Введение к работе
Актуальность работы. Полупроводниковые преобразователи параметров электрической энергии являются неотъемлемой частью судовой системы электроснабжения, от которой получают электропитание все электротехнические комплексы. Высокие требования, предъявляемые к надежности и качеству электропитания судового оборудования, обусловливают необходимость повышения эффективности работы преобразователей, что предполагает решение целого ряда технических задач. Одной из таких задач является синтез систем управления преобразователей, обеспечивающих получение желаемого изменения во времени энергетических координат в переходном и квазиуста-новившемся режимах работы. Основой системы управления является регулятор, реализующий алгоритм управления и, как следствие, определяющий качество работы преобразователя в статическом и динамическом режимах. В связи с интенсивным развитием методов и средств цифровой обработки информации достижение требуемой статической точности замкнутой системы не вызывает особых затруднений. В частности, статическая точность может . быть улучшена за счет увеличения разрядности обрабатываемых данных. Однако прогресс в области цифровой техники оказал гораздо меньшее влияние на развитие методов повышения динамических показателей. Применение в системах управления типовых регуляторов пропорционально-интегрально-дифференциального типа с постоянными параметрами не позволяет достигнуть высоких динамических показателей в условиях изменения внешних воздействий. В связи с этим, актуальной остаётся задача разработки методов и алгоритмов адаптивного управления, обеспечивающих высокое быстродействие при внешних возмущениях, что позволяет уменьшить отклонения выходных координат от заданных значений в переходных режимах, обеспечить минимальное время переходных процессов в преобразователях при пуске, при набросах и сбросах нагрузки, при изменении сигнала задания.
Перспективным направлением в создании высококачественных и надежных преобразователей в настоящее время является применение в их системах управления элементов цифровой техники, микропроцессоров и однокристальных ЭВМ. Это объясняется сложностью алгоритмов управления, которые невозможно реализовать на аналоговых структурах.
Целью работы является разработка метода синтеза и реализация адаптивных систем управления полупроводниковых преобразователей, обеспечивающих быстродействие, близкое к теоретическому максимуму в условиях изменения внешних воздействий.
Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:
на основе адекватного математического описания дискретной системы сформулировать условия достижения предельных динамических показателей;
разработать методику расчета параметров корректирующего устройства по линеаризованной модели замкнутой системы в пространстве состояний;
- разработать структуры корректирующих устройств для систем управ
ления типовых полупроводниковых преобразователей электроэнергии на ос
нове управляемых выпрямителей (УВ) и широтно-импульсных преобразова-
телей(ШИП).
Методы исследования. При решении поставленных задач использовались методы теории автоматического управления, электрических и магнитных цепей, метод пространства состояний, вычислительная математика и программирование.
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается корректным использованием методов теории автоматического управления, теории электрических и магнитных цепей. Теоретические выводы подтверждены компьютерным (виртуальным) моделированием и экспериментальными исследованиями.
Научная новизна результатов работы состоит в следующем:
предложен новый способ коррекции замкнутых систем управления полупроводниковых преобