Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности

Диссертация: Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

На основе составленного математического описания системы «инвертор рекуперации — силовой фильтр — силовая сеть» и проведенного анализа спектра гармонических составляющих силовой сети во ВСК, синхронизированной с основной гармоникой, разработана и исследована система управления АВ в режимах рекуперации и компенсации токовых гармонических искажений в силовой сети. Соискатель при построении текста… Читать ещё >

Содержание

  • Введение. Постановка задачи
  • Принятые сокращения и обозначения
  • Глава 1. Сравнительный анализ систем управления четырехквадрантными асинхронными электроприводами
    • 1. 1. Четырехквадрантный асинхронный электропривод
    • 1. 2. Системы управления асинхронного электропривода в двигательном режиме
    • 1. 3. Системы управления асинхронного электропривода в генераторном режиме
    • 1. 4. Структура разрабатываемой системы управления
  • Выводы по главе 1
  • Глава 2. Синтез системы управления асинхронным двигателем, обеспечивающей двигательный режим работы
    • 2. 1. Математическое описание объекта управления
    • 2. 2. Базовый алгоритм синтеза динамического цифрового управления непрерывным техническим объектом на основе его дискретного модельного представления
  • Выводы по главе 2
  • Глава 3. Синтез системы управления асинхронным двигателем, обеспечивающей двигательный режим работы в условиях информационной неопределенности
    • 3. 1. Построение наблюдателя
    • 3. 2. Построение динамического цифрового управления непрерывным техническим объектом в условиях информационной неопределенности
  • Выводы по главе 3
  • Глава 4. Синтез системы управления асинхронным двигателем, обеспечивающей генераторный режим работы
    • 4. 1. Математическое описание объекта управления
    • 4. 2. Базовый алгоритм синтеза динамического цифрового управления непрерывным техническим объектом на основе его модельного представления
    • 4. 3. Система управления активным кондиционером силовой электросети
  • Выводы по главе 4
  • Глава 5. Система управления четырехквадрантным асинхронным электроприводом и описание макетного образца
    • 5. 1. Система управления четырехквадрантным асинхронным электроприводом
    • 5. 2. Описание макетного образца
    • 5. 3. Описание программного обеспечения
    • 5. 4. Результаты экспериментов на макетном образце
  • Выводы по главе 5

Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

В настоящее время частотно-регулируемые электроприводы переменного тока, по единому мнению специалистов, не уступают электроприводам постоянного тока практически по всем основным технико-экономическим показателям, а по некоторым показателям статических и динамических характеристик и превосходят его. Такое положение стало возможным благодаря успехам, достигнутым в последние десятилетия в области создания мощных запираемых силовых полупроводниковых приборов с высокими динамическими параметрами и быстродействующих микропроцессорных средств управления. Поскольку среди широко используемых в промышленности электродвигателей наибольшей простотой и надежностью при минимальных массогабаритных показателях и стоимости характеризуется асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, именно частотно-регулируемый асинхронный электропривод стал главным типом регулируемого промышленного электропривода, серийно выпускаемого всеми ведущими электротехническими фирмами мира.

Исследования в электроприводе, являющемся силовой основой современной промышленности, определяют перспективу дальнейшего развития практически всех отраслей хозяйственной деятельности человечества. Общеизвестен факт, что электропривод перерабатывает порядка двух третей вырабатываемой электроэнергии, а его доля в приводе механизмов превышает девяносто процентов. Особенно роль электропривода проявилась в последние десятилетия, когда в полный рост встала проблема энергосбережения [4,33]. Это привело к тому, что наряду с традиционными отраслями промышленности, где применялся регулируемый электропривод в силу требований технологического процесса (металлорежущие станки, робототехнические комплексы, металлургическое производство и т. п.), составляющим порядка десяти процентов, стал внедряться регулируемый электропривод в те сферы производства, где применялся нерегулируемый асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором.

