронного двигателя осуществляет интегральное звено Integrator с постоянной времени, равной J. В прямую цепь контура скорости введён фильтр Filtr31, оптимизирующий переходный процесс в структуре при ступенчатом управлении. В цепь обратной связи контура скорости введён фильтр Filtr32 в предположении, что в реальном электроприводе частота вращения будет вычисляться при безсенсорном управлении, либо формироваться от цифрового датчика положения.

Данная структура смоделирована в Simulink и представлена в файле Fig4_05. В модель введены параметры, полученные ниже, и при желании можно наблюдать оптимальный процесс управления частотой вращения.

Рассмотренные структуры (рис. 4.4 и 4.5) приняты для расчёта и оптимизации.

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы