RU2453034C2 - Control device of asynchronous starter-generator - Google Patents

Control device of asynchronous starter-generator Download PDF

Info

Publication number
RU2453034C2
RU2453034C2 RU2010130518/07A RU2010130518A RU2453034C2 RU 2453034 C2 RU2453034 C2 RU 2453034C2 RU 2010130518/07 A RU2010130518/07 A RU 2010130518/07A RU 2010130518 A RU2010130518 A RU 2010130518A RU 2453034 C2 RU2453034 C2 RU 2453034C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
voltage
control unit
control
Prior art date
Application number
RU2010130518/07A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010130518A (en
Inventor
Сергей Юрьевич Кауров (RU)
Сергей Юрьевич Кауров
Леонид Яковлевич Макаровский (RU)
Леонид Яковлевич Макаровский
Александр Леонидович Мигунов (RU)
Александр Леонидович Мигунов
Александр Сергеевич Репин (RU)
Александр Сергеевич Репин
Сергей Владимирович Умывалкин (RU)
Сергей Владимирович Умывалкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет
Priority to RU2010130518/07A priority Critical patent/RU2453034C2/en
Publication of RU2010130518A publication Critical patent/RU2010130518A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2453034C2 publication Critical patent/RU2453034C2/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: in control device of asynchronous starter-generator the third control unit is made in the form of charging rate control of accumulators of proportional-integral-differential type on operating amplifier, to the output and common point of which there connected are in-series connected resistance and capacity, the connection point of which is connected through series connection of resistance and capacity to input of operating amplifier. At that, charging rate control of accumulators is adjusted for compensation of electromagnetic and mechanical time constants of starter-generator at operation in generator mode, and voltage control of DC circuit - in the form of operating amplifier of proportional-integral type, to feedback of which there in series connected is resistance and capacity, and it is adjusted for compensation of equivalent mechanical time constant of starter-generator at operation in starter mode.
EFFECT: improving quick action of control at simultaneous increase in failsafe operating life with standardised regulation of transient process from motor mode to generator mode.
7 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам с полупроводниковыми (вентильными) преобразователями электроэнергии, и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях, для генерирования электрической энергии и запуска приводного двигателя.The invention relates to electrical engineering, in particular to electric machines with semiconductor (valve) power converters, and can be used in stand-alone facilities, in particular automobiles, to generate electrical energy and start the drive motor.

Известна электрическая система со стартер-генератором на базе асинхронной электрической машины переменного тока [RU 2173020 С2], которая содержит дополнительный преобразователь постоянного тока с управляющим входом, устройство управления этим преобразователем, конденсатор, подключенный к выводам постоянного тока вентильного преобразователя, датчик напряжения статора асинхронной машины, выход которого соединен с входом блока автоматического управления вентильным преобразователем, причем дополнительный преобразователь постоянного тока включен между выводами аккумуляторной батареи и выводами постоянного тока вентильного преобразователя, и управляемым ключом, который в стартерном режиме замкнут, и дополнительный преобразователь постоянного тока не работает, управляющий вход которого соединен с выводами постоянного тока вентильного преобразователя через пороговый элемент, причем устройство управления включает формирователь импульсов управления, имеющий вход регулирования ширины импульсов и вход синхронизации, датчик тока аккумулятора и задатчик тока аккумуляторов, элемент сравнения и регулятор тока, при этом выход датчика тока аккумуляторов подключен на инвертирующий вход элемента сравнения, а на его неинвертирующий вход подключен выход задатчика тока аккумуляторов, выход элемента сравнения через регулятор тока соединен с входом регулирования ширины импульсов формирователя импульсов управления, а вход синхронизации формирователя связан с выходом основной частоты блока автоматического управления вентильным преобразователем.Known electrical system with a starter generator based on an asynchronous electric alternating current machine [RU 2173020 C2], which contains an additional DC converter with a control input, a control device for this converter, a capacitor connected to the DC terminals of the valve converter, a voltage sensor of the stator of an asynchronous machine the output of which is connected to the input of the automatic control unit of the valve converter, moreover, an additional DC-DC converter is connected between the battery terminals and the DC terminals of the valve converter, and the controlled key, which is closed in the starter mode, and the additional DC converter does not work, the control input of which is connected to the DC terminals of the valve converter through a threshold element, and the control device includes a pulse shaper a control having a pulse width control input and a synchronization input, a battery current sensor and a battery current adjuster s, a comparison element and a current regulator, while the output of the battery current sensor is connected to the inverting input of the comparison element, and the output of the battery current adjuster is connected to its non-inverting input, the output of the comparison element through the current regulator is connected to the pulse width control input of the control pulse generator, and the input the synchronization of the driver is connected with the output of the main frequency of the automatic control unit of the valve converter.

Недостатком аналога является то, что он имеет ограниченное быстродействие, поскольку неконкретизирован тип регулятора и постоянные времени стартер-генератора как электрической машины некомпенсированы. Это приводит к низким показателям в динамических режимах -перерегулировании, большим временем переходных процессов.The disadvantage of the analogue is that it has limited speed, since the type of controller is not specified and the time constants of the starter-generator as an electric machine are uncompensated. This leads to low rates in dynamic modes - overshoot, long transient times.

В качестве прототипа выбрано устройство управления автомобильным асинхронным стартер-генератором с аккумуляторной батареей в цепи постоянного тока [RU 2104612 С1], которое содержит датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь, выполненный с возможностью уменьшения или увеличения выходного напряжения при уменьшении или увеличении его входного напряжения и последующего ограничения выходного напряжения, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами регулирования частоты, выводы переменного тока соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины стартер-генератора, а выводы постоянного тока с одноименными выводами аккумуляторной батареи. Первый блок управления с регулятором частоты, выход которого соединен с первым входом регулирования частоты вентильного преобразователя, а выход с выходом элемента сравнения блока. Второй блок управления содержит регулятор коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и датчика напряжения. Третий блок управления содержит регулятор, выход которого соединен с вторым входом регулирования частоты вентильного преобразователя, а вход с выходом основного элемента сравнения блока. Указанное устройство обеспечивает получение значительных пусковых моментов при хороших энергетических показателях. Это устройство наиболее близко к предлагаемому решению и содержит вентильный преобразователь регулируемой частоты, выполненный с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока вентильного преобразователя, первый и второй входы регулирования частоты вентильного преобразователя соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор блока содержит RS-триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также с одним входом элемента сравнения блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом элемента сравнения и выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход переключателя соединен с выходом RS-триггера, управляющий вход которого соединен с входом регулятора частоты блока управления, а второй вход с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов. Третий блок управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов, блок управления снабжен задатчиком и регулятором напряжения цепи постоянного тока стартер-генератора, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом регулятора напряжения.As a prototype, a control device for a car asynchronous starter-generator with a battery in a direct current circuit [RU 2104612 C1] is selected, which contains a battery current sensor, a voltage sensor, a functional converter configured to reduce or increase the output voltage while decreasing or increasing its input voltage and subsequent limitation of the output voltage, a variable frequency converter with a control system and two control inputs Toty, AC terminals connected to terminals of the stator windings of the starter-generator of the asynchronous machine, and with dc terminals homonymous pin of the battery. The first control unit with a frequency controller, the output of which is connected to the first input of the frequency control of the valve converter, and the output with the output of the unit for comparing the unit. The second control unit contains a gear ratio regulator, the input of which is connected to the output of the unit comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the phase voltage adjuster and voltage sensor. The third control unit contains a controller, the output of which is connected to the second input of the frequency control of the valve converter, and the input with the output of the main element of the comparison unit. The specified device provides significant starting points with good energy performance. This device is closest to the proposed solution and contains a variable frequency drive converter made with a gear ratio control input to which the controller output of the second control unit is connected, the voltage sensor input is connected to the DC terminals of the valve converter, the first and second inputs of the frequency control of the valve converter are connected between each other with two oncoming diode elements, the common point of which is connected to the input of the valve control system of the first inverter, the first control unit is equipped with a start frequency adjuster, and the block regulator contains an RS-flip-flop and a controllable switch with control, opening and closing inputs, the output of which is connected to the output of the frequency regulator, and the opening input with the output of the start frequency adjuster, also connected to one the input of the comparison element of the control unit, and the closing input of the controlled switch is connected to another input of the comparison element and the output of the functional Converter, the input of which is connected to the output of the voltage sensor, and the control input of the switch is connected to the output of the RS-trigger, the control input of which is connected to the input of the frequency regulator of the control unit, and the second input with the element for setting the initial state of the trigger, in the second control unit, the input of the phase-voltage adjuster is connected to the common point of the diode elements . The third control unit is made in the form of a battery charge current regulator, the control unit is equipped with a starter and a voltage regulator for the DC circuit of the starter-generator, as well as an additional comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the voltage regulator and voltage sensor, and the inputs of the main comparison element of the third control unit connected to the battery current sensor and the output of the voltage regulator.

К недостаткам прототипа относится то, что он имеет ограниченное быстродействие, поскольку неконкретизирован тип регулятора и постоянные времени стартер-генератора как электрической машины некомпенсированы. Это приводит к низким показателям в динамических режимах-перерегулировании, большим временем переходных процессов.The disadvantages of the prototype include the fact that it has limited speed, because the type of controller is not specified and the time constants of the starter-generator as an electric machine are uncompensated. This leads to low rates in dynamic modes, overshoot, long transient processes.

Технический результат заключается в расширении диапазона рабочих частот вращения в генераторном режиме и достигается за счет повышения быстродействия управления при одновременном повышении ресурса безотказной работы с унифицированным перерегулированием переходного процесса из двигательного в генераторный режим.The technical result consists in expanding the range of operating speeds in the generator mode and is achieved by increasing the speed of control while increasing the resource of uptime with a unified overshoot of the transition process from motor to generator mode.

