RU2404503C1 - Мехатронная система - Google Patents
Мехатронная система Download PDFInfo
- Publication number
- RU2404503C1 RU2404503C1 RU2009127389/07A RU2009127389A RU2404503C1 RU 2404503 C1 RU2404503 C1 RU 2404503C1 RU 2009127389/07 A RU2009127389/07 A RU 2009127389/07A RU 2009127389 A RU2009127389 A RU 2009127389A RU 2404503 C1 RU2404503 C1 RU 2404503C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- controller
- speed
- moment
- phase
- rotor
- Prior art date
Links
- 230000027311 M phase Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 9
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 8
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000006698 induction Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в исполнительных устройствах различного назначения. Техническим результатом является повышение качества регулирования скорости, снижение пульсации момента, вибрации, излучения звуковых волн при работе. Мехатронная система содержит задатчик скорости (1), регулятор скорости (2), датчик скорости (3), релейный регулятор (4), контроллер (5), силовой транзисторный коммутатор (6), m-канальный функциональный преобразователь (7), m датчиков фазных токов (8), m-фазную индукторную электрическую машину (9), датчик положения ротора (10). Функциональный преобразователь (7) моделирует зависимость электромагнитного момента от положения ротора и фазных токов в соответствии с уравнением ! ! где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя (7), j=1…m;, k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя (9); θ - угол поворота ротора двигателя (9). Достижение указанного технического результата при работе обусловлено тем, что в системе с подчиненным регулированием координат внутренний подчиненный контур организован на основе обратной связи по моменту. В результате этого реализуется прямое регулирование момента и, следовательно, снижение пульсаций момента, вибраций и звукового излучения при работе. 3 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к автоматике и мехатронике и предназначено для использования в исполнительных устройствах различного назначения.
Известны мехатронные системы, содержащие m-фазную индукторную электрическую машину с датчиком положения ротора и m датчиками фазных токов, силовой транзисторный коммутатор, к выходам которого подключены обмотки индукторной машины, а вход соединен с выходом контроллера, входы которого подключены к выходам релейного регулятора фазных токов, регулятора скорости и датчика положения ротора, выход регулятора скорости соединен с суммирующим входом релейного регулятора тока, суммирующий вход подключен к задатчику скорости, а вычитающий вход через датчик скорости соединен с датчиком положения ротора (патент РФ №2182743, МПК H02P 6/18, H02K 29/06; Blaabjerg F., Kjaer P., Rasmussen P., Cossar C. Improved Digital Current Control Methods in Switched Reluctance Motor Drives | IEEE Transactions on Power Electronics, 1999, Vol.14, №.3 - P.563-572, Fig.1-2).
Такие известные мехатронные системы реализованы по классическому принципу подчиненного регулирования координат с внутренним подчиненным контуром регулирования тока. Однако известно, что в индукторных двигателях вращающий момент связан нелинейной зависимостью с фазными токами и положением ротора. Это служит причиной изменений параметров системы и, следовательно, показателей качества при вариациях нагрузок и управляющих воздействий. При этом вращающий момент двигателя имеет переменную составляющую, вызывающую дополнительные вибрации и шум при работе.
Следовательно, недостатками известных мехатронных систем являются невысокие показатели качества регулирования, вибрации и излучение звуковых волн при работе.
Из известных технических решений наиболее близким по достигаемому результату к предлагаемому изобретению является мехатронная система, содержащая m-фазную индукторную электрическую машину с датчиком положения ротора и m датчиками фазных токов, силовой транзисторный коммутатор, к выходам которого подключены обмотки индукторной машины, а вход соединен с выходом контроллера, входы которого подключены к выходам регулятора скорости и датчика положения ротора, выход регулятора скорости соединен с суммирующим входом релейного регулятора, суммирующий вход подключен к задатчику скорости, а вычитающий вход через датчик скорости соединен с датчиком положения ротора (DiRenzo M. Switched Reluctance Motor Control - Basic Operation and Example Using the TMS320F240. - Texas Instruments. Application Report SPRA420A, 2000. - 32 p., Fig.13).
