RU2656354C1 - Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation - Google Patents

Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2656354C1
RU2656354C1 RU2017105629A RU2017105629A RU2656354C1 RU 2656354 C1 RU2656354 C1 RU 2656354C1 RU 2017105629 A RU2017105629 A RU 2017105629A RU 2017105629 A RU2017105629 A RU 2017105629A RU 2656354 C1 RU2656354 C1 RU 2656354C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
synchronous motor
output
input
position sensor
Prior art date
Application number
RU2017105629A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Владимирович Сухинин
Виктор Васильевич Сурков
Айк Араикович Арутюнян
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 RU2017105629A priority Critical patent/RU2656354C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2656354C1 publication Critical patent/RU2656354C1/en

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
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • 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
    • H02P6/32—Arrangements for controlling wound field motors, e.g. motors with exciter coils

Abstract

FIELD: electrical equipment.
SUBSTANCE: invention can be used in controlled electric motors, in particular for generating control signals in a system with a two-phase permanent magnet synchronous motor. Method consists in that, when converting the synchronous motor shaft rotation angle into the three-phase electrical signal of the synchronous motor rotor position sensor, which amplitude is proportional to the control signal, and the synchronous motor two-phase supply voltage formation from it, which average value varies according to the sinusoidal law, synchronous motor two-phase supply voltage is formed from the sign of the difference between the synchronous motor two-phase rotor position sensor signal and the synchronous motor two-phase current sensor signal. Follow-up system comprises a series-connected modulator, a synchronous motor two-phase rotor position sensor and a two-phase demodulator, two-phase converter, two-phase synchronous motor, which rotor is mechanically connected to the shaft of the synchronous motor rotor two-phase position sensor. Follow-up system is additionally equipped with a two-phase relay, synchronous motor current two-phase sensor and a two-phase adder, which summing input is connected to the two-phase demodulator output, and a subtracting input is to the output of the synchronous motor rotor two-phase position sensor, two-phase adder output is connected to the two-phase relay input, two-phase relay output is connected to the input of a two-phase convertor, which output is connected to the synchronous motor two-phase current sensor current input, and the synchronous motor two-phase current sensor current output is connected to a synchronous motor.
EFFECT: technical result is obtaining of the permanent magnet synchronous motor phase currents (torque) controller optimum accuracy and speed and the permanent magnet synchronous motor characteristics, identical to the DC rotational motor characteristics.
2 cl, 1 dwg

Description

Группа изобретений относится к управляемым электрическим двигателям, в частности к классу вентильных двигателей (бесколлекторных двигателей постоянного тока - БДПТ), бесконтактных моментных приводов (БМП) на базе двухфазных синхронных электрических двигателей бесконтактных моментных (ДБМ), и может найти применение вместо коллекторного привода постоянного тока, например, в следящих системах автоматического управления и регулирования.The group of inventions relates to controlled electric motors, in particular to the class of valve motors (brushless DC motors), contactless torque drives (BMP) based on two-phase synchronous contactless torque electric motors (DBM), and can be used instead of a DC collector drive , for example, in tracking systems of automatic control and regulation.

Известны способы управления вентильным двигателем бесконтактным моментным, основанные на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в двухфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя и формировании из него двухфазного напряжения питания двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него двухфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону [Ю.М. Беленький и др. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов. - Л.: ЛДНТП, 1987, стр. 3-7].Known methods for controlling a non-contact torque valve motor based on converting the angle of rotation of the synchronous motor shaft into a two-phase electric signal of the rotor position sensor of the motor and generating a two-phase voltage of the motor supply from it, the amplitude of which is proportional to the control signal, and generating a two-phase voltage of the motor supply from it, average value which varies according to the sinusoidal law [Yu.M. Belenky et al. Experience in the development and application of contactless torque drives. - L .: LDNTP, 1987, p. 3-7].