Задачей изобретения является разработка структурного регулятора, который будет меняться от математического описания, параметров системы и режима работы (стартерный режим или генераторный режим). Он может быть пропорционально-интегральным (ПИ) и пропорционально-интегрально-дифференциальным (ПИД) регулятором.The objective of the invention is the development of a structural controller, which will vary from the mathematical description, system parameters and operation mode (starter mode or generator mode). It can be a proportional-integral (PI) and proportional-integral-differential (PID) controller.

Технический результат решается благодаря тому, что в устройстве управления асинхронным стартер-генератором, содержащем аккумуляторную батарею в цепи постоянного тока, датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь, выполненный с возможностью уменьшения или увеличения выходного напряжения при уменьшении или увеличении его входного напряжения и последующего ограничения выходного напряжения, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами вентильного преобразователя регулируемой частоты, выводы переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины стартер-генератора, а выводы постоянного тока - с одноименными выводами аккумуляторной батареи, первый блок управления с регулятором частоты, выход которого соединен с первым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты, а выход - с выходом элемента сравнения блока, второй блок управления с регулятором коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и датчика напряжения, и третий блок управления с регулятором, выход которого соединен со вторым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты, а вход - с выходом основного элемента сравнения блока, вентильный преобразователь регулируемой частоты выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока вентильного преобразователя регулируемой частоты, первый и второй входы вентильного преобразователя регулируемой частоты соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор блока содержит RS-триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также с одним входом элемента сравнения блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом элемента сравнения и выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход переключателя соединен с выходом RS-триггера, управляющий вход которого соединен с входом регулятора частоты блока управления, а второй вход - с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов, третий блок управления снабжен задатчиком напряжения и устройством сравнения, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом регулятора напряжения, предусмотрены следующие отличия: третий блок управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов пропорционально-интегрально-дифференциального типа на операционном усилителе, к выходу и общей точке которого подключены последовательно соединенные сопротивление и емкость, точка соединения которых через последовательное соединение сопротивления и емкости подключена ко входу операционного усилителя, причем регулятор тока заряда аккумуляторов настраивают на компенсацию электромагнитной и механической постоянных времени стартер-генератора при работе в генераторном режиме, регулятор напряжения цепи постоянного тока в виде операционного усилителя пропорционально-интегрального типа, в обратную связь которого последовательно включены сопротивление и емкость, причем регулятор напряжения цепи постоянного тока настраивают на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме.The technical result is solved due to the fact that in the control device of an asynchronous starter-generator containing a storage battery in a direct current circuit, a battery current sensor, a voltage sensor, a functional converter configured to reduce or increase the output voltage while decreasing or increasing its input voltage and subsequent output voltage limitation, variable frequency drive converter with control system and two valve input inputs A variable frequency switch, the AC terminals of which are connected to the stator windings of the asynchronous starter-generator machine, and the DC terminals - with the battery terminals of the same name, the first control unit with a frequency regulator, the output of which is connected to the first input of the adjustable-frequency converter, and the output - with the output of the block comparison element, the second control unit with a gear ratio regulator, the input of which is connected to the output of the block comparison element, the inputs of which are connected the outputs of the phase voltage adjuster and the voltage sensor, and a third control unit with a regulator, the output of which is connected to the second input of the variable frequency drive converter, and the input to the output of the main unit for comparison of the unit, the variable frequency drive converter is made with a gear ratio control input to which the output of the regulator of the second control unit is connected, the input of the voltage sensor is connected to the DC terminals of the variable frequency drive converter, the first and second The input inputs of the adjustable frequency converter are interconnected by two oncoming counter-diode elements, the common point of which is connected to the input of the valve converter control system, the first control unit is equipped with a start frequency setter, and the unit controller contains an RS-trigger and a controllable switch with a control, opening and closing inputs, the output of which is connected to the output of the frequency regulator, and the disconnecting input with the output of the starting frequency setter, also connected to one input nta comparison of the control unit, moreover, the closing input of the controlled switch is connected to another input of the comparison element and the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the voltage sensor, and the control input of the switch is connected to the output of the RS-trigger, the control input of which is connected to the input of the frequency controller of the control unit and the second input - with the element to set the initial state of the trigger, in the second control unit, the input of the phase voltage master is connected to the common point of the diode elements, the third control unit is equipped with a voltage regulator and a comparison device, as well as an additional comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the voltage regulator and a voltage sensor, and the inputs of the main comparison element of the third control unit are connected to the battery current sensor and the output of the voltage regulator, the following differences are provided: the third the control unit is made in the form of a regulator of the battery charge current of a proportional-integral-differential type on an operational amplifier, to An ode and a common point of which are connected in series with the resistance and capacitance, the connection point of which is connected through a series connection of the resistance and capacitance to the input of the operational amplifier, and the battery charge current regulator is adjusted to compensate for the electromagnetic and mechanical time constants of the starter generator when operating in generator mode, the regulator voltage of a direct current circuit in the form of an operational amplifier of proportional-integral type, the feedback of which after Resistance and capacitance are included, and the DC voltage regulator is adjusted to compensate for the equivalent mechanical time constant of the starter-generator when operating in the starter mode.