Такая известная мехатронная система реализована по классическому принципу подчиненного регулирования координат с внутренним подчиненным контуром регулирования тока. Однако известно, что в индукторных двигателях вращающий момент связан нелинейной зависимостью с фазными токами и положением ротора. Это служит причиной изменений параметров системы и, следовательно, показателей качества при вариациях нагрузок и управляющих воздействий. При этом вращающий момент двигателя имеет переменную составляющую, вызывающую дополнительные вибрации и шум при работе.
Следовательно, недостатками известных мехатронных систем являются невысокие показатели качества регулирования, вибрации и излучения звуковых волн при работе.
Целью предлагаемого изобретения является повышение качества регулирования скорости, снижение пульсаций момента, вибраций, излучения звуковых волн при работе.
Поставленная цель достигается тем, что в известной мехатронной системе, содержащей m-фазную индукторную электрическую машину с датчиком положения ротора и m датчиками фазных токов, силовой транзисторный коммутатор, к выходам которого подключены обмотки индукторной машины, а вход соединен с выходом контроллера, входы которого подключены к выходам релейного регулятора, регулятора скорости и датчика положения ротора, выход регулятора скорости соединен с суммирующим входом релейного регулятора, суммирующий вход подключен к задатчику скорости, а вычитающий вход через датчик скорости соединен с датчиком положения ротора, дополнительно введен m-канальный функциональный преобразователь, m входов которого подключены к выходам m датчиков фазных токов, один вход соединен с выходом датчика положения ротора, а m выходов подключены к m вычитающим входам релейного регулятора, при этом функциональный преобразователь моделирует зависимость электромагнитного момента от положения и фазных токов в соответствии с уравнением
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя; θ - угол поворота двигателя.
По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:
- дополнительно введен m-канальный функциональный преобразователь;
- функциональный преобразователь моделирует зависимость электромагнитного момента от положения и фазных токов в соответствии с уравнением
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя; θ - угол поворота двигателя.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
При реализации предлагаемого изобретения обеспечивается стабилизация показателей качества регулирования во всем диапазоне изменений нагрузок и управляющих воздействий, снижаются пульсации момента, вибрации и излучение звуковых волн при работе. Этот эффект обусловлен тем, что в системе с подчиненным регулированием координат внутренний подчиненный контур организован на основе обратной связи по моменту. В результате этого реализуется прямое регулирование момента и, следовательно, снижение пульсаций момента, вибраций и звукового излучения при работе.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».
По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода.
Мехатронные системы, содержащие m-канальный функциональный преобразователь, который моделирует зависимость электромагнитного момента от положения и фазных токов в соответствии с уравнением
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя; θ - угол поворота двигателя, в известных технических решениях аналогичного назначения не обнаружены.
Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема мехатронной системы, на фиг.2 и фиг.3 показаны графики переходных процессов в системе при изменении задающего сигнала и момента нагрузки (на фиг.2 показаны графики процессов в предлагаемой системе, на фиг.3 показаны графики процессов в мехатронной системе известной структуры).
Мехатронная система, функциональная схема которой показана на фиг.1, содержит задатчик скорости 1, регулятор скорости 2, датчик скорости 3, релейный регулятор 4, контроллер 5, силовой транзисторный коммутатор 6, m-канальный функциональный преобразователь 7, m датчиков фазных токов 8, m-фазную индукторную электрическую машину 9, датчик положения ротора 10. В мехатронной системе обмотки m-фазной индукторной электрической машины 9 с датчиком положения ротора 10 и m датчиками фазных токов 8 (8.1,…,8.m) подключены к выходам силового транзисторного коммутатора 6, вход которого соединен с выходом контроллера 5, входы которого подключены к выходам релейного регулятора 4, регулятора скорости 2 и датчика положения ротора 10, выход регулятора скорости 2 соединен с суммирующим входом релейного регулятора 4, суммирующий вход подключен к задатчику скорости 1, а вычитающий вход через датчик скорости 3 соединен с датчиком положения ротора 10, m входов m-канального функционального преобразователя 7 подключены к выходам m датчиков фазных токов 8, один вход соединен с выходом датчика положения ротора 10, а m выходов подключены к m вычитающим входам релейного регулятора 4, при этом функциональный преобразователь 7 моделирует зависимость электромагнитного момента от положения ротора и фазных токов в соответствии с уравнением
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя 7, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя 9; θ - угол поворота ротора двигателя 9.
