Управление с предсказательными моделями: структурные схемы и методы

6). Для выделения «чистого» сигнала активного тока возбуждения необходим инерционный фильтр по каналу обратной связи, который бы убрал пульсирующую составляющую. Инерционный фильтр вносит запаздывание и, как следствие, система становится колебательной с большими значениями перерегулирования по току и напряжению возбуждения.Рисунок 6 - Функциональная схема системы регулирования тока возбуждения с датчиком производной активного тока: РТВ – регулятор тока возбуждения; ДФ – дифференциальный фильтр по каналу положительной обратной связи по току; Ф – фильтр по каналу отрицательной обратной связи по токуСАРВ с положительной обратной связью по производной внутреннего угла На рис. 7 приведена функциональная схема системы регулирования тока возбуждения СД в функции производной угла θ, а на рис. 4 – с регулятором скольжения с ПД–структурой. В первой схеме производная угла нагрузки выделяется на входе регулятора тока, а во второй – в регуляторе скольжения.Рисунок 7 - Рис. 3. Функциональная схема системы регулирования тока возбуждения СД в функции производной угла θ: РТ – регулятор тока; ТВ – тиристорный возбудитель; РТВ – регулятор тока возбужденияПредставленная на рис. 8 функциональная схема САРВ с идентификатором угла нагрузки СД иллюстрирует трёхконтурную систему с уточненной математической моделью выделения угла нагрузки θ. Для косвенного измерения угла θ используются сигналы датчика тока возбуждения ДТР, датчика напряжения возбуждения ДНР, датчика тока ДТС и напряжения ДНС статора. В результате вычислений было получено значение внутреннего угла нагрузки СД, которое использовано в качестве параметра обратной связи контура регулирования продольного тока. Реализация такой структурной схемы трехконтурной системы АРВ СД с дополнительным воздействием по углу нагрузки потребует мощной, быстродействующей и дорогой микропроцессорной базы, т.к. для вычисления угла нагрузки используется большая математическая модель. В предлагаемой системе АРВ реактивный ток статора поддерживается на заданном оптимальном уровне, а колебательность ротора и время переходного процесса снижены при этом в 2–4 раза.Рисунок 8 - Функциональная схема САРВ с идентификатором угла нагрузки СД: ИМ – исполнительный механизм, В – тиристорный выпрямитель, Т – трансформатор, ДНС – датчик напряжения статора, ДТС – датчик тока статора, ДТР – датчик тока ротора, ВАРМ – вычислитель активной и реактивной мощностей СД, РТВ – регулятор тока возбуждения, РРТ – регулятор реактивного тока, РН – регулятор напряжения, БДК – блок демпфирования колебаний ротора, ИУН – идентификатор угла нагрузки СДСистемы регулирования скорости для СД без обмотки возбуждения требуют координаты угла поворота ротора относительно магнитного поля (рис. 9). Рисунок 9 – Обобщенная функциональная схема многоканальной САУ m–фазным СД:РС, РТ – регуляторы скорости, составляющих векторов тока статора и тока возбуждения соответственно; БН – блок нелинейностей; ПК1, ПК2 – преобразователи координат; ПЧ – преобразователь частоты; ВУ – вычислительное устройство; ДП, ДС – датчики положения и скорости соответственноТаким образом, для качественного регулирования скорости СД, особенно с нагрузкой, необходима установка датчика положения (ДП), либо косвенное вычисление угла поворота ротора.3. В.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков – Синхронизированный асинхронный электропривод. – Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. 2010.В статье рассмотрена система синхронизированного асинхронного электропривода на базе асинхронного двигателя с фазным ротором с преобразователем частоты в цепи статора и коммутатором тока роторных обмоток. Система управления электроприводом реализует минимизацию электрических потерь при условии поддержания главного магнитного потока, что позволяет поддерживать постоянный критический момент приводов со случайным графиком нагрузки[5]. Особое внимание следует отвести режиму пуска синхронизированного двигателя. Имеют место два основных способа запуска таких машин: асинхронный, с последующей синхронизацией и частотный. Первый способ в целях упрощения анализа считают состоящим из двух этапов. На первом этапе происходит разгон двигателя в асинхронномрежиме до подсинхронной скорости, которая характеризуется рабочим скольжением асинхронного двигателя ps. Затем следует процесс втягивания двигателя в синхронизм, который носит сложный колебательный характер и в значительной степени зависит от двух параметров: подсинхронной скорости ПСωи значения момента инерции на валу двигателя J.В результате моделирования было установлено, что на надежность синхронизации большое влияние оказывает момент подачи возбуждения в цепь ротора и при правильном его подборе удается добиться оптимального переходного процесса. Второй способ – частотный, удобен тем, что он не требует дополнительных пусковых схем на стороне статора или ротора.