Введение к работе
Актуальность темы. Возрастающие технологические требования к современным электроприводам и развивающаяся тенденция использования полупроводниковых асинхронных электроприводов обусловливает развитие теории электромеханических переходных процессов и поиски новых способов управления. Появление более быстродействующих и малогабаритных вычислительных машин і? микропроцессоров, промышленный выпуск серийных преобразователен дают возможность создания ц применения качественно новых алгоритмов управления и расширенна функциональных возможностей приводов с короткозамкнутымн асинхронными двигателями.
Короткозамкнутые асинхронные электродвигатели являются наиболее быстродействующими, надежными в работе, более простыми и менее дорогостоящими в изготовлении, но более сложно управляемыми по, сравнению с двигателями постоянного тока, шаговыми двигателями и другими двигателями специального назначении.
Частотное управление асинхронными электродвигателями широко используется в промышленных системах и системах специального назначения при регулировании скорости. Меньшее распространение получили системы позиционирования из-за использующихся методов управления. Использование режима малых дискретных перемещений (мнкрошагов) із сочетании с .известными способами управления открывает новые возможности реализации заданных траекторий точного движения на сверхнизких скоростях без существенного усложнения системы управления приводом.
В работах М.Г.Чнликнна, Б.А.Цвооотенко, Ю.З.Ковалева, Л.Б.Ыасандидовл, В.П.Рубцова. И.И.Петрова и других исследователе!! достаточно полію разработана теория дискретных электроприводов с использованием шаговых двигателей, асинхронных двигателей с фазным poTopoNf, а также короткозамкпутых двигателей со снецианьно введенной конструктивной неснмметрнен ротора.
В работах С.П.Захареико, В.П.Луковинкова разработана методика расчета электроприводов шагового движения с общепромышленными асинхронными короткозамкнутымн двигателями для получения шагов .порядка 30. 60 ,90, 120 электрических градусов. Точность шагания определяется единицами градусов. Разработана математическая модель для расчета таких режимов и ряд схем силовой части привода для их реализации.
Релейные позиционные электроприводы с короткозамкнутымн асинхронными двигателями рассмотрены в работах В.А.Шубенко, И.Я.Браславского, Р.Т.Шреннера.
В работах А.С.Сандлера и Р.С.Сарбатова приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований прямых пусков и реверсов асинхронного двигателя, питаемого от инвертора на пони-
женных частотах, приведено приближенное аналитическое определение границы дискретного движения привода и первого максимума мо-мелта, проведен анализ влияния параметров управления и нагрузки на дискретность движения привода с целью уменьшения пульсаций скорости л момента.
В то же время практически отсутствуют работы по анализу н синтезу электроприводов (или даже режимов работы электропривода) позволяющих получать дискретное движение асинхронного коротко-замкнутого двигателя с величиной шага в пределах от одной угловой минуты.
Решение теоретических вопросов при исследовании электромагнитных и электромеханических переходных процессов микрошагового режима короткозамкпутого асинхронного двигателя, создание методики расчета режима малых дискретных перемещений и нх реализация является актуальної! задачей. Данная работа выполнялась в рамках программ MB и ССО "Оптимум", программы Минвуза РСФСР "Прочность".
Целью работы является исследование режима малых дискретных перемещений асинхронного инверторного электропривода с величиной шага в диапазоне от одної! угловой минуты до одного градуса, создание методов управления и расчета микрошагового режима.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следуго-щие основные задачи:
разработать математическую модель режима малых дискретных перемещений асинхронного инверторного электропривода;
разработать методики определения величины шага, скорости и времени перемещения;
разработать программное обеспечение для расчета шагового режима при различных алгоритмах управлення;
создать стенд для экспериментального исследования и испытания динамических режимов электроприводов, в том числе .; в режимах позиционирования и дискретных перемещении;
разработать программное обеспечение для автоматизации экспериментальных исследований и испытаний электропривода в микрошаговом режиме работы:
Методы исследования. Теоретические исследования базируются на математической модели асинхронного двигателя в двухосной системе координат с использованием обобщенных пространственных векторов и операционного исчисления. При решении уравнений электромеханических переходных процессов в электропривог:- используетст метод "декомпозиции". Уравнения электромагнитных и механических процессов в электроприводе рассматриваются отдельно, а уравнением связи является выражение электромагнитного момента двигателя. Это позволяет аналитически решить уравнения переходных процессов на интервалах непрерывности напряжения и момента нагрузки и провести аналитический анализ фрагментов переходного процесса. Разработан-
ные методы ориентированы на применение персональных IBM совместимых ЭВМ.