Такой способ управления позволяет получить характеристики вентильного двигателя аналогичные характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока, однако вентильный двигатель при этом имеет пульсации момента, что затрудняет получение низких скоростей вращения.This control method allows to obtain the characteristics of a valve motor similar to the characteristics of a DC collector motor, however, the valve motor at the same time has ripple torque, which makes it difficult to obtain low speeds.

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 двухфазный электрический сигнал датчика положения ротора двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании из него двухфазного напряжения питания двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону [И.Е. Овчинников: Курс лекций. - СПб.: КОРОНА-Век, 2006, стр. 228-230].Of the known methods of controlling a valve motor, the closest in technical essence is the method that is selected as a prototype for the proposed method. This method is based on converting the angle of rotation of the shaft of the synchronous motor into a two-phase electric signal of the position sensor of the rotor of the motor, the amplitude of which is proportional to the control signal, and forming from it a two-phase voltage of the motor supply, the average value of which changes according to a sinusoidal law [I.E. Ovchinnikov: Course of lectures. - St. Petersburg: CROWN-Century, 2006, p. 228-230].

Такой способ управления позволяет устранить указанные недостатки, обеспечивая плавное и широкое регулирование скорости вентильного двигателя, малые пульсации момента и высокий к.п.д. Однако фазные токи (момент) вентильного двигателя отрабатываются при таком способе управления не оптимально по точности и быстродействию.This control method allows you to eliminate these disadvantages, providing a smooth and wide control of the speed of the valve motor, small ripple torque and high efficiency However, the phase currents (moment) of the valve motor are worked out with this control method is not optimal in accuracy and speed.

Известны схемы вентильных двигателей, содержащие двухфазный синхронный двигатель, подключенный к выходу двухфазного преобразователя, который подводит напряжение к фазам статора, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, датчик положения ротора синхронного двигателя, например синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), выход которого связан с входом преобразователя, а на вход (обмотку возбуждения) подается сигнал управления [Ю.М. Беленький и др. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов. - Л.: ЛДНТП, 1987, стр. 3-7].Known schemes of valve motors containing a two-phase synchronous motor connected to the output of a two-phase converter, which supplies voltage to the phases of the stator, the amplitude of which is proportional to the control signal, the position sensor of the rotor of a synchronous motor, for example a sine-cosine rotary transformer (SCR), the output of which is connected to the input a converter, and a control signal is supplied to the input (field winding) [Yu.M. Belenky et al. Experience in the development and application of contactless torque drives. - L .: LDNTP, 1987, p. 3-7].

Такой вентильный двигатель позволяет получить характеристики, аналогичные характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока, однако непостоянство момента за один оборот вала затрудняет получение низких скоростей вращения.Such a valve motor allows to obtain characteristics similar to those of a DC collector motor, however, the instability of the torque per revolution of the shaft makes it difficult to obtain low rotation speeds.

Из известных вентильных двигателей наиболее близким по технической сущности является вентильный двигатель, который взят в качестве прототипа для заявляемого устройства. Данный вентильный двигатель содержит двухфазный синхронный двигатель, подключенный к выходу двухфазного преобразователя, среднее значение выходного напряжения которого изменяется по синусоидальному закону, двухфазный датчик положения ротора синхронного двигателя (СКВТ), обмотка возбуждения которого соединена с выходом модулятора, на вход модулятора подается напряжение управления, выход двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя подключен к входу двухфазного демодулятора, а выход двухфазного демодулятора соединен со входом преобразователя [А.Ю. Афанасьев. Моментный электропривод. - Казань: Изд-во Казан. Гос. Ун-та, 1997. - стр. 22-24].Of the known valve motors, the closest in technical essence is a valve motor, which is taken as a prototype for the inventive device. This valve motor contains a two-phase synchronous motor connected to the output of the two-phase converter, the average value of the output voltage of which changes according to a sinusoidal law, a two-phase position sensor of the rotor of the synchronous motor (SCR), the excitation winding of which is connected to the output of the modulator, control voltage is applied to the input of the modulator, output the two-phase rotor position sensor of the synchronous motor is connected to the input of the two-phase demodulator, and the output of the two-phase demodulator is connected with the input of the converter [A.Yu. Afanasyev. Instant electric drive. - Kazan: Kazan publishing house. Gos. University, 1997. - pp. 22-24].

Такой вентильный двигатель позволяет устранить указанные недостатки и обеспечить плавное и широкое регулирование скорости, малые пульсации момента и высокий к.п.д. Однако фазные токи (момент) вентильного двигателя отрабатываются схемой не оптимально по точности и быстродействию.Such a valve motor eliminates these drawbacks and provides smooth and wide speed control, small ripple torque and high efficiency However, the phase currents (torque) of the valve motor are not optimally developed by the circuit for accuracy and speed.

Технической задачей изобретения является получение оптимальной точности и быстродействия регулятора фазных токов (момента) вентильного двигателя и характеристик вентильного двигателя, тождественных характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока.An object of the invention is to obtain optimal accuracy and speed of the regulator of phase currents (torque) of the valve motor and the characteristics of the valve motor, identical to the characteristics of a DC collector motor.

Техническая задача решается тем, что в известном способе управления вентильным двигателем, основанным на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в двухфазный электрический сигнал датчика положения ротора синхронного двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании двухфазного напряжения питания синхронного двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, двухфазное напряжение питания синхронного двигателя формируют из знака разности сигнала двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала двухфазного датчика тока синхронного двигателя.The technical problem is solved in that in the known method of controlling a rotary motor based on converting the angle of rotation of the synchronous motor shaft into a two-phase electrical signal of the rotor position sensor of the synchronous motor, the amplitude of which is proportional to the control signal, and generating a two-phase supply voltage of the synchronous motor, the average value of which varies according to sinusoidal law, a two-phase supply voltage of a synchronous motor is formed from the sign of the difference of the signal of the two-phase the rotor position sensor of the synchronous motor and the signal of the two-phase current sensor of the synchronous motor.

Следящая система, содержащая последовательно соединенные модулятор, двухфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, двухфазный демодулятор, двухфазный преобразователь, двухфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя. В нее дополнительно введены двухфазное реле, двухфазный датчик тока синхронного двигателя и двухфазный сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом двухфазного демодулятора, а вычитающий вход с выходом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, выход двухфазного сумматора соединен с входом двухфазного реле, выход двухфазного реле соединен с входом двухфазного преобразователя, выход которого соединен с токовым входом двухфазного датчика тока, а токовый выход двухфазного датчика тока соединен с синхронным двигателем.A servo system comprising a series-connected modulator, a two-phase rotor position sensor of a synchronous motor, a two-phase demodulator, a two-phase converter, a two-phase synchronous motor, the rotor of which is mechanically connected to the shaft of a two-phase rotor position sensor of the synchronous motor. In addition, a two-phase relay, a two-phase synchronous motor current sensor and a two-phase adder are added, the summing input of which is connected to the output of the two-phase demodulator, and the subtracting input with the output of the two-phase rotor position sensor of the synchronous motor, the output of the two-phase adder is connected to the input of the two-phase relay, the output of the two-phase relay is connected with the input of the two-phase converter, the output of which is connected to the current input of the two-phase current sensor, and the current output of the two-phase current sensor is connected to the synchronous by the driver.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена структурная схема следящей системы, реализующей способ оптимального по точности и быстродействию управления токами (моментом) вентильного двигателя.The invention is illustrated in the drawing, which presents a structural diagram of a servo system that implements a method of optimal control in terms of accuracy and speed of current control (torque) of a valve motor.