Мехатронная система работает следующим образом. Обмотки индукторного двигателя 9 подключены к выходу транзисторного коммутатора 6. Регулирование скорости Ω двигателя осуществляется изменением напряжения на обмотках двигателя. Для измерения положения ротора используется датчик положения ротора 10. Скорость двигателя 9 измеряется датчиком скорости 3, например микроконтроллерным вычислительным устройством, преобразующим выходной сигнал датчика положения ротора в сигнал, пропорциональный скорости. Токи в обмотках двигателя 9 измеряются с помощью датчиков фазных токов 8, например шунтов.
На суммирующий вход регулятора скорости 2 с выхода задатчика скорости 1 поступает сигнал u1, пропорциональный требуемому значению угловой скорости двигателя 9. На вычитающий вход регулятора скорости 2 поступает выходной сигнал u3 датчика скорости 3, пропорциональный угловой скорости Ω вращения ротора двигателя 9. В регуляторе скорости 2 производится вычисление ошибки регулирования ε=u1-u3 и преобразование полученного сигнала в соответствии с реализованным в устройстве законом регулирования, например пропорционально-интегральным. Сигнал ε с выхода регулятора скорости 2 поступает на первый вход релейного регулятора 4 и один из входов контроллера 5.
На m входах нелинейного функционального преобразователя 7 действуют выходные сигналы датчиков фазных токов 8, на (m+1)-м входе действует выходной сигнал датчика положения ротора 10. На m выходах нелинейного функционального преобразователя 7 формируются сигналы
пропорциональные составляющим вращающего момента, создаваемым отдельными фазами двигателя 9.
Релейный регулятор 4 выполняет сравнение сигнала, поступающего с выхода регулятора скорости 2, с выходными сигналами функционального преобразователя 7, и формирование сигналов коммутации ключей транзисторного коммутатора 6 для соответствующей фазы. Последовательность коммутации ключей во времени задается выходным сигналом датчика положения ротора 10 и полярностью выходного сигнала регулятора скорости 2, определяющей направление вращения двигателя 9. Так как на вычитающие входы релейного регулятора 4 поступают сигналы с выхода функционального преобразователя 7, пропорциональные составляющим вращающего момента, создаваемым отдельными фазами двигателя 9, то, следовательно, релейный регулятор выполняет функцию регулятора вращающего момента. В результате этого реализуется прямое регулирование момента и, следовательно, снижение пульсаций момента, вибраций и звукового излучения при работе.
Таким образом, в предлагаемой мехатронной системе осуществляется регулирование скорости с помощью двух обратных связей - главной по скорости, которая обеспечивает точное регулирование скорости, и подчиненной по вращающему моменту, обеспечивающей управление моментом двигателя. Благодаря этому обеспечиваются высокие показатели качества регулирования, снижение пульсаций момента, вибраций и звукового излучения при работе.
С целью подтверждения положительного эффекта, достигаемого при использовании предлагаемого технического решения, было выполнено имитационное моделирование электропривода, реализованного по схеме, изображенной на фиг.1. Параметры системы имели следующие значения.
Индукторный двигатель: конструкция 6/4; число фаз - 3; мощность 30 кВт.
