RU2649306C1 - Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления - Google Patents

Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2649306C1
RU2649306C1 RU2017103211A RU2017103211A RU2649306C1 RU 2649306 C1 RU2649306 C1 RU 2649306C1 RU 2017103211 A RU2017103211 A RU 2017103211A RU 2017103211 A RU2017103211 A RU 2017103211A RU 2649306 C1 RU2649306 C1 RU 2649306C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
input
output
sensor
signal
Prior art date
Application number
RU2017103211A
Other languages
English (en)
Inventor
Борис Владимирович Сухинин
Виктор Васильевич Сурков
Кхань Чан
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2017103211A priority Critical patent/RU2649306C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2649306C1 publication Critical patent/RU2649306C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования управляющих сигналов в системе с вентильным двигателем. Техническим результатом является создание системы, оптимальной по точности угла поворота выходного вала вентильного двигателя, инвариантной (не зависящей) от изменяющегося момента нагрузки, путем аналитического конструирования оптимального по точности регулятора угла поворота вентильного двигателя и подчиненного ему регулятора тока вентильного двигателя. В способе управления при преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в трехфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него трехфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, трехфазное напряжение питания формируют из знака разности сигнала трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала трехфазного датчика тока синхронного двигателя, причем релейный сигнал управления формируют путем вычитания из сигнала задания по углу сигнала обратной связи по углу и сигнала обратной связи по скорости, а также сигнала обратной связи по ускорению. Следящая система для осуществления способа содержит последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, трехфазный сумматор, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, с датчиком скорости синхронного двигателя и через редуктор с датчиком угла синхронного двигателя. Вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя. В следящую систему дополнительно введены сумматор с четырьмя входами, реле и наблюдатель, вычисляющий производную входного сигнала, вход которого соединен с выходом датчика скорости. Вход модулятора соединен с выходом реле, а вход реле соединен с выходом сумматора с четырьмя входами, первый вычитающий вход которого соединен с выходом датчика угла синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика скорости синхронного двигателя, третий вычитающий вход соединен с выходом наблюдателя, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к управляемым электрическим двигателям, в частности к классу вентильных двигателей (бесколлекторных двигателей постоянного тока - БДПТ), и может найти применение вместо коллекторного двигателя постоянного тока, например, в следящих системах автоматического управления и регулирования.
Известны способы управления вентильным двигателем, основанные на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в трехфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него трехфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону [В.А. Головацкий и др. Устройство управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на силовых схемах. В кн. Электронная техника в автоматике. Сборник статей под ред. Ю.И. Конева. Выпуск 4. М., 1973, стр. 34-37].
Такой способ управления позволяет получить плавное и широкое регулирование скорости вентильного двигателя, малые пульсации момента и высокий к.п.д. Однако статические и динамические характеристики вентильного двигателя при таком способе управления существенно отличаются от характеристик коллекторного двигателя постоянного тока [В.Н. Крывой и др. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока. Информэлектро. М., 1970, стр. 5-8], что является недостатком известного способа. Кроме того, угол поворота вала вентильного двигателя отрабатывается при таком способе управления не оптимально по точности.
Из известных способов управления вентильным двигателем наиболее близким по технической сущности является способ, который выбран в качестве прототипа для заявляемого способа. Данный способ основан на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в трехфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него трехфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, трехфазное напряжение питания формируют из знака разности сигнала трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала трехфазного датчика тока синхронного двигателя, причем сигнал управления формируют путем вычитания из сигнала задания по углу сигнала обратной связи по скорости и сигнала обратной связи по углу [Сухинин Б.В., Сурков В.В., Егоров А.Ю., Сурков А.В. Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления. Патент №2455748 на изобретение. Зарегистрирован 10.07.2012. Бюл. №19].
Такой способ управления позволяет получить характеристики вентильного двигателя, аналогичные характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока, причем угол поворота вентильного двигателя отрабатывается при этом оптимально по точности при нулевом моменте нагрузки. Однако при любом другом моменте нагрузки, не равном нулю, угол поворота вентильного двигателя отрабатывается неоптимально по точности, причем чем больше момент нагрузки, тем больше величина ошибки.
Известны схемы вентильных двигателей, содержащие трехфазный синхронный двигатель, подключенный к выходу трехфазного преобразователя, среднее значение выходного напряжения которого изменяется по синусоидальному закону, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, обмотка возбуждения которого соединена с выходом модулятора, на вход модулятора подается напряжение управления, выход трехфазного датчика положения ротора подключен к входу трехфазного демодулятора, а выход трехфазного демодулятора соединен с входом преобразователя [В.А. Головацкий и др. Устройство управления бесколлекторным двигателем постоянного тока на силовых схемах. В кн. Электронная техника в автоматике. Сборник статей под ред. Ю.И. Конева. Выпуск 4. М., 1973, стр. 34-37].
Такой вентильный двигатель не позволяет получить статические и динамические характеристики как у коллекторного двигателя постоянного тока [В.Н. Крывой и др. Бесконтактные электродвигатели постоянного тока. Информэлектро. М., 1970, стр. 5-8], что является недостатком известного вентильного двигателя. Кроме того, угол поворота вала вентильного двигателя отрабатывается при таком способе управления не оптимально по точности.
Из известных вентильных двигателей наиболее близким по технической сущности является вентильный двигатель, который взят в качестве прототипа для заявляемого устройства. Данный вентильный двигатель содержит последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, трехфазный сумматор, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, с датчиком скорости синхронного двигателя и через редуктор с датчиком угла синхронного двигателя, вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя, вход модулятора соединен с выходом сумматора с тремя входами, первый вычитающий вход которого соединен с выходом датчика скорости синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика угла синхронного двигателя, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота [Сухинин Б.В., Сурков В.В., Егоров А.Ю., Сурков А.В. Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления. Патент №2455748 на изобретение. Зарегистрирован 10.07.2012. Бюл. №19]. Такой вентильный двигатель позволяет получить характеристики вентильного двигателя, аналогичные характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока, причем угол поворота вентильного двигателя отрабатывается при этом оптимально по точности при нулевом моменте нагрузки. Однако при любом другом моменте нагрузки, не равном нулю, угол поворота вентильного двигателя отрабатывается неоптимально по точности, причем чем больше момент нагрузки, тем больше величина ошибки.
Технической задачей настоящей группы изобретений является получение оптимального по точности угла поворота выходного вала управления вентильным двигателем, инвариантного (не зависящего) от изменяющегося момента нагрузки, путем аналитического конструирования оптимального по точности регулятора угла поворота вентильного двигателя и подчиненного ему регулятора тока вентильного двигателя.
Данная задача решается тем, что в известном способе управления вентильным двигателем, основанным на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в трехфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него трехфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, трехфазное напряжение питания формируют из знака разности сигнала трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала трехфазного датчика тока синхронного двигателя, причем релейный сигнал управления формируют путем вычитания из сигнала задания по углу сигнала обратной связи по углу и сигнала обратной связи по ускорению.
В следящую систему с вентильным двигателем, содержащую последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, трехфазный сумматор, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, с датчиком скорости синхронного двигателя и через редуктор с датчиком угла синхронного двигателя, вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя, дополнительно введены сумматор с четырьмя входами, реле и наблюдатель, вычисляющий производную входного сигнала, вход которого соединен с выходом датчика скорости, вход модулятора соединен с выходом реле, а вход реле соединен с выходом сумматора с четырьмя входами, первый вычитающий вход которого соединен с выходом датчика угла синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика скорости синхронного двигателя, третий вычитающий вход соединен с выходом наблюдателя, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема следящей системы, реализующей способ оптимального по точности управления углом поворота выходного вала вентильного двигателя, инвариантной (не зависящей) от изменяющегося момента нагрузки.
На фиг. 2 представлена структурная схема наблюдающего устройства для вычисления производной входного сигнала.
Данный способ может быть использован в любой следящей системе с вентильным двигателем вместо коллекторного двигателя постоянного тока.
Для пояснения способа воспользуемся уравнениями Горева-Парка в координатах d, q [А.А. Горев. Переходные процессы синхронной машины. М.: ГЭИ, 1950] для синхронного двигателя при токе возбуждения If=const:
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
где ϕ - угол поворота выходного вала редуктора,
kp - коэффициент передачи редуктора,
ω - скорость вращения ротора синхронного двигателя,
R - активное сопротивление обмотки статора двигателя,
L - коэффициент индукции по продольной оси двигателя,
λ - коэффициент явнополюсности,
М - коэффициент взаимоиндукции между обмоткой статора и ротора,
id - ток по продольной оси двигателя,
iq - ток по поперечной оси двигателя,
ud - напряжение по продольной оси двигателя,
uq - напряжение по поперечной оси двигателя,
J - момент инерции вращающихся масс,
mэм - электромагнитный момент вращения вала двигателя,
mн - момент нагрузки на валу двигателя,
uA, uB uc - фазные напряжения двигателя,
iA, iB iC uC - фазные токи двигателя,
υ - угол поворота ротора синхронного двигателя, υ=∫ωdt+υ0,
ρ=120° - угол сдвига осей фазных обмоток двигателя относительно друг друга.