Система содержит модулятор 1, выход которого соединен со входом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя 2, сигнал с которого (с синусной и косинусной обмоток СКВТ) поступает на двухфазный демодулятор 3 (3а, 3b), выход двухфазного демодулятора соединен с первым суммирующим входом двухфазного сумматора 4 (4а, 4b), результирующий сигнал с выхода двухфазного сумматора поступает на двухфазное реле 5 (5а, 5b), выход двухфазного реле 5 подключен к входу двухфазного преобразователя 6, выход двухфазного преобразователя 6 соединен со входом двухфазного датчика тока синхронного двигателя 7 (7а, 7b), его токовый выход соединен с входом двухфазного синхронного двигателя 8, ротор которого механически соединен с валом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя 2, второй вычитающий вход двухфазного сумматора 4 соединен с выходом двухфазного датчика тока синхронного двигателя 7.The system contains a modulator 1, the output of which is connected to the input of the two-phase rotor position sensor of the synchronous motor 2, the signal from which (from the sine and cosine windings of the SCVT) is fed to the two-phase demodulator 3 (3a, 3b), the output of the two-phase demodulator is connected to the first summing input of the two-phase adder 4 (4a, 4b), the resulting signal from the output of the two-phase adder is fed to the two-phase relay 5 (5a, 5b), the output of the two-phase relay 5 is connected to the input of the two-phase converter 6, the output of the two-phase converter 6 is connected to the input m of the two-phase current sensor of the synchronous motor 7 (7a, 7b), its current output is connected to the input of the two-phase synchronous motor 8, the rotor of which is mechanically connected to the shaft of the two-phase rotor position sensor of the synchronous motor 2, the second subtractive input of the two-phase adder 4 is connected to the output of the two-phase current sensor synchronous motor 7.

Предлагаемый способ реализуется в работе системы.The proposed method is implemented in the system.

Данный способ может быть использован в любой следящей системе с вентильным двигателем вместо коллекторного двигателя постоянного тока.This method can be used in any servo system with a valve motor instead of a DC collector motor.

Для пояснения способа воспользуемся уравнениями синхронного двигателя в координатах d, q [А.Ю. Афанасьев. Моментный электропривод. - Казань: Изд-во Казан. Гос. Ун-та, 1997. - стр. 22-24] для синхронного двигателя с одной парой полюсов:To clarify the method, we use the equations of a synchronous motor in the coordinates d, q [A.Yu. Afanasyev. Instant electric drive. - Kazan: Kazan publishing house. Gos. Un-ta, 1997. - pp. 22-24] for a synchronous motor with one pair of poles:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где ud, id, Ld - напряжение, ток и индуктивность по продольной оси двигателя;where u d , i d , L d - voltage, current and inductance along the longitudinal axis of the motor;

uq, iq, Lq - напряжение, ток и индуктивность по поперечной оси двигателя;u q , i q , L q - voltage, current and inductance along the transverse axis of the motor;

R - активное сопротивление фаз двигателя;R is the active resistance of the engine phases;

Φm - максимальное потокосцепление фазы обмотки якоря с потоком ротора-индуктора;Φ m is the maximum flux linkage of the phase of the armature winding with the flow of the rotor-inductor;

ω - частота вращения ротора;ω is the rotor speed;

ϑ - угол поворота ротора, υ=∫ωdt+υ0;ϑ is the angle of rotation of the rotor, υ = ∫ωdt + υ 0 ;

J - момент инерции вращающихся масс,J is the moment of inertia of the rotating masses,

mэм - электромагнитный момент вращения вала двигателя;m em is the electromagnetic torque of the motor shaft;

mн - момент нагрузки на валу двигателя;m n - load moment on the motor shaft;

uA, uB, iA, iB - напряжения и токи фаз двигателя.u A , u B , i A , i B - voltages and currents of the phases of the motor.

Из уравнений (1) следует, что синхронный двигатель представляет собой объект регулирования с двумя управляющими воздействиями: ud и uq. 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 оптимальные по точности и одновременно оптимальные по быстродействию законы управления для регуляторов токов id и iq:From equations (1) it follows that the synchronous motor is an object of regulation with two control actions: u d and u q . Using the theory of analytical design of regulators A.A. Krasovsky [Krasovsky A.A. Automatic flight control systems and their analytical design. - M .: Nauka, 1973. - 558 p.] Or more simple to use, as set forth in [V.V. Surkov, B.V. Sukhinin et al. Analytical design of optimal controllers according to criteria of accuracy, speed, energy saving. - Tula: TulSU Publishing House, 2005. - 300 p.], We write control laws that are optimal in accuracy and at the same time optimal in speed for current regulators i d and i q :

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

где Um - напряжение питания преобразователя;where U m is the voltage of the Converter;

idзад, iqзад или udзад, uqзад - заданные значения сигналов управления для регулятора тока id и iq соответственно;i dzad , i qzad or u dzad , u qzad - set values of control signals for the current regulator i d and i q, respectively;

k - коэффициент пропорциональности, k>0.k is the coefficient of proportionality, k> 0.