Транзисторный коммутатор: напряжение питания U=400 В;
Датчики: коэффициент передачи тахогенератора kΩ=0,1 В·с/рад; коэффициент передачи датчика тока ki=0,1 В/А.
ПИ-регулятор скорости: коэффициент передачи регулятора kpc=4; постоянная времени Tpc=0,4 с.
Результаты моделирования приведены на фиг.2, где показаны процессы для момента, скорости, напряжения и тока в мехатронной системе. На фиг.2 приведены результаты моделирования предлагаемой мехатронной системы, на фиг.3 показаны процессы в известной системе с традиционным релейным регулятором тока.
Амплитуда пульсаций момента в предлагаемой системе в 2 раза меньше, чем в известной системе за счет введения обратной связи по моменту.
Таким образом, использование в известной мехатронной системе, содержащей m-фазную индукторную электрическую машину с датчиком положения ротора и m датчиками фазных токов, силовой транзисторный коммутатор, к выходам которого подключены обмотки индукторной машины, а вход соединен с выходом контроллера, входы которого подключены к выходам релейного регулятора, регулятора скорости и датчика положения ротора, выход регулятора скорости соединен с суммирующим входом релейного, суммирующий вход подключен к задатчику скорости, а вычитающий вход через датчик скорости соединен с датчиком положения ротора, дополнительно m-канального функционального преобразователя, m входов которого подключены к выходам m датчиков фазных токов, один вход соединен с выходом датчика положения ротора, а m выходов подключены к m вычитающим входам релейного регулятора, при этом функциональный преобразователь моделирует зависимость электромагнитного момента от положения ротора и фазных токов в соответствии с уравнением
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-ой фазы двигателя; θ - угол поворота ротора двигателя, обеспечивает повышение качества регулирования скорости, снижение пульсаций момента, вибраций, излучения звуковых волн при работе.
Использование предлагаемого устройства в различных промышленных системах позволит улучшить технические характеристики оборудования, оснащенного мехатронными системами с индукторными двигателями.
Claims (1)
- Мехатронная система, содержащая m-фазную индукторную электрическую машину с датчиком положения ротора и m датчиками фазных токов, силовой транзисторный коммутатор, к выходам которого подключены обмотки индукторной машины, а вход соединен с выходом контроллера, входы которого подключены к выходам релейного регулятора, регулятора скорости и датчика положения ротора, выход регулятора скорости соединен с суммирующим входом релейного, суммирующий вход подключен к задатчику скорости, а вычитающий вход через датчик скорости соединен с датчиком положения ротора, отличающаяся тем, что дополнительно введен m-канальный функциональный преобразователь, m входов которого подключены к выходам m датчиков фазных токов, один вход соединен с выходом датчика положения ротора, а m выходов подключены к m вычитающим входам релейного регулятора, при этом функциональный преобразователь моделирует зависимость электромагнитного момента от положения ротора и фазных токов в соответствии с уравнением
,
где uj - выходной сигнал j-го канала функционального преобразователя, j=1…m; k - коэффициент пропорциональности; ij - ток j-й фазы двигателя; θ - угол поворота ротора двигателя.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127389/07A RU2404503C1 (ru) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Мехатронная система |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009127389/07A RU2404503C1 (ru) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Мехатронная система |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2404503C1 true RU2404503C1 (ru) | 2010-11-20 |
Family
ID=44058552
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009127389/07A RU2404503C1 (ru) | 2009-07-16 | 2009-07-16 | Мехатронная система |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2404503C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482591C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Трехфазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления |
| RU2483416C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2293694A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-03 | Aisin Seiki | Vibration damping in switched reluctance motors |
| RU2142193C1 (ru) * | 1999-02-09 | 1999-11-27 | Московская государственная текстильная академия им.А.Н.Косыгина | Реверсивный вентильный электропривод (варианты) |
| DE10037968A1 (de) * | 2000-08-03 | 2002-02-28 | Siemens Ag | Elektrischer Antrieb mit Motoridentifizierung und Verfahren zur Motoridentifizierung |
| RU2182743C1 (ru) * | 2000-09-27 | 2002-05-20 | Московский энергетический институт (Технический университет) | Способ управления вентильно-индукторным электроприводом и устройство для его осуществления |
| JP2004159454A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Nissan Motor Co Ltd | 機電一体型駆動装置 |
| RU2324283C1 (ru) * | 2006-12-06 | 2008-05-10 | Сергей Иванович Малафеев | Мехатронная система |
-
2009
- 2009-07-16 RU RU2009127389/07A patent/RU2404503C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2293694A (en) * | 1994-09-30 | 1996-04-03 | Aisin Seiki | Vibration damping in switched reluctance motors |
| RU2142193C1 (ru) * | 1999-02-09 | 1999-11-27 | Московская государственная текстильная академия им.А.Н.Косыгина | Реверсивный вентильный электропривод (варианты) |
| DE10037968A1 (de) * | 2000-08-03 | 2002-02-28 | Siemens Ag | Elektrischer Antrieb mit Motoridentifizierung und Verfahren zur Motoridentifizierung |
| RU2182743C1 (ru) * | 2000-09-27 | 2002-05-20 | Московский энергетический институт (Технический университет) | Способ управления вентильно-индукторным электроприводом и устройство для его осуществления |
| JP2004159454A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Nissan Motor Co Ltd | 機電一体型駆動装置 |
| RU2324283C1 (ru) * | 2006-12-06 | 2008-05-10 | Сергей Иванович Малафеев | Мехатронная система |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2482591C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Трехфазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления |
| RU2482590C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-05-20 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Трехфазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления |
| RU2483416C1 (ru) * | 2011-12-02 | 2013-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Siami et al. | Torque ripple reduction of predictive torque control for PMSM drives with parameter mismatch | |
| JP4685509B2 (ja) | 交流電動機の駆動制御装置および駆動制御方法 | |
| CN113992098B (zh) | 一种永磁同步电机稳态性能的提升方法、系统 | |
| Prakash et al. | Combined strategy for tuning sensor-less brushless DC motor using SEPIC converter to reduce torque ripple | |
| JP2019083672A (ja) | インバータ並びにモータの駆動制御方法 | |
| JP6164166B2 (ja) | 多重巻線回転電機の制御装置 | |
| JP2013106514A (ja) | モータを制御するための方法およびシステム | |
| JP2014014197A (ja) | 単相ブラシレスモータ | |
| RU2008139055A (ru) | Частотно-регулируемый асинхронный электропривод | |
| JP2015171302A (ja) | 電動機の制御装置 | |
| RU2402147C1 (ru) | Способ оптимального векторного управления асинхронным двигателем | |
| Jannati et al. | Speed sensorless direct rotor field-oriented control of single-phase induction motor using extended kalman filter | |
| CN117792178A (zh) | 电机控制方法、装置及计算机可读存储介质 | |
| Uma et al. | Implementation of real-coded GA-based fuzzy controller for sensorless SR motor drive | |
| RU2404503C1 (ru) | Мехатронная система | |
| Omac | Fuzzy-logic-based robust speed control of switched reluctance motor for low and high speeds | |
| JP3634270B2 (ja) | モータ駆動回路 | |
| RU2402865C1 (ru) | Способ оптимального частотного управления асинхронным двигателем | |
| RU2254666C1 (ru) | Электропривод переменного тока | |
| KR101878090B1 (ko) | 모터 제어 시스템 및 방법 | |
| RU2477562C1 (ru) | Устройство для управления двигателем двойного питания | |
| RU2320073C1 (ru) | Устройство для управления двигателем двойного питания | |
| RU2400920C1 (ru) | Электрический привод с индукторным двигателем | |
| RU2625720C1 (ru) | Устройство для управления двигателем двойного питания | |
| RU2010141347A (ru) | Способ векторного управления моментом асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110717 |