Из уравнений (1) следует, что синхронный двигатель представляет собой объект регулирования с двумя управляющими воздействиями: ud и uq.
Проведем вначале синтез двух каналов d и q регулятора тока id и iq. Воспользовавшись теорией аналитического конструирования регуляторов А.А. Красовского [Красовский А.А. Системы автоматического управления полетом и их аналитическое конструирование. - М.: Наука, 1973. - 558 с.] или более простой в использовании, изложенной в [В.В. Сурков, Б.В. Сухинин и др. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов по критериям точности, быстродействию, энергосбережению. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - 300 с.], запишем оптимальный по точности и одновременно оптимальный по быстродействию закон управления для регулятора тока id и iq:
Figure 00000004
Figure 00000005
где Um - напряжение питания преобразователя,
idзад, iqзад или udзад, uqзад - заданные значения сигналов управления для регулятора тока id и iq соответственно;
k - коэффициент пропорциональности, k>0.
Переменные в координатах d, q выражаются через переменные в реальных координатах А, В, С посредством соотношений (2), (3). Например, фиктивным токам id, iq соответствуют реальные фазные токи iA, iB iC.
Воспользовавшись соотношениями (2), (3), найдем, что разностям udзад-k⋅id, uqзад-k⋅iq, соответствуют разности uAзад-k⋅iA, uBзад-k⋅iB, uСзад-k⋅iC каждой фазы двигателя и оптимальным управлениям (4), (5) в координатах d, q соответствуют фазные управления
Figure 00000006
Figure 00000007
Figure 00000008
Здесь
Figure 00000009
Предлагаемый трехфазный регулятор тока реализуется в следящей системе с вентильным двигателем, содержащей последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, первый суммирующий вход трехфазного сумматора, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя и трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, второй вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя, на вход модулятора поступает сигнал управления по току [Сухинин Б.В., Сурков В.В., Егоров А.Ю., Домнин А.Н., Сурков А.В. Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления. Патент №2354036 на изобретение. Зарегистрирован 27.04.2009. Бюл. №12].
Трехфазный регулятор тока (фиг. 1) работает следующим образом. Напряжение задания uвх (сигнал управления по току) преобразуется модулятором 3 в напряжение прямоугольной формы повышенной частоты (500-20000 Гц) с амплитудным значением, равным uвх, и подается на обмотку возбуждения датчика положения ротора синхронного двигателя 4, например, сельсина, ротор которого механически соединен с ротором синхронного двигателя. Сигнал с обмоток синхронизации сельсина подается на трехфазный демодулятор 5, на выходе которого появляется напряжение задания на оптимальный регулятор тока:
Figure 00000010
где k1 - общий коэффициент преобразования модулятора, датчика положения ротора синхронного двигателя и демодулятора, k1=1;
θ - угол установки датчика положения ротора синхронного двигателя относительно ротора синхронного двигателя.
Посредством трехфазного сумматора 6 из трехфазного напряжения (10) с выхода демодулятора вычитается трехфазное напряжение, получаемое от трехфазного датчика тока 9, и подается на вход трехфазного реле 7, выходной сигнал которого подается на вход трехфазного преобразователя 8, на выходе трехфазного преобразователя 8 появляется трехфазное напряжение uA, uB, uC, изменяющееся в соответствии с оптимальным законом управления (6)-(9). В качестве трехфазного преобразователя в схеме используется, например, трехфазный мост из шести транзисторов (тиристоров), которые работают в ключевом режиме.
Воспользовавшись соотношениями (2) и (10), найдем udзад и uqзад регулятора токов (4) и (5), соответствующие заданиям (10):
Figure 00000011
Figure 00000012
При этом оптимальные управления (4), (5) примут следующий вид:
Figure 00000013
Figure 00000014
Из (13) следует, что при установке датчика положения ротора в нулевое положение (θ=0):
Figure 00000015
Figure 00000016
регулятор тока канала d стабилизирует ток id на нулевом уровне оптимально по быстродействию и поддерживает его оптимально по точности так, что id=0. При этом уравнения (6)-(8) с учетом (9), (10) при θ=0 приводятся к следующему виду:
Figure 00000017
Уравнения (1) с учетом (15), (16) при θ=0 и k1=1 преобразуются к виду дифференциальных уравнений в форме Коши:
Figure 00000018
где
Figure 00000019
.