Изобретение позволяет сделать третий блок управления с задатчиком напряжения и устройством сравнения, а также дополнительным элементом сравнения, входы элемента сравнения соединены с выходами задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом регулятора напряжения.EFFECT: invention makes it possible to make a third control unit with a voltage regulator and a comparison device, as well as an additional comparison element, the inputs of the comparison element are connected to the outputs of the voltage regulator and voltage sensor, and the inputs of the main comparison element of the third control unit are connected to the battery current sensor and the output of the voltage regulator.

Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется на фиг.1. Предлагаемое устройство управления асинхронным стартер-генератором состоит из:The technical essence of the invention is illustrated in figure 1. The proposed control device asynchronous starter-generator consists of:

1 - асинхронная машина; 2 - приводной двигатель; 3 - вентильный преобразователь регулируемой частоты; 4 - система управления; 5 - первый вход вентильного преобразователя регулируемой частоты; 6 - второй вход вентильного преобразователя регулируемой частоты; 7, 8 - встречно включенные диоды; 9, 10 - выводы постоянного тока вентильного преобразователя (шина постоянного тока); 11 - аккумуляторная батарея; 12 - датчик тока аккумуляторов; 13 - датчик напряжения; 14 - бортовая сеть автомобиля; 15 - первый блок управления; 16 - функциональный преобразователь; 17 - элемент сравнения первого блока; 18 - задатчик пусковой частоты; 19 - вход регулятора частоты; 20 - регулятор частоты; 21 - управляемый переключатель; 22 - RS-триггер; 23 - диод; 24 - элемент установки исходного состояния RS-триггера; 25 - замыкающий контакт реле; 26 - размыкающий контакт реле; 27 - замыкающий вход; 28 - размыкающий вход; 29 - элемент сравнения второго блока; 30 - задатчик фазного напряжения; 31 - регулятор коэффициента передачи; 32 - второй блок управления; 33 - третий блок управления; 34 - регулятор тока заряда аккумуляторов; 35 - регулятор напряжения цепи постоянного тока; 36 - задатчик напряжения цепи постоянного тока; 37 - основное устройство сравнения; 38 - дополнительный элемент сравнения.1 - asynchronous machine; 2 - drive engine; 3 - valve converter adjustable frequency; 4 - control system; 5 - the first input of a variable frequency drive converter; 6 - the second input of the variable frequency drive converter; 7, 8 - counter diodes; 9, 10 - DC terminals of the valve converter (DC bus); 11 - rechargeable battery; 12 - battery current sensor; 13 - voltage sensor; 14 - vehicle electrical system; 15 - the first control unit; 16 - functional converter; 17 is a comparison element of the first block; 18 - start frequency adjuster; 19 - input of the frequency regulator; 20 - frequency controller; 21 - controlled switch; 22 - RS-trigger; 23 - diode; 24 - element for setting the initial state of the RS-trigger; 25 - make contact of the relay; 26 - NC relay contact; 27 - trailing input; 28 - disconnect input; 29 is a comparison element of the second block; 30 - phase voltage adjuster; 31 - gear ratio regulator; 32 - second control unit; 33 - the third control unit; 34 - battery charge current regulator; 35 - DC voltage regulator; 36 - voltage regulator circuit DC; 37 - the main device of comparison; 38 is an additional element of comparison.

Перечисленные выше конструктивные элементы выполнены следующим образом: устройство управления асинхронным стартер-генератором с аккумуляторной батареей 11 в цепи постоянного тока содержит датчик тока аккумуляторов 12, датчик напряжения 13, функциональный преобразователь 16, выполненный с возможностью уменьшения или увеличения выходного напряжения при уменьшении или увеличении его входного напряжения и последующего ограничения выходного напряжения, вентильный преобразователь регулируемой частоты 3 с системой управления 4 и двумя входами вентильного преобразователя регулируемой частоты 5 и 6, выводы переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины стартер-генератора, а выводы постоянного тока - с одноименными выводами аккумуляторной батареи 11. Первый блок управления 15 содержит регулятор частоты 20, выход которого соединен с первым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты 5 вентильного преобразователя регулируемой частоты 3, а выход - с выходом элемента сравнения первого блока 17. Второй блок управления 32 содержит регулятор коэффициента передачи 31, вход которого соединен с выходом элемента сравнения второго блока 29. На входы элемента сравнения второго блока 29 подключены выходы задатчика фазного напряжения 30 и датчика напряжения 13. Третий блок управления содержит регулятор тока заряда аккумуляторов 34, выход которого соединен со вторым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты 6, а вход с выходом основного устройства сравнения третьего блока 37. Вентильный преобразователь регулируемой частоты 3 выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора коэффициента передачи второго блока управления 31. Вход датчика напряжения 13 соединен с выводами постоянного тока вентильного преобразователя 9 и 10, первый и второй входы вентильного преобразователя регулируемой частоты 5,6 которого соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами 7 и 8, общая точка которых соединена с входом системы управления 4 вентильного преобразователя регулируемой частоты 3. Первый блок управления 15 снабжен задатчиком пусковой частоты 18, а регулятор частоты первого блока 20 содержит RS-триггер 22 и управляемый переключатель 21 с управляющим, размыкающим и замыкающим входами. Выход управляемого переключателя 21 связан с выходом регулятора частоты 20, а размыкающий вход 28 - с выходом задатчика пусковой частоты 18, соединенным также с одним входом элемента сравнения 17 первого блока управления. Причем замыкающий вход управляемого переключателя 27 соединен с другим входом элемента сравнения 17 и выходом функционального преобразователя 16. Вход функционального преобразователя 16 соединен с выходом датчика напряжения 13, а управляющий вход переключателя 21 соединен с выходом RS-триггера 22. Управляющий вход RS-триггера 22 соединен с входом регулятора частоты 20 первого блока управления 15, а второй вход - с элементом установки исходного состояния RS-триггера 24. Во втором блоке управления 32 вход задатчика фазного напряжения 30 соединен с общей точкой диодных элементов 7 и 8. Третий блок управления 33 снабжен задатчиком напряжения цепи постоянного тока 36 и основным устройством сравнения 37, а также дополнительным элементом сравнения 38, входы которого соединены с выходами задатчика напряжения цепи постоянного тока 36 и датчика напряжения 13, причем входы основного элемента сравнения 37 третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов 12 и выходом регулятора напряжения цепи постоянного тока 35.The above structural elements are made as follows: the control device for an asynchronous starter-generator with a battery 11 in the DC circuit contains a battery current sensor 12, a voltage sensor 13, a functional converter 16, configured to reduce or increase the output voltage while decreasing or increasing its input voltage and subsequent limitation of the output voltage, variable frequency converter 3 with a control system 4 and two inputs mi adjustable frequency converter 5 and 6, the AC terminals of which are connected to the stator windings of the asynchronous starter-generator machine, and the DC terminals to the same terminals of the battery 11. The first control unit 15 contains a frequency controller 20, the output of which is connected to the first the input of the adjustable frequency drive converter 5 of the adjustable frequency drive converter 3, and the output with the output of the comparison element of the first unit 17. The second control unit 32 contains the transmission coefficient 31, the input of which is connected to the output of the comparison element of the second block 29. The outputs of the phase voltage regulator 30 and voltage sensor 13 are connected to the inputs of the comparison element of the second block 29. The third control unit contains a battery charge current regulator 34, the output of which is connected to the second input variable frequency converter 6, and the input with the output of the main comparison device of the third block 37. The variable frequency converter 3 is made with a coefficient control input the transmission to which the output of the gear ratio regulator of the second control unit 31 is connected. The input of the voltage sensor 13 is connected to the DC terminals of the valve converter 9 and 10, the first and second inputs of a variable frequency converter 5.6 of which are connected to each other by two oncoming diode elements 7 and 8, the common point of which is connected to the input of the control system 4 of the variable frequency inverter converter 3. The first control unit 15 is equipped with a start frequency setter 18, and the controller the frequency of the first block 20 contains an RS-flip-flop 22 and a controllable switch 21 with control, opening and closing inputs. The output of the controlled switch 21 is connected to the output of the frequency controller 20, and the disconnecting input 28 is connected to the output of the starting frequency setter 18, also connected to one input of the comparison element 17 of the first control unit. Moreover, the closing input of the controlled switch 27 is connected to the other input of the comparison element 17 and the output of the functional converter 16. The input of the functional converter 16 is connected to the output of the voltage sensor 13, and the control input of the switch 21 is connected to the output of the RS-trigger 22. The control input of the RS-trigger 22 is connected with the input of the frequency regulator 20 of the first control unit 15, and the second input with the element for setting the initial state of the RS-flip-flop 24. In the second control unit 32, the input of the phase voltage regulator 30 is connected to a common a point of the diode elements 7 and 8. The third control unit 33 is equipped with a voltage regulator for the DC circuit 36 and a main comparison device 37, as well as an additional comparison element 38, the inputs of which are connected to the outputs of the voltage regulator of the DC circuit 36 and the voltage sensor 13, and the inputs of the main the comparison element 37 of the third control unit is connected to the current sensor of the batteries 12 and the output of the voltage regulator of the DC circuit 35.

Поясним синтез регуляторов электрической системы асинхронного стартер-генератором. Представим функциональную схему регулирования на фиг.2, на которой обозначены: задатчик 39, фильтр 40, регулятор 41, динамические звенья стартера 42 и 43, обратную связь на основе операционного усилителя 44, элемент сравнения 45.Let us explain the synthesis of regulators of the electrical system of an asynchronous starter-generator. Imagine the functional control circuit in figure 2, which indicates: the setter 39, the filter 40, the regulator 41, the dynamic links of the starter 42 and 43, the feedback based on the operational amplifier 44, the comparison element 45.