Переменные в координатах d, q выражаются через переменные в реальных координатах А, В посредством соотношений (2), (3). Например, фиктивным токам id, iq соответствуют реальные фазные токи iA, iB.Variables in coordinates d, q are expressed in terms of variables in real coordinates A, B by means of relations (2), (3). For example, fictitious currents i d , i q correspond to real phase currents i A , i B.

Воспользовавшись соотношениями (3), найдем, что разностям k⋅idзад-k⋅id и k⋅iqзад-k⋅iq соответствуют разности k⋅iAзад-k⋅iA, k⋅iBзад-k⋅iB каждой фазы двигателя и оптимальным управлениям (4), (5) в координатах d, q соответствуют фазные управления:Using relations (3), we find that the differences k⋅i d back -k⋅i d and k⋅i q back -k⋅i q correspond to the difference k⋅i A back -k⋅i A , k⋅i B back -k⋅i B each motor phase and optimal controls (4), (5) in the coordinates d, q correspond to phase controls:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Обозначим:Denote:

Figure 00000008
Figure 00000008

Из формул (6), (7) следует, что рассматриваемый способ требует двухфазного задатчика тока (датчика положения ротора), двухфазного датчика тока двигателя и двухфазного реле.From formulas (6), (7) it follows that the method under consideration requires a two-phase current commutator (rotor position sensor), a two-phase motor current sensor, and a two-phase relay.

Предлагаемый способ реализуется в следящей системе с вентильным двигателем, содержащей последовательно соединенные модулятор, двухфазный датчик положения ротора синхронного двигателя и двухфазный демодулятор, двухфазный преобразователь, двухфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя. В следящую систему дополнительно введены двухфазное реле, двухфазный датчик тока синхронного двигателя и двухфазный сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом двухфазного демодулятора, а вычитающий вход с выходом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, выход двухфазного сумматора соединен с входом двухфазного реле, выход двухфазного реле соединен с входом двухфазного преобразователя, выход которого соединен с токовым входом двухфазного датчика тока синхронного двигателя, а токовый выход двухфазного датчика тока синхронного двигателя соединен с синхронным двигателем.The proposed method is implemented in a servo system with a valve motor containing a modulator, a two-phase rotor position sensor of a synchronous motor and a two-phase demodulator, a two-phase converter, a two-phase synchronous motor, the rotor of which is mechanically connected to the shaft of a two-phase rotor position sensor of a synchronous motor. A two-phase relay, a two-phase synchronous motor current sensor and a two-phase adder are added to the tracking system, the summing input of which is connected to the output of the two-phase demodulator, and the subtracting input is the output of the two-phase rotor position sensor of the synchronous motor, the output of the two-phase adder is connected to the input of the two-phase relay, the output of the two-phase relay connected to the input of the two-phase converter, the output of which is connected to the current input of the two-phase current sensor of the synchronous motor, and the current output of the two-phase the current sensor of the synchronous motor is connected to the synchronous motor.

Система работает следующим образом. The system operates as follows.