Полученные уравнения (18) полностью аналогичны дифференциальным уравнениям коллекторного двигателя постоянного тока. Следовательно, и статические и динамические характеристики вентильного двигателя с данным регулятором тока полностью аналогичны статическим и динамическим характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока.
В соответствии с концепцией A.M. Ляпунова о возмущенно-невозмущенном движении [см., например, Б.В. Сухинин, Е.Т. Евстигнеев. Синтез электрических следящих приводов, оптимальных по точности: Учеб. пособие. Тул. политехи, ин-т. Тула, - 1992, с. 5-13], запишем уравнения системы (18) в отклонениях:
Figure 00000020
где вместо iq в последнем уравнении необходимо записать Δiq=iq-i.н, т.е. ток нагрузки i.н или соответствующий ему момент нагрузки mн выступает в качестве задания для тока iq или соответствующего ему электромагнитного момента mэм.
Проведем синтез регулятора положения (угла) ϕ. Воспользовавшись теорией аналитического конструирования регуляторов [В.В. Сурков, Б.В. Сухинин и др. Аналитическое конструирование оптимальных регуляторов по критериям точности, быстродействию, энергосбережению. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2005. - 300 с.], запишем функциональное уравнение, используя уравнения (19):
Figure 00000021
здесь f (X)=0, следовательно, условие
Figure 00000022
выполняется.
Таким образом, производная функции переключения для канала управления uq имеет вид:
Figure 00000023
Интегрируя уравнение (22), получим функцию переключения в отклонениях:
Figure 00000024
Подставляя в (23) ток iq, выраженный из третьего уравнения системы (19), и принимая задающее воздействие по углу равным ϕзад, имеем
Figure 00000025
где
Figure 00000026
.
Переходя в управлении (24) от ϕзад к uϕзад, получим управление для регулятора положения (угла):
Figure 00000027
где
Figure 00000028
.
Из формул регулятора угла (25) и регулятора тока (15), (16) следует, что рассматриваемый способ требует двух подчиненно работающих регуляторов: регулятора положения (угла) и регулятора тока, подчиненного регулятору положения (угла).
Предлагаемый способ реализуется в следящей системе с вентильным двигателем, содержащей последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, трехфазный сумматор, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, с датчиком скорости синхронного двигателя и через редуктор с датчиком угла синхронного двигателя, вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя. В следящую систему дополнительно введены сумматор с четырьмя входами, реле и наблюдатель, вычисляющий производную входного сигнала, вход которого соединен с выходом датчика скорости, вход модулятора соединен с выходом реле, а вход реле соединен с выходом сумматора с четырьмя входами, первый вычитающий вход которого соединен с выходом датчика угла синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика скорости синхронного двигателя, третий вычитающий вход соединен с выходом наблюдателя, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота.
Система содержит последовательно соединенные сумматор 1 с четырьмя входами, реле 2, модулятор 3, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя 4, трехфазный демодулятор 5, трехфазный сумматор 6, трехфазное реле 7, трехфазный преобразователь 8, трехфазный датчик тока 9 синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель 10, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя 4 и через редуктор 11 с датчиком угла 12 синхронного двигателя, а также с датчиком скорости 13 синхронного двигателя, выход которого соединен с входом наблюдателя 14, вычисляющего производную входного сигнала, вычитающий вход трехфазного сумматора 6 соединен с выходом трехфазного датчика тока 9 синхронного двигателя, первый вычитающий вход сумматора с четырьмя входами 1 соединен с выходом датчика угла 12 синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика скорости 13 синхронного двигателя, третий вычитающий вход соединен с выходом наблюдателя 14, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота.
На фиг. 2 представлена структурная схема наблюдающего устройства для вычисления производной входного сигнала (производной скорости вентильного двигателя). Здесь: 15, 16 - сумматоры; 17 - реле; 18 -апериодическое звено первого порядка; 19 - интегрирующее звено; 20, 21 - пропорциональные звенья; Т4 - постоянная времени; К4, К5, К6 - постоянные коэффициенты.
Схема наблюдающего устройства содержит последовательно соединенные первый сумматора на два входа (16), второй сумматора на два входа (16), реле (17), апериодическое звено первого порядка (18), интегрирующее звено (19), пропорциональное звено (21), выход которого соединен с вычитающим входом первого сумматора (15), выход апериодического звена (18) соединен с входом пропорционального звена (20), выход пропорционального звена (20) соединен с вычитающим входом второго сумматора (16), выход интегратора является выходом наблюдающего устройства, входной сигнал подается на суммирующий вход первого сумматора.