Настраивая контур на оптимум по модулю (ОМ) определим тип необходимого регулятора 41. Настройка на ОМ даст перерегулирование Хвых By tuning the circuit to the optimum modulo (OM), we determine the type of the necessary controller 41. Setting to OM will give an overshoot of X output

величиной 4,3% при запасе по фазе 64°. Для реализации показателей желаемая передаточная функция разомкнутого контура должна быть:4.3% with a phase margin of 64 °. To implement the indicators, the desired transfer function of the open loop should be:

Figure 00000001
Figure 00000001

Будем считать, что фильтр 40 является апериодическим звеном с параметрами:We assume that the filter 40 is an aperiodic link with parameters:

Figure 00000002
Figure 00000002

При представлении объекта регулирования (ОР), которым является стартер-генератор, двумя апериодическими звеньями имеем передаточную функцию:When presenting the regulatory object (OR), which is the starter-generator, with two aperiodic links we have the transfer function:

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Из соотношения видно, что для компенсации двух постоянных времени Т1 и Т2, которые являются электромагнитной и механической постоянными времени стартер-генератора при работе в генераторном режиме и определяются параметрами стартер-генератора, необходим ПИД регулятор, схема которого представлена на фиг.3From the relationship it is seen that to compensate for the two time constants T 1 and T 2 , which are the electromagnetic and mechanical time constants of the starter-generator when operating in the generator mode and are determined by the parameters of the starter-generator, a PID controller is necessary, the circuit of which is shown in Fig. 3

Аналогично представим функциональную схему регулирования с одним динамическим звеном для компенсации одной постоянной времени. Представим функциональную схему регулирования на фиг.4, на котором обозначены: задатчик 46, фильтр 47, регулятор 48, динамическое звено стартера 49, обратную связь на основе операционного усилителя 50, элемент сравнения 51.Similarly, we present a functional control circuit with one dynamic link to compensate for one time constant. Imagine the functional control circuit in figure 4, which indicates: the setter 46, the filter 47, the regulator 48, the dynamic link of the starter 49, feedback based on the operational amplifier 50, the comparison element 51.

Настраивая контур на оптимум по модулю (ОМ) определим тип необходимого регулятора 48. Настройка на ОМ даст перерегулирование Xвых величиной 4,3% при запасе по фазе 64°. Для реализации этих показателей желаемая передаточная функция разомкнутого контура должна быть:Setting the circuit to the optimum modulo (OM), we determine the type of the necessary controller 48. Setting it to OM will give an overshoot of the Xout of 4.3% with a phase margin of 64 °. To implement these indicators, the desired open loop transfer function should be:

Figure 00000006
Figure 00000006

Будем считать, что фильтр 47 является апериодическим звеном с параметрами:We assume that filter 47 is an aperiodic link with parameters:

Figure 00000007
Figure 00000007

При представлении объекта регулирования (ОР), которым является стартер-генератор при работе в стартерном режиме, апериодическим звеном имеем передаточную функцию стартер-генератора:When representing the object of regulation (OR), which is the starter-generator when operating in the starter mode, an aperiodic link we have the transfer function of the starter-generator:

Figure 00000008
и передаточную функцию Wраз разомкнутого контура
Figure 00000009
Figure 00000008
and transfer function W times open loop
Figure 00000009

Отсюда определяется передаточная функция необходимого регулятора:From here, the transfer function of the necessary controller is determined:

Figure 00000010
Figure 00000010

Из соотношения видно, что для компенсации постоянной времени Т1, которая определяется параметрами стартер-генератора, необходим ПИ-регулятор, схема которого представлена на фиг.5From the relationship it is seen that to compensate for the time constant T 1 , which is determined by the parameters of the starter generator, a PI controller is necessary, the circuit of which is shown in Fig. 5

Предлагаемые регуляторы реализуются на операционных усилителях КР140УД12.The proposed regulators are implemented on operational amplifiers KR140UD12.

Повышение быстродействия управления объясняется следующим образом. На фиг.6 показано, как пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор на скачок управляющего воздействия откликается мощным начальным пиком (дифференциальная составляющая) с последующим экспонециальным изменением выходного напряжения - пропорционально-интегрального изменения. На фиг.7 видно, что пропорционально-интегральный регулятор на скачок напряжения (пропорциональное воздействие) реагирует не форсированно, а медленно прямолинейно нарастает до напряжения насыщения (интегральная составляющая).Improving control performance is explained as follows. Figure 6 shows how the proportional-integral-differential controller responds to a jump in the control action with a powerful initial peak (differential component) followed by an exponential change in the output voltage - a proportional-integral change. Figure 7 shows that the proportional-integral controller does not respond to a voltage jump (proportional effect), but rather slowly ramps up to the saturation voltage (integral component).

В целом пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор и пропорционально-интегральный регулятор предназначены для повышения быстродействия управления при одновременном повышении ресурса безотказной работы с унифицированным перерегулированием переходного процесса из двигательного в генераторный режим.In general, the proportional-integral-differential controller and proportional-integral controller are designed to increase control performance while increasing the uptime resource with a unified overshoot of the transition process from motor to generator mode.