Тема диссертационных исследований под названием «Синтез алгоритмов управления частотно-регулируемым электроприводом в условиях информационной неопределенности» подсказана необходимостью соединения в едином проблемном модуле возможностей нынешнего состояния теории и практики разработки систем управления четырехквадрантными асинхронными электроприводами с достижениями современной теории управления в области цифровых динамических систем.

Диссертационные исследования проводились в рамках договора ОАО «НИИ Точной механики» с ГУЛ «Петербургский метрополитен», направленного на решение важной народнохозяйственной задачи: «Разработка комплексной микропроцессорной системы управления эскалаторным наклоном метрополитена с асинхронными тяговыми приводами». На соискателя возлагалась задача разработки алгоритмов цифрового управления асинхронным двигателем в условиях невозможности измерения механических величин и устройством рекуперации при компенсации помех в силовой электросети от нелинейных потребителей. Результаты проведенных диссертационных исследований позволили научной группе сектора управляемого электропривода разработать опытный макетный образец четырехквадрантного асинхронного электропривода с векторными частотно-токовыми системами управления и автономными инверторами напряжения с синусоидальной широтно-импульсной модуляцией на базе IGBT модулей мощностью 200 кВт.

При получении теоретических результатов использовались метод пространства состояний применительно к задачам цифрового управления, метод векторного управления, построение нелинейных стохастических наблюдателей, подчиненное регулирование, линеаризация в малом в окрестности точки номинального режима, настройка стандартных регуляторов. Математический аппарат поддерживается программной и модельной оболочкой Matlab последних версий.

Соискатель при построении текста диссертации структурировал его с помощью рубрик: концепция, модельное представление, алгоритм синтеза системы управления, проверка, результаты. Структурно диссертация состоит из введения, перечня используемых сокращений и обозначений, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

Выводы по главе 5.

1. Произведено совместное моделирование систем управления асинхронным двигателем и активным выпрямителем и показаны возможности их взаимодействия в составе системы управления четырехквадрантным электроприводом с целью расширения ее возможностей.

2. Разработанное программное и аппаратное обеспечение соответствует разработанной системе управления и требованиям, предъявленным к ее физической реализации.

3. Экспериментальные испытания макетного образца подтвердили результаты моделирования и показали полное соответствие схемотехнических решений и выбранных алгоритмов управления поставленной задаче.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Поставленные задачи диссертационных исследований в основном диссертантом решены, при этом:

1. На основе составленного математического описания АД и синтезированного динамического наблюдателя разработаны и проанализированы системы управления АД при наличии и отсутствии датчика положения ротора двигателя, получены показатели качества и ограничения использования данных систем.

2. Синтезирован динамический наблюдатель на основе расширенного фильтра Калмана, позволяющий оценить вектор состояния АД в условиях информационной неопределенности стохастической природы.

3. На основе составленного математического описания системы «инвертор рекуперации — силовой фильтр — силовая сеть» и проведенного анализа спектра гармонических составляющих силовой сети во ВСК, синхронизированной с основной гармоникой, разработана и исследована система управления АВ в режимах рекуперации и компенсации токовых гармонических искажений в силовой сети.

4. Получен блок синхронизации с сетью, работающий в условиях искажений и отклонений параметров силовой сети от номинальных.

5. На основе сравнительного анализа установлено сходство основных принципов построения систем управления АД и устройства рекуперации.

6. Получены уравнения для согласования систем управления АД и АВ с целью оптимизации их функционирования.

7. Разработана методика расчета регуляторов и наблюдателя для полученной структуры системы управление ЧЭП мощностью до 200кВт.

8. Экспериментальные испытания опытного образца подтвердили результаты моделирования и показали полное соответствие разработанных схемотехнических решений и сформированных алгоритмов управления поставленной задаче.