Реализация способа с учетом выше приведенного описания рассмотрена на примере работы системы (фиг. 1):
Напряжение задания по углу uϕзад (сигнал управления) подается на суммирующий вход сумматора 1, посредством которого из сигнала uϕзад вычитается напряжение, пропорциональное углу поворота датчика угла поворота ротора синхронного двигателя 12, и вычитается напряжение, пропорциональное скорости вращения датчика скорости синхронного двигателя, например тахогенератора 13, и вычитается также напряжение, пропорциональное производной 14 скорости вращения датчика скорости синхронного двигателя. Вычисление производной скорости осуществляется, например, с помощью наблюдающего устройства (фиг. 2), синтезированного методом аналитического конструирования регуляторов [см., например, Б.В. Сухинин, Е.Т. Евстигнеев. Синтез электрических следящих приводов, оптимальных по точности: Учеб. пособие. Тул. политехн, ин-т. Тула, - 1992., с. 50-52]. Ротор синхронного двигателя 10 механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора 4 синхронного двигателя, с ротором датчика скорости 13 и через редуктор 11 с ротором датчика угла 12 синхронного двигателя. Выходное напряжение сумматора 1 подается на реле 2 и на выходе реле 2 (на входе модулятора 3) появляется напряжение (25), которое подается на трехфазный регулятор тока: преобразуется модулятором 3 в напряжение прямоугольной формы повышенной частоты (500-20000 Гц) с амплитудным значением, равным uвх, и подается на обмотку возбуждения датчика положения ротора 4 синхронного двигателя, например, сельсина. Сигнал с обмоток синхронизации сельсина подается на трехфазный демодулятор 5, на выходе которого появляется напряжение задания на оптимальный регулятор тока (10). Посредством трехфазного сумматора 7 из трехфазного напряжения (10) с выхода демодулятора 5 вычитается трехфазное напряжение, получаемое от трехфазного датчика тока 9, и подается на вход трехфазного реле 7, выходной сигнал которого подается на вход трехфазного преобразователя 8, на выходе трехфазного преобразователя 8 появляется трехфазное напряжение uA, uB, uC, изменяющееся в соответствии с оптимальным законом подчиненного управления (17), (25): закон оптимального управления трехфазным током двигателя (17) подчинен закону оптимального управления углом поворота вала двигателя (25).
Таким образом, во-первых, статические и динамические характеристики при управлении вентильным двигателем по предлагаемому способу полностью аналогичны статическим и динамическим характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока. Во-вторых, при таком способе управления вентильным двигателем он приобретает дополнительно свойства оптимального по точности отработки углом поворота вала двигателя при случайно изменяющемся моменте нагрузки, не превышающем максимальный момент вращения двигателя.
Точность работы современных систем автоматического регулирования обычно ограничивается ошибкой системы. Предлагаемый способ позволяет получить оптимальный по точности отработки угол поворота вала вентильного двигателя инвариантный (не зависящий) от изменяющегося момента нагрузки и свести ошибку систем автоматического регулирования к нулю (теоретически). Это повышает эффективность работы систем автоматического регулирования и расширяет их функциональные возможности.

Claims (2)

1. Способ управления вентильным двигателем, основанный на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в трехфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него трехфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, трехфазное напряжение питания формируют из знака разности сигнала трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала трехфазного датчика тока синхронного двигателя, отличающийся тем, что релейный сигнал управления формируют путем вычитания из сигнала задания по углу сигнала обратной связи по углу и сигнала обратной связи по скорости, а также сигнала обратной связи по ускорению.
2. Следящая система с вентильным двигателем, содержащая последовательно соединенные модулятор, трехфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, трехфазный демодулятор, трехфазный сумматор, трехфазное реле, трехфазный преобразователь, трехфазный датчик тока синхронного двигателя, трехфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом трехфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, с датчиком скорости синхронного двигателя и через редуктор с датчиком угла синхронного двигателя, вычитающий вход трехфазного сумматора соединен с выходом трехфазного датчика тока синхронного двигателя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены сумматор с четырьмя входами, реле и наблюдатель, вычисляющий производную входного сигнала, вход которого соединен с выходом датчика скорости, вход модулятора соединен с выходом реле, а вход реле соединен с выходом сумматора с четырьмя входами, первый вычитающий вход которого соединен с выходом датчика угла синхронного двигателя, второй вычитающий вход соединен с выходом датчика скорости синхронного двигателя, третий вычитающий вход соединен с выходом наблюдателя, а суммирующий вход является входом управления вентильного двигателя по углу поворота.