Claims (1)

Устройство управления асинхронным стартер-генератором, содержащее аккумуляторную батарею в цепи постоянного тока, датчик тока аккумуляторов, датчик напряжения, функциональный преобразователь, выполненный с возможностью уменьшения или увеличения выходного напряжения при уменьшении или увеличении его входного напряжения и последующего ограничения выходного напряжения, вентильный преобразователь регулируемой частоты с системой управления и двумя входами вентильного преобразователя регулируемой частоты, выводы переменного тока которого соединены с выводами обмотки статора асинхронной машины стартер-генератора, а выводы постоянного тока с одноименными выводами аккумуляторной батареи, первый блок управления с регулятором частоты, выход которого соединен с первым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты, а выход с выходом элемента сравнения блока, второй блок управления с регулятором коэффициента передачи, вход которого соединен с выходом элемента сравнения блока, на входы которого подключены выходы задатчика фазного напряжения и датчика напряжения, и третий блок управления с регулятором, выход которого соединен со вторым входом вентильного преобразователя регулируемой частоты, а вход с выходом основного элемента сравнения блока, вентильный преобразователь регулируемой частоты выполнен с входом регулирования коэффициента передачи, к которому подключен выход регулятора второго блока управления, вход датчика напряжения соединен с выводами постоянного тока вентильного преобразователя регулируемой частоты, первый и второй входы вентильного преобразователя регулируемой частоты соединены между собой двумя включенными встречно диодными элементами, общая точка которых соединена с входом системы управления вентильного преобразователя, первый блок управления снабжен задатчиком пусковой частоты, а регулятор блока содержит RS-триггер и управляемый переключатель с управляющим, размыкающим и замыкающим входами, выход которого связан с выходом регулятора частоты, а размыкающий вход с выходом задатчика пусковой частоты, соединенным также с одним входом элемента сравнения блока управления, причем замыкающий вход управляемого переключателя соединен с другим входом элемента сравнения и выходом функционального преобразователя, вход которого соединен с выходом датчика напряжения, а управляющий вход переключателя соединен с выходом RS-триггера, управляющий вход которого соединен с входом регулятора частоты блока управления, а второй вход с элементом установки исходного состояния триггера, во втором блоке управления вход задатчика фазного напряжения соединен с общей точкой диодных элементов, третий блок управления снабжен задатчиком напряжения и устройством сравнения, а также дополнительным элементом сравнения, входы которого соединены с выходами задатчика напряжения и датчика напряжения, причем входы основного элемента сравнения третьего блока управления соединены с датчиком тока аккумуляторов и выходом регулятора напряжения, отличающееся тем, что третий блок управления выполнен в виде регулятора тока заряда аккумуляторов пропорционально-интегрально-дифференциального типа на операционном усилителе, к выходу и общей точке которого подключены последовательно соединенные сопротивление и емкость, точка соединения которых через последовательное соединение сопротивления и емкости подключена ко входу операционного усилителя, причем регулятор тока заряда аккумуляторов настраивают на компенсацию электромагнитной и механической постоянных времени стартер-генератора при работе в генераторном режиме, регулятор напряжения цепи постоянного тока в виде операционного усилителя пропорционально-интегрального типа, в обратную связь которого последовательно включены сопротивление и емкость, причем регулятор напряжения цепи постоянного тока настраивают на компенсацию эквивалентной механической постоянной времени стартер-генератора при работе в стартерном режиме. An asynchronous starter-generator control device comprising a storage battery in a direct current circuit, a battery current sensor, a voltage sensor, a functional converter configured to reduce or increase the output voltage while decreasing or increasing its input voltage and then limiting the output voltage, a variable frequency valve converter with a control system and two inputs of a variable frequency drive converter, AC terminals They are connected to the stator winding terminals of an asynchronous starter-generator machine, and the DC terminals with the same battery terminals, the first control unit with a frequency regulator, the output of which is connected to the first input of the adjustable frequency drive converter, and the output to the output of the unit comparing unit, the second block control with a gear ratio regulator, the input of which is connected to the output of the block comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the phase voltage adjuster and voltage sensor ny, and a third control unit with a regulator, the output of which is connected to the second input of the variable frequency drive converter, and the input with the output of the main unit comparison element, the variable frequency drive converter is made with a gear ratio control input to which the controller output of the second control unit is connected, input the voltage sensor is connected to the DC terminals of the variable frequency converter, the first and second inputs of the variable frequency converter They are interconnected by two oncoming counter-diode elements, the common point of which is connected to the input of the control system of the valve converter, the first control unit is equipped with a start frequency setter, and the unit controller contains an RS-trigger and a controllable switch with control, opening and closing inputs, the output of which is connected with the output of the frequency controller, and the opening input with the output of the starting frequency setter, also connected to one input of the control unit comparison element, and the closing input is the controlled switch is connected to another input of the comparison element and the output of the functional converter, the input of which is connected to the output of the voltage sensor, and the control input of the switch is connected to the output of the RS-trigger, the control input of which is connected to the input of the frequency regulator of the control unit, and the second input to the initial setting element trigger state, in the second control unit, the input of the phase voltage master is connected to the common point of the diode elements, the third control unit is equipped with a voltage master and comparison device, as well as an additional comparison element, the inputs of which are connected to the outputs of the voltage regulator and voltage sensor, and the inputs of the main comparison element of the third control unit are connected to the battery current sensor and the output of the voltage regulator, characterized in that the third control unit is made in the form of a current regulator charge batteries proportional-integral-differential type on an operational amplifier, to the output and the common point of which are connected in series with resistance and capacitance, the connection point of which is connected through a series connection of resistance and capacitance to the input of the operational amplifier; moreover, the battery charge current regulator is set to compensate for the electromagnetic and mechanical time constants of the starter generator when operating in the generator mode, the DC voltage regulator is in the form of an operational amplifier proportional-integral type, in the feedback of which the resistance and capacitance are connected in series, moreover, the regulator DC circuit voltage is set to compensate for the equivalent mechanical time constant of the starter generator when operating in starter mode.
RU2010130518/07A 2010-07-20 2010-07-20 Control device of asynchronous starter-generator RU2453034C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130518/07A RU2453034C2 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Control device of asynchronous starter-generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010130518/07A RU2453034C2 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Control device of asynchronous starter-generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010130518A RU2010130518A (en) 2012-01-27
RU2453034C2 true RU2453034C2 (en) 2012-06-10