Входное напряжение UBX (сигнал управления) преобразуется модулятором 1 в напряжение прямоугольной формы повышенной частоты (500-20000 Гц) с амплитудным значением, равным Uвх, и подается на обмотку возбуждения датчика положения ротора 2, например синусно-косинусный вращающийся трансформатор (СКВТ), ротор которого механически соединен с ротором синхронного двигателя. Сигнал с выходных обмоток СКВТ подается на двухфазный демодулятор 3, на выходе которого появляется напряжение задания на оптимальный регулятор:The input voltage U BX (control signal) is converted by a modulator 1 into a rectangular voltage of increased frequency (500-20000 Hz) with an amplitude value equal to U input and applied to the excitation winding of the rotor 2 position sensor, for example, a sine-cosine rotary transformer (SCR) whose rotor is mechanically connected to the rotor of a synchronous motor. The signal from the output windings of the SCRT is fed to a two-phase demodulator 3, at the output of which the voltage of the reference to the optimal controller appears:

Figure 00000009
Figure 00000009

где k1 - общий коэффициент преобразования модулятора, датчика положения ротора синхронного двигателя и демодулятора;where k 1 is the total conversion coefficient of the modulator, rotor position sensor of the synchronous motor and demodulator;

θ - угол установки датчика положения ротора синхронного двигателя относительно ротора синхронного двигателя.θ is the installation angle of the position sensor of the rotor of the synchronous motor relative to the rotor of the synchronous motor.

Посредством двухфазного сумматора 4 из двухфазного напряжения (9) с выхода демодулятора вычитается двухфазное напряжение, получаемое от двухфазного датчика тока синхронного двигателя 7, и подается на вход двухфазного реле 5, выходной сигнал которого подается на вход двухфазного преобразователя 6, на выходе двухфазного преобразователя 6 появляется двухфазное напряжение uA, uB, изменяющееся в соответствии с оптимальным законом управления (6)-(8). В качестве двухфазного преобразователя в схеме используются, например, два однофазных моста, каждый из четырех транзисторов (тиристоров) однофазного моста работают в ключевом режиме.By means of a two-phase adder 4, the two-phase voltage received from the two-phase current sensor of the synchronous motor 7 is subtracted from the output of the demodulator from the two-phase voltage (9) and fed to the input of the two-phase relay 5, the output signal of which is fed to the input of the two-phase converter 6, the output of the two-phase converter 6 appears two-phase voltage u A , u B , changing in accordance with the optimal control law (6) - (8). As a two-phase converter in the circuit, for example, two single-phase bridges are used, each of the four transistors (thyristors) of the single-phase bridge operate in key mode.

Воспользовавшись соотношениями (2), (9), найдем uдзад и uqзад регуляторов (4) и (5), соответствующие заданиям (9):Using relations (2), (9), we find u dzad and u qzad regulators (4) and (5), corresponding to tasks (9):

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

При этом оптимальные управления (4), (5) примут вид:In this case, the optimal controls (4), (5) take the form:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Из (12) следует, что при установке датчика положения ротора в нулевое положение (θ=0) регулятор тока id стабилизирует ток id на нулевом уровне оптимально по быстродействию и поддерживает его оптимально по точности так, что id=0. При этом уравнения (6), (7) с учетом (8)-(10) при θ=0 приводятся к виду:It follows from (12) that when the rotor position sensor is set to the zero position (θ = 0), the current regulator i d stabilizes the current i d at the zero level optimally in speed and maintains it optimally in accuracy so that i d = 0. Moreover, equations (6), (7) taking into account (8) - (10) at θ = 0 are reduced to the form:

Figure 00000014
Figure 00000014

По уравнениям (14) построена структурная схема (см. фиг. 1).According to equations (14), a structural diagram is constructed (see Fig. 1).

Уравнения (1) с учетом (12), (13) при θ=0 преобразуются к виду:Equations (1) taking into account (12), (13) at θ = 0 are transformed to the form:

Figure 00000015
Figure 00000015

Figure 00000016
Figure 00000016

Полученные уравнения приводят к следующим выводам. Во-первых, дифференциальные уравнения (15) полностью аналогичны дифференциальным уравнениям коллекторного двигателя постоянного тока. Следовательно, и статические и динамические характеристики при управлении вентильным двигателем по предлагаемому способу полностью аналогичны статическим и динамическим характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока. Во-вторых, поскольку из третьего уравнения (15) следует, что ток iq пропорционален электромагнитному моменту, то регулятор тока (16) является одновременно и регулятором момента. То есть при таком способе управления вентильным двигателем он приобретает дополнительно свойства оптимального по быстродействию и одновременно оптимального по точности моментного двигателя.The obtained equations lead to the following conclusions. Firstly, differential equations (15) are completely analogous to differential equations of a DC collector motor. Therefore, the static and dynamic characteristics when controlling a valve motor according to the proposed method are completely similar to the static and dynamic characteristics of a DC collector motor. Secondly, since it follows from the third equation (15) that the current i q is proportional to the electromagnetic moment, the current regulator (16) is also a moment regulator. That is, with this method of controlling a valve motor, it additionally acquires the properties of an optimum in speed and at the same time optimal in accuracy torque motor.

Точность работы современных систем автоматического регулирования обычно ограничивается ошибкой системы. Предлагаемый способ позволяет свести ошибку систем автоматического регулирования к нулю (теоретически). Это повышает эффективность работы систем автоматического регулирования и расширяет их функциональные возможности.The accuracy of modern automatic control systems is usually limited by a system error. The proposed method allows to reduce the error of automatic control systems to zero (theoretically). This increases the efficiency of automatic control systems and expands their functionality.

Таким образом, предлагаемый способ и система позволяют получить оптимальный по точности и быстродействию регуляторы фазных токов (момента) вентильного двигателя и характеристики вентильного двигателя, тождественных характеристикам коллекторного двигателя постоянного тока.Thus, the proposed method and system allows to obtain optimal in accuracy and speed controllers of phase currents (torque) of the valve motor and characteristics of the valve motor, identical to the characteristics of a DC collector motor.

Claims (2)

1. Способ управления вентильным двигателем, основанный на преобразовании угла поворота вала синхронного двигателя в двухфазный электрический сигнал датчика положения ротора синхронного двигателя, амплитуда которого пропорциональна сигналу управления, и формировании двухфазного напряжения питания синхронного двигателя, среднее значение которого изменяется по синусоидальному закону, отличающийся тем, что двухфазное напряжение питания синхронного двигателя формируют из знака разности сигнала двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя и сигнала двухфазного датчика тока синхронного двигателя.1. The method of controlling a valve motor, based on the conversion of the angle of rotation of the shaft of the synchronous motor into a two-phase electric signal of the position sensor of the rotor of the synchronous motor, the amplitude of which is proportional to the control signal, and the formation of a two-phase supply voltage of the synchronous motor, the average value of which varies according to a sinusoidal law, characterized in that the two-phase supply voltage of the synchronous motor is formed from the sign of the signal difference of the two-phase rotor position sensor s a synchronous motor and a signal of a two-phase current sensor of a synchronous motor. 2. Следящая система, содержащая последовательно соединенные модулятор, двухфазный датчик положения ротора синхронного двигателя, двухфазный демодулятор, двухфазный преобразователь, двухфазный синхронный двигатель, ротор которого механически соединен с валом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены двухфазное реле, двухфазный датчик тока синхронного двигателя и двухфазный сумматор, суммирующий вход которого соединен с выходом двухфазного демодулятора, а вычитающий вход с выходом двухфазного датчика положения ротора синхронного двигателя, выход двухфазного сумматора соединен с входом двухфазного реле, выход двухфазного реле соединен с входом двухфазного преобразователя, выход которого соединен с токовым входом двухфазного датчика тока, а токовый выход двухфазного датчика тока соединен с синхронным двигателем.2. A tracking system comprising a modulator in series, a two-phase rotor position sensor of a synchronous motor, a two-phase demodulator, a two-phase converter, a two-phase synchronous motor, the rotor of which is mechanically connected to the shaft of a two-phase rotor position sensor of the synchronous motor, characterized in that a two-phase relay is additionally introduced into it , a two-phase current sensor of a synchronous motor and a two-phase adder, the summing input of which is connected to the output of a two-phase demodulator, and subtracting input from the output of two-phase synchronous motor rotor position sensor, the output of two-phase combiner connected to the input of two-phase relay, relay the two-phase output connected to an input of a two-phase inverter whose output is connected to the current input of two-phase current sensor and current output of the two-phase current sensor is connected to a synchronous motor.
RU2017105629A 2017-02-20 2017-02-20 Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation RU2656354C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105629A RU2656354C1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105629A RU2656354C1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2656354C1 true RU2656354C1 (en) 2018-06-05

