Введение к работе
Актуальность темы
В настоящее время одним из перспективных направлений развития электроприводов является привод на базе вентильно-индукторного двигателя (ВИД). Данный тип привода обладает рядом преимуществ в сравнении с традиционным приводом на базе асинхронных машин и коллекторных машин постоянного тока. Основные достоинства вентильно-индукторного привода (ВИП) состоят в надежности, дешевизне и простоте конструкции самого двигателя. Однако высоких потребительских свойств ВИП можно добиться только при правильном и достаточно сложном управлении. Тема диссертации непосредственно связана с организацией прямого цифрового управления ВИП, отработкой структуры микропроцессорной системы управления (СУ) и алгоритмов на экспериментальной установке вентильно-индукторного привода. Данная диссертационная работа выполнялась в рамках комплекса исследований, проводимых тремя научными группами кафедры АЭП МЭИ (Н.Ф. Ильинского, В.Ф. Козаченко и В.Н. Острирова), а также заводами «Динамо» и Ярославским электромашиностроительным по разработке новых электроприводов с ВИД в рамках Федеральной целевой научно-технической программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского направления», подпрограмма «Технологии, машины и производство будущего».
Цель работы и предмет исследований Целью работы является разработка высокоэффективных микроконтроллерных систем прямого цифрового управления ВИД на основе всестороннего исследования перспективных способов управления и создание комплекта базового программного обеспечения ВИП.
Предметом исследований являются:
- вентильно-индукторные двигатели с однополярной коммутацией и различным
числом фаз;
- изучение сравнительной эффективности управления ВИП по различным
каналам (напряжение, угол коммутации), выбор оптимальной стратегии
согласованного управления;
- выбор элементной баш и проектирование модульной системы встроенного
микропроцессорной! управления в еосіанс: кон і рол тер. пулы операінініоі о
управления, плита ввода/вывода дискретых сигналов, плаї а сопряжения с
датчиками обрашых связей;
- обоснование и іірограммно-аппараіиая реалишцпя быстродействующих
каналов обратной связи по токам фаз, положению и частоте вращения ротора:
- улучшение потребительских свойств привода за счет специальных методов
управления.
Научная новизна
-
Разработана модульная микроконтроллерная система управления с необходимым набором интерфейсов для встраивания в ВИП различных типов.
-
В качестве оптимального, предложен импульсный датчик положения ротора (ДПР) и метод обработки его сигналов с использованием таймера в «квадратурном» режиме. Разработан оригинальный программно-аппаратный модуль оценки скорости на основе двух каналов захвата и сравнения процессора событий, обеспечивающий высокую точность во всем диапазоне скоростей.
-
Разработана и реализована программная СУ ВИД, работающая в реальном времени и содержащая регулятор тока (РТ), работающий по принципу двойного токового коридора, и адаптивный регулятор скорости (PC), обеспечивающий работу привода в широком диапазоне скоростей и нагрузок.
-
Предложен и жспериментально проверен программный способ улучшения вибро-акустических характеристик ВИП за счет искусственного затягивания заднего фронта юка при отключении фазы.
-
Предложен и реализован алгоритм бездатчикового управления вентильно-индукторным приводом, минимизирующий стоимость СУ.
Практическая ценность и реализации раооїьі Результаты, полученные в ходе исследований привода, используются:
- в разрабоїке перспективной серии вентильных (лекіроприводов на
Ярославском электромашиностроительном заводе;
- при испытаниях спроектированного МЭИ и заводом «Динамо» вентильною
двигателя;
при проектировании и запуске в промышленное производство специализированных микропроцессорных контроллеров с процессором Intel 8XCI96MH для систем управления общепромышленными преобразователями частоты ( опытный завод ИБП РАН, г. Пущино, завод «Новатор», г. Истра) и систем управления приводами стержней атомных реакторов (НПП ВНИИЭМ, г. Москва). Изготовлено более 200 контроллеров.
На защиту выносятся:
-
Структура и состав универсальной модульной микроконтроллерной системы с необходимым набором интерфейсов для управления ВИП различного типа.
-
Метол автоматической коммутации вентильных двигателей по прерыванию от модуля сравнения процессора событий с использованием в качестве базового, таймера в «квадратурном» режиме, подключенного к импульсному датчику положения.
-
Метод точной идентификации скорости с использованием модуля захвата процессора событий, подключенного на выход модуля сравнения, управляющего автокоммутацией двигателя.
-
Структура и алгоритмы функционирования программно реализованной системы управления ВИД, содержащая регулятор тока (РТ), работающий по принципу двойного токового коридора, и адаптивный регулятор скорости (PC), обеспечивающий работу привода в широком диапазоне скоростей и нагрузок.
-
Программный способ улучшения внбро-акустических характеристик ВИП за счет искусственного формирования заднего фронта тока при отключении фазы.
-
Алгоритм безда тикового управления вентилыю-индукторным приводом.
Апробация рибоii.i Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах: "Веитильно-индукгорпый 'электропривод - проблемы развития и перспективы применения" (30-31 января 1996г., Москва). 2-й Международной конференции по электромеханике и электротехнологии (1-5 октября 1996г. , г. Симферополь), паучно-гсхническом семинаре «75 леї оіечесіиенной школы электропривода» (24-26 марта 1997 г., г. С-Петербург).
6 Публикации
По ре5улыагам выполненных исследований опубликовано пять научных трудов.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы ні 47 наименований. I приложения и содержит 119 страниц машинописного текста и 63 рисунка.