Family

ID=45786243

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010130518/07A RU2453034C2 (en) 2010-07-20 2010-07-20 Control device of asynchronous starter-generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2453034C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2104612C1 (en) * 1995-05-04 1998-02-10 Самарский государственный технический университет Control gear for automobile induction starter-generator
DE19646043A1 (en) * 1996-11-08 1998-05-14 Bosch Gmbh Robert Power supply device
RU2173020C2 (en) * 1997-12-15 2001-08-27 Самарский государственный технический университет Power system with induction starter-generator
RU2282301C2 (en) * 2004-10-11 2006-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Energy plant with asynchronous starter-generator
EP1319548B1 (en) * 2001-12-12 2011-01-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hybrid vehicle and control method therefor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2104612C1 (en) * 1995-05-04 1998-02-10 Самарский государственный технический университет Control gear for automobile induction starter-generator
DE19646043A1 (en) * 1996-11-08 1998-05-14 Bosch Gmbh Robert Power supply device
RU2173020C2 (en) * 1997-12-15 2001-08-27 Самарский государственный технический университет Power system with induction starter-generator
EP1319548B1 (en) * 2001-12-12 2011-01-26 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Hybrid vehicle and control method therefor
RU2282301C2 (en) * 2004-10-11 2006-08-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет Energy plant with asynchronous starter-generator

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010130518A (en) 2012-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chang et al. On the design of power circuit and control scheme for switched reluctance generator
US8248033B2 (en) Secondary battery temperature-increasing control apparatus and vehicle including the same, and secondary battery temperature-increasing control method
US10988043B2 (en) Vehicle and method of charging electric power storage device
RU2670559C1 (en) Vehicle and its control method
DE102010043870A1 (en) An internal resistance estimating device for an energy storage device, a deterioration determining device for an energy storage device, a power supply system, and an internal resistance estimating method for an energy storage device
JP2015080343A (en) Power control device
CN106458040B (en) For switch the inverter of the electric drive of motor vehicle method and correspondingly changeable inverter
EP2821265B1 (en) Apparatus for obtaining predetermined damping characteristics and a simultaneous energy recovery in regenerative shock absorbers and corresponding method
Bao et al. Experimental examination on a new switched reluctance wind power generator system for electric vehicles
CN109617205B (en) Cooperative control method for power distribution of composite power supply of electric automobile
JP2020520229A (en) DC-DC voltage converter and voltage converter control scheme
Bhowate et al. Comparison of PID tuning techniques for closed loop controller of DC-DC boost converter
JP2018529300A (en) Phase shift full bridge charger control system and control method
Serpi et al. An MPC-based energy management system for a hybrid electric vehicle
CN114221535A (en) Vehicle-mounted charger, DCDC converter and control method
RU2453034C2 (en) Control device of asynchronous starter-generator
CN109760552B (en) Control device for vehicle equipment
González-Castaño et al. Design of a bidirectional DC/DC converter with coupled inductor for an electric vehicle application
KR20080005273A (en) Method for operating an inverter comprising an upstream step-up device
KR102180900B1 (en) A method of controlling a three-phase rectifier for a charging device mounted on an electric or hybrid vehicle
CN112020823A (en) Motor system control method and motor system control device
CN110397539A (en) The bus voltage of system with started with no brush machine motor is stablized
KR20170047838A (en) Integrated power unit for 48v-12v
Ovacik et al. Developments in voltage regulation of variable-speed PM synchronous alternators in automotive electric systems
RU2173020C2 (en) Power system with induction starter-generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130721