Начальная частота f0 должна поддерживаться примерно 0,5…0,8 с, для того, чтобы результирующий вектор тока статора сделал минимум один оборот, «подхватывая» вектор магнитного потока ротора и, увлекая его за собой, втянул ротор в синхронизм, а также успокоились колебания ротора, после чего можно равномерно повышать частоту до необходимогозначения.В дальнейшем по мере разгона синхронизированного асинхронного двигателя ток ротора можно плавно повышать путём увеличения постоянного напряжения, подаваемого в ротор. Притом по мере роста скорости двигателя интенсивность нарастания целесообразнее повышать.Наиболее простым законом управления является закон постоянства отношения напряжения к частоте U/f=const. Основной недостаток такого закона заключается в уменьшении потока с понижением частоты из-за падения напряжения в первичных активных сопротивлениях двигателя. Отсюда возникает необходимость регулирования напряжения по законупостоянства главного магнитного потока двигателя, который повышает перегрузочную способность. При управлении электроприводом по данному закону возникает вопрос об оптимальном распределении намагничивающих токов электродвигателя. Возможны различные способы управления,например, создание главного магнитного потока только током ротора, однако, поскольку в статорной цепи применяется стандартный ПЧ с конденсатором в звене постоянного тока, и данный конденсатор может обеспечить требуемый реактивный ток, то имеет смысл рассмотреть закон управления с распределением составляющих намагничивающих токов между статором и ротором (рис. 10).Рисунок 10 – Разработанная структурная схема управления приводом в функции поддержания минимума электрических потерьЗаключениеВ результате проведённого обзора литературы по данной тематике, сделаны выводы, приведённые ниже.1. Качественное и быстрое демпфирование колебаний угла нагрузки θ только лишь по каналу цепи возбуждения предполагает существенную форсировку напряжения возбуждения, но не у всех серийных СД изоляция ОВ может выдержать такое повышение напряжения. Чтобы сберечь двигатель, придется ограничивать форсировку ОВ, вследствие чего эффективность гашения колебаний угла нагрузки снижается. 2. Реализация автоматизированного электропривода СД с косвенными датчиками положения угла ротора и угла нагрузки θ предполагает наличие мощного, быстродействующего и дорогого микропроцессорного модуля, который бы без ошибок обрабатывал математические модели датчиков. 3. Многие принципиальные моменты в СУ СД до конца не исследованы. Тем самым, остаются открытыми такие значимые вопросы СУ СД, как: эффективное и быстродействующее гашение колебаний угла нагрузки СД с резкопеременной нагрузкой, особенно для высокоскоростных электроприводов; разработка и реализация высокоточных и надёжных немеханических датчиков положения ротора и угла нагрузки θ.4. Использование синхронизированного асинхронного электропривода позволяет обеспечить жесткие механические характеристики и высокие энергетические показатели по сравнению с электроприводом на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. 5. Повышение перегрузочной способности синхронизированного электропривода возможно получить при применении закона управления с постоянством главного магнитного потока. 6. Минимум потерь энергии в рассмотренном электроприводе достигается за счет оптимального распределения намагничивающих токов между обмотками статора и ротора. Список литературы1. Управление электроприводами: Учебное пособие для вузов. – Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. – 392 с., ил.2. Основы общей теории систем. — ч. 1. Попов А.А., Телушкин И.М., Бушуев С.Н. Учебное пособие. С.-П.: ВАС, 2008.3. Ю.С. Усынин, М.А. Григорьев, А.Н. Шишков, С.П. Гладышев, А.Н. Горожанкин. – Синтез системы управления электроприводом с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения. – Вестник Южно-уральского государственного университета, № 37, 2012. Серия «Энергетика», выпуск 18. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sintez-sistemy-upravleniya-elektroprivodom-s-sinhronnoy-reaktivnoy-mashinoy-nezavisimogo-vozbuzhdeniya4. С. А. Линьков, А. С. Сарваров, И. В. Бачурин. – Анализ систем управления синхронных электроприводов. – Теория и практика автоматизированного электропривода. – Электрические системы и комплексы, №2(23), 2014. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-sistem-upravleniya-sinhronnyh-elektroprivodov5. В.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков – Синхронизированный асинхронный электропривод. – Энерго- и ресурсосбережение средствами электропривода. – Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. 2010. Режим доступа: https://cyberleninka.ru/article/n/sinhronizirovannyy-asinhronnyy-elektroprivod