Family

ID=62560257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105629A RU2656354C1 (en) 2017-02-20 2017-02-20 Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2656354C1 (en)

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 (en) * 1972-11-30 1974-06-06 Ferranti Ltd DC ELECTRIC MOTOR.
JPS54140912A (en) * 1978-04-25 1979-11-01 Toshiba Corp Semiconductor motor driver
SU1345292A1 (en) * 1986-01-04 1987-10-15 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Thyratron torque motor
RU2094945C1 (en) * 1994-07-05 1997-10-27 Научно-исследовательский электромеханический институт Fast multifunction angle-to-code converter
RU2354036C1 (en) * 2007-12-04 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Method of controlling ac electronic motor and servomechanism to this end
US7579795B2 (en) * 2006-02-14 2009-08-25 Ricoh Company Limited Brushless-motor driving control device, image reading apparatus, and image forming apparatus

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 (en) * 1972-11-30 1974-06-06 Ferranti Ltd DC ELECTRIC MOTOR.
JPS54140912A (en) * 1978-04-25 1979-11-01 Toshiba Corp Semiconductor motor driver
SU1345292A1 (en) * 1986-01-04 1987-10-15 Казанский Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Thyratron torque motor
RU2094945C1 (en) * 1994-07-05 1997-10-27 Научно-исследовательский электромеханический институт Fast multifunction angle-to-code converter
US7579795B2 (en) * 2006-02-14 2009-08-25 Ricoh Company Limited Brushless-motor driving control device, image reading apparatus, and image forming apparatus
RU2354036C1 (en) * 2007-12-04 2009-04-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Тульский государственный университет (ТулГУ) Method of controlling ac electronic motor and servomechanism to this end

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Gabriel et al. Field-oriented control of a standard ac motor using microprocessors
EP2779414B1 (en) Motor control system having bandwidth compensation
EP2299586B1 (en) Active rectification for a variable-frequency synchronous generator
CN108599651A (en) Induction machine Speedless sensor drive control method based on virtual voltage injection
US9716454B2 (en) Driving circuit and driving method for permanent magnet synchronous motor
JPS5850119B2 (en) Control device for commutatorless motor
Seo et al. An improved rotating restart method for a sensorless permanent magnet synchronous motor drive system using repetitive zero voltage vectors
EP3179624B1 (en) Position sensorless permanent magnet electrical machine
JP2018078762A (en) Vibration control system using embedded magnet synchronous motor
Chou et al. Robust current and torque controls for PMSM driven satellite reaction wheel
Leonhard Control of AC-Machines with the help of Microelectronics
US10263557B2 (en) Drive system
US4277735A (en) Control apparatus for induction motor
RU2354036C1 (en) Method of controlling ac electronic motor and servomechanism to this end
US4458193A (en) Method and apparatus for controlling an AC induction motor
Rajasekaran et al. An improved DTFC based five levels-NPC inverter fed induction motor for torque ripple minimization
JP3570467B2 (en) Control device for synchronous motor
RU2404504C1 (en) Method for control of ac electronic motor and tracking system for its realisation
EP0253267A2 (en) AC motor drive apparatus
RU2656354C1 (en) Method for controlling ac converter-fed motor and a servo system for its implementation
RU2455748C1 (en) Method for control of ac electronic motor and tracking system for its implementation
Kakodia et al. A comparative study of DFOC and IFOC for IM drive
Mesherayakov et al. Designing the universal vector control system with relay current regulator principle for general purpose industrial AC motor drive control
Liu et al. Design and implementation of a matrix converter PMSM drive without a shaft sensor
Popenda A concept of control of PMSM angular velocity

Legal Events

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

Effective date: 20190221