Оценка допущении, правомерность результатов теоретических исследовании и разработанных методик, работоспособность предложенных алгоритмов управления асинхронным электроприводом для получения микрошагового движения проверялись экспериментально на разработанном испытательном стенде п в производственных условиях. Научная новизна работы заключается в следующем: !. Разработана математическая модель асинхронного, инверторно-го электропривода в мпкрошаговом режнме^мботы.
-
Представлены принципы и способы формирования момента двигателя для получения заданных малых дискретных перемещении.
-
Предложена методика определения характеристик микрошагового режима в зависимости от параметров управления.
4. Созданы новые алгоритмы управления электроприводом
(инвертором) для получения заданных малых дискретных перемеще
ний. t
5. Созданы новые алгоритмы и программы для расчета на ЭВМ
асинхронного штерторь'оі о электропривода в мпкрошаговом режиме
работы.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
-
На основе анализа функциональных возможностей алгоритмов управления приводом при мпкрошаговом режиме работы разработаны практические рекомендации по их применению.
-
Разработаны алгоритмы управления электроприводом п мпкрошаговом режиме работы как для малых, так и для больших инерционных нагрузок, а также различных моментах сопротивления.
-
Созданы методики расчета микрошагового режима работы асинхронного ннверторно^о электропривода.
-
Со їда. на универсальная псследовательско-испытазельная установка, позволяющая исследовать динамические режимы электроприводов, проводить математическое и физическое (экспериментальное) моделирование переходных процессов в диалоговом режиме и оперативно сравнивать экспериментальные результаты с расчетными.
-
Созданы алгоритмы н рабочие программы автоматизированных испытаний асинхронного инверторного электропривода.
-
Разработан и изготовлен опытный образец асинхронного инверторного электропривода с короткозамкнутым асинхронным двигателем ДАТ-3267! с возможностью получения микрошагового режима работы, как дополнительного режима при необходимости высокой точности позиционирования и реализации следящего режима на сверхнизких скоростях.
Научные н практические результаты диссертационной работы могут быть использованы для усовершенствования асинхронных ннвер-торных электроприводов, а также для автоматизации испытаний электроприводов различного назначения и'исполнения.
Защищаемые тсшсы. . 1. Предложенная мніематнческая модель «синхронного шшертор-ного электропривода поіволнет проводить наследования в мшерошаго-вом режиме работы.
-
Разработанные алгоритмы управлепиг инвертором обеспечивают получение заданных одиночных импульсов и серпії перемещений.
-
Полученная методика расчета позволяет определять параметры управления для обеспечения заданных дискретных перемещении.
-
Расчетные характеристики режимов в зависимости от параметров управления с удовлетворительной точностью совпадают с экспериментальными.
-
Функциональная, структурная схемы л алгоритмы работы стен-. да для исследования к испытаний динамических режимов работы электроприводов могут использоваться для любых систем позиционирования асинхронных электроприводов.
Реализация результата» работы. Опытный образец инверторного асинхронного электропривода с дополнительным микрошаговым режимом работы передан Томскому НИ'ИПП в качестве привода для двухкоорднинтпого. стола, используемого при производстве полупроводников. Еще одни опытный образец испытывался на НПО ПМ в качестве "альтернативного варианта шаговому двигателю в приводе системы поворота антенн. Там же были внедрены алгоритмы автоматизации испытаний электроприводов систем поворота антенн.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и одобрены на международной научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока" (г. Екатеринбург 14-17 марта 1995 г.), республиканской научно-технической конференции (г.Минск 1994 г.)
Публикации. Результаты проведенных теоретических ч экспериментальных исследовании исследований опублилог.апы в 2 отчетах о НИР. 7 печатных работах..
Структура и объем работы. Структура диссертационной работы на 125 страницах машинописного текста, иллюстрируете; рисунками и таблицами на 60 страницах п состоит из сведен»;;, 4 глас, заключения, списка литературы :гз 92 наименовании и прнложепи,;.