К сожалению, автор констатирует, что в процессе написания диссертационной работы ряд вопросов остались без должного внимания, а также ряд проблем требует дальнейшего исследования. К таким вопросам и проблемам можно отнести:

1. Идентификация параметров асинхронного двигателя на этапе обучения системы управления.

2. Температурная компенсация изменяющихся во времени параметров асинхронного двигателя.

3. Повышение точности и расширение диапазонов регулирования скорости вращения ротора двигателя.

4. Улучшение устойчивости наблюдателя в диапазоне скоростей, близких к нулю.

5. Разработка алгоритмов коммутации ключей силового инвертора, приводящие к меньшим искажениям формируемых сигналов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. В. Теория фильтрации Калмана Текст. / А.В. Бала-кришнан- пер. с англ. под ред. А. А. Новикова — М.: Мир, 1988. — 168 с.
  2. А.В. Управление электроприводами Текст.: учебное пособие для вузов / А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский -JL: Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. 392 с.
  3. В.А. Теория систем автоматического управления Текст. / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов Изд. 4-е. — СПб.: Изд-во «Профессия», 2003. — 752 с.
  4. И.Я. О возможностях энергосбережения при использовании регулируемых асинхронных электроприводов Текст. / И .Я. Браславский // Электротехника. 1998. — № 8. — С.2−6.
  5. В.А. Динамическая настройка стандартных регуляторов Текст. / В. А. Власенко, O.K. Мансурова СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2002. — 35 с.
  6. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0 Текст.: Учебное пособие / С.Г. Герман-Галкин СПб.: КОРОНА принт, 2001. — 320 с.
  7. Герман-Галкин С. Г. Силовая электроника Текст.: Лабораторные работы на ПК / С.Г. Герман-Галкин СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. — 304 с.
  8. М.Р. Электромагнитные процессы в силовой цепи быстродействующего асинхронного электропривода Текст.: автореф. дис.. канд. техн. наук / Гончаренко Михаил Робертович. Ленинград, Ротапринт ЛИТМО 1989. — 17 с.
  9. Р.Б. Пути повышения эффективности электромашинных систем преобразования энергии возобновляемых источников Текст. / Р. Б. Гончаренко, М. Р. Гончаренко, И. А. Рудомазина // Известия Академии наук. Энергетика. 1998. — № 2. — С.36−45.
  10. Синтез дискретных регуляторов при помощи ЭВМ Текст. / В. В. Григорьев [ и др.]. JL: Машиностроение, 1983. — 245 с.
  11. Современное состояние и тенденции в частотно-регулируемом электроприводе Текст. / JI.X. Дацковский [и др.]. // Электротехника. — 1996. -№ 10, — С.18−28.
  12. Г. С. Основы силовой электроникиТекст.: Учебник / Г. С. Зиновьев Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. — 4.2 — 197 с.
  13. Г. Стохастические основы фильтра Калмана-Бьюси Текст. / Г. Зиффлинг, К. Брамер- пер. с нем. -М.: Наука, 1982. 196 с.
  14. Р. Цифровые системы управления Текст. / Р. Изерман- пер. с англ. под ред. И. М. Макарова М.: Мир, 1884. — 541 с.
  15. А.С. Современные системы управления асинхронным электроприводом Текст. / А. С. Исаков, А. П. Баев // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Технология управления. 2006. -Вып.ЗЗ. — С.30−34.
  16. А.С. Динамический наблюдатель вектора состояний асинхронного электропривода в составе бездатчиковой системы векторного управления Текст. / А. С. Исаков, М. Р. Гончаренко // Изв. вузов. Приборостроение. 2007. — № 11.- С.68−72.
  17. А.С. Система управления активным кондиционером электросети Текст. / А. С. Исаков, М. Р. Гончаренко // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. — № 3. — С.26−31.
  18. В.И. Глубоко регулируемые системы векторного управления Текст. / В. И. Калашников, В. В. Булахов // Вестник ХГПУ. Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика. -2000. Вып.113. — С.85−86.
  19. В.П. Проблемы высших гармоник в современных системах электропитания Текст. / В. П. Климов, А. Д. Москалев // Науч.-техн.сб. Практическая силовая электроника, /под ред. Г. М. Малышкова М.: АОЗТ «ММП-Ирбис», 2002. — Вып 5. — С.24−26.
  20. В.П. Способы подавления гармоник тока в системах электропитания Текст. / В. П. Климов, А. Д. Москалев // Науч.-техн.сб. Практическая силовая электроника. / под ред. Г. М. Малышкова М.: АОЗТ «ММП-Ирбис», 2002. — Вып 6. — С.38−40.
  21. В.И. Теория электропривода Текст.: Учеб для вузов / В. И. Юпочев М.: Энергоатомиздат, 2001. — 697 с.
  22. К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока Текст. / К. П. Ковач, И. Рац- пер. с нем. под ред. А. И. Воль Дека M. JL: Госэнергоиздат, 1963. — 735 с.
  23. JI.P. Теоретические основы электротехники Текст. / Л. Р. Нейман, П. Л. Калантаров Л.: Госэнергоиздат, 1959 — 4.2. — 444 с.
  24. В.В. Асинхронные электроприводы с векторным управлением Текст. / В. В. Рудаков, И. М. Столяров, В. А. Дартау Л.: Энергоатомиздат, 1987. — 136 с.
  25. В.В. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов Текст. / В. В. Рудаков, А. Е. Козярук СПб.: Санкт-Петербургская Электротехническая компания, 2004. — 127 с.
  26. Основы цифровой обработки сигналов Текст.: Курс лекций / А. И. Солонина [и др.]. Изд. 2-е. — СПб.: БХВ-Петербург, 2005. — 768 с.
  27. А.А. Векторное управление асинхронными двигателями Текст.: Учебное пособие / А. А. Усольцев СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2002.-43 с.
  28. А.А. Частотное управление асинхронными двигателями Текст.: Учебное пособие / А. А. Усольцев СПб: СПбГУ ИТМО, 2006 -94 с.
  29. А.А. Энергосберегающие системы автоматизированного электропривода переменного тока Текст. / А. А. Хашимов // Электротехника. 1995. — № 11. — С.34−39.
  30. Abrahamsen F. Adjustable Speed Drive with Active Filtering Capability for Harmonic Current Compensation Text. / F. Abrahamsen, A. David // PESC.-1995.-vol.2.- P.1137−1143.
  31. Allmeling J.H. A control structure for fast harmonics compensation in active Text. / J.H. Allmeling // PESC. 2002. — vol. 1. — P.376 -381.
  32. Barrass P. PWM rectifier using indirect voltage sensing Text. / P. Barrass, M. Cade // IEE Proceedings Electric Power Applications. 1999. — vol. 146. — P.539−544.
  33. Bhattacharya S. Active filter system implementation Text./ S. Bhattacharya [and other] // Industry Applications Magazine. 1998. — vol.4. — P.47−63.
  34. Clarke & Park Transforms on the TMS320C2xx Electronic resource. -1997 URL: http://www.ti.com
  35. Depenbrock M. Direct Self Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine Text. / M. Depenbrock // Power Electronics. 1988. — vol.3. -P.420−429.
  36. EN 61 800−3. Adjustable Speed Electrical Power Drive Systems Text. -publ. 04.02.05. CENELEC, Brussels, Belgium and National Standards organizations in EU member countries. — 122 p.
  37. Jezernik K. Robust Direct Torque and Flux Vector Control of Induction motor Text. / K. Jezernik // IECON. 1998. — vol.2. — P.667−672.
  38. Hansen S. Control strategies for PWM rectifiers without line voltage sensors Text. / S. Hansen [and other] // APEC. 2000. — vol.2. — P.832−839.
  39. Hisao K. Speed Sensorless Field Oriented Control of Induction Machines using Flux Observer Text. / K. Hisao, K. Matsuse // IECON. 1994. -vol.3.-P.1611−1615.
  40. Holtz J. Methods for Speed Sensorless Control of AC Drives Electronic resource. / J. Holtz // IEEE Press Book, 1996. URL: http://www.ema.uni-wuppertal.de/paper/sensles.pdf
  41. Has C. Comparison of Different Schemes without Shaft Sensors for Field Oriented Control Drives Text. / C. lias [and other] // IECON. 1994. -vol.3.-P.1579−1588.
  42. Isakov A.S. Four-quadrant asynchronous electric drive with three-phase PWM rectifiers Text. / A.S. Isakov // Proceedings Of The 11th International Student Olympiad On Automatic Control. SPb.: Spbsuitmo, 2006. -P.148−152.
  43. Kang JK New Direct Torque Control of Induction Motor for Minimum Torque Ripple and Constant Switching Frequency Text. / Jun-Koo Kang, Seung-Ki Sul // Industry Applications. 1999. — vol.35. — P.1076−1082.
  44. Kataoka Т. A three-phase voltage-type PWM rectifier with the function of an active power filter Text. / T. Kataoka [and other] // Power Electronics and Variable Speed Drives. 2000. — P.386−391.
  45. Loron L. Application of an Extended Kalman Filter to the estimation of the parameters of a solid rotor asynchronous drive with two degrees of freedom Text. / L. Loron, G. H. L. Peterson // Power Electronics and Applications. -1991.- vol.5. -P.85−90.
  46. Mora J.L. ASIC-Based Tachometer Without Mechanical Transducer for Induction Machines Text. / J. L. Mora [and other] // IECON. 1999. -vol.3.-P.1039−1044.
  47. Ohnuki T. A three-phase PWM rectifier without voltage sensors Text. / T. Ohnuki [and other] // IEE Proceedings Electric Power Applications. 1999 — vol.146.-P.632−636.
  48. Perelmuter V. A Simplified Modeling of Induction Motor Drives with Direct Torque Control Text. / V. Perelmuter // IECON. 1999. — vol.2. -P.486−491.
  49. Rusong W. PWM AC to DC converter with fixed switching frequency Text. / W. Rusong, S.B. Dewan, G.R. Slemon // Industry Applications. -1990.-vol.26.-P.880−885.
  50. Schroder D. Neural-Net Based Observes for Sensorless Drives Text. / D. Schroder, C. Schaffner, U. Lenz. // IECON. 1994. — vol.3. — P.1599−1610.
  51. Sul S.K. A Novel Technique for Optimal Efficiency Control of a Current-Source Inverter-Fed Induction Motor Text. / S.K. Sul, M.H. Park // Power Electronics. 1988. — vol.3. — P. 192−198.
  52. Takahashi I. A New Quick-Response and High-Efficiency Control Strategy of an Induction Motor Text. / I. Takahashi, T. Noguchi // Industry Application. 1986. — vol. IA-22. — P.820−827.
  53. The release of IEEE Std 519−1992. Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems Text. -publ. 01.05.91. Institute of Electrical and Electronics Engineers. — 112 p.
  54. Thomas Т. Design and performance of active power filters Text. / T. Thomas [and other] // Industry Applications. 1998. — vol.4. — P.38−46.
  55. Tung-Hai Chin Approaches for Vector Control of Induction Motor without Speed Sensor Text. / Chin Tung-Hai // IECON. 1994. — vol.3. — P. 16 161 620.
  56. Walczyna A.M. Problems of Application of Direct Flux and Torque Control Methods to High Power VSI-Fed Drives Operating at Low Speed Text. / A.M. Walczyna // IECON. 1994. — vol.1. — P.293−298.
  57. Zhou D. Regulation and design issues of a PWM three-phase rectifier Text. / D. Zhou, D. Rouaud // IECON. 1999. — vol.1. — P.485−489.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!