RU2017103211A 2017-01-31 2017-01-31 Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления RU2649306C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103211A RU2649306C1 (ru) 2017-01-31 2017-01-31 Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017103211A RU2649306C1 (ru) 2017-01-31 2017-01-31 Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649306C1 true RU2649306C1 (ru) 2018-04-02

Family

ID=61867485

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017103211A RU2649306C1 (ru) 2017-01-31 2017-01-31 Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649306C1 (ru)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1009862A (en) * 1961-11-29 1965-11-17 Dowty Rotol Ltd Brushless electric motor systems
DE2358455A1 (de) * 1972-11-30 1974-06-06 Ferranti Ltd Elektrischer gleichstrom-motor.-
JP2002326267A (ja) * 2001-04-27 2002-11-12 Meiki Co Ltd 射出成形機におけるサーボモータの制御方法
RU2354036C1 (ru) * 2007-12-04 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
US20090200980A1 (en) * 2004-10-01 2009-08-13 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. System and method for controlling four-quadrant operation of a switched reluctance motor drive through a single controllable switch
RU2404504C1 (ru) * 2009-08-17 2010-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
RU2455748C1 (ru) * 2010-12-16 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1009862A (en) * 1961-11-29 1965-11-17 Dowty Rotol Ltd Brushless electric motor systems
DE2358455A1 (de) * 1972-11-30 1974-06-06 Ferranti Ltd Elektrischer gleichstrom-motor.-
JP2002326267A (ja) * 2001-04-27 2002-11-12 Meiki Co Ltd 射出成形機におけるサーボモータの制御方法
US20090200980A1 (en) * 2004-10-01 2009-08-13 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. System and method for controlling four-quadrant operation of a switched reluctance motor drive through a single controllable switch
RU2354036C1 (ru) * 2007-12-04 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
RU2404504C1 (ru) * 2009-08-17 2010-11-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
RU2455748C1 (ru) * 2010-12-16 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kim Moment of inertia and friction torque coefficient identification in a servo drive system
Hammoodi et al. Design and implementation speed control system of DC motor based on PID control and matlab simulink
RU2326488C1 (ru) Многодвигательный частотно-регулируемый электропривод
CN101814892B (zh) 无轴承同步磁阻电机基于支持向量机逆系统复合控制器
Senfelds et al. Electrical drive DC link power flow control with adaptive approach
Chaou et al. Nonlinear control of the permanent magnet synchronous motor PMSM using backstepping method
RU2354036C1 (ru) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
RU2649306C1 (ru) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
RU2404504C1 (ru) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
Youcef et al. DSP improvement of a vector speed induction motor control with a RST and adaptive fuzzy controller
RU2455748C1 (ru) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
Kandoussi et al. Real time implementation of a new fuzzy-sliding-mode-observer for sensorless IM drive
Bridges et al. Adaptive control of rigid-link electrically-driven robots actuated with brushless DC motors
Kenne et al. Real-time speed and flux adaptive control of induction motors using unknown time-varying rotor resistance and load torque
RU2651812C2 (ru) Способ управления вентильным двигателем и следящая система для его осуществления
Arab Markadeh et al. Robust direct torque and flux control of adjustable speed sensorless induction machine drive based on space vector modulation using a PI predictive controller
Zaky et al. Two-Degrees of Freedom and Variable Structure Controllers for Induction Motor Drives.
KR100752473B1 (ko) 회전기의 조정 방법 및 회전기용 전력 공급 회로
El Magri et al. Nonlinear control of wound-rotor synchronous-motor
Samygina et al. Comparison of linear position and velocity control strategies for a direct servodrive
RU2459345C2 (ru) Способ векторного управления моментом асинхронного электродвигателя и устройство для его осуществления
Lin et al. The hybrid RFNN control for a PMSM drive system using rotor flux estimator
Vinida et al. An optimized speed controller for electrical thrusters in an autonomous underwater vehicle
Liang et al. Dual-redundancy PMSM servo system: using single neuron PID controller
Fahassa et al. ANFIS-based hysteresis comparators with intelligent dual observer and speed controller of a direct torque control

Legal Events

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

Effective date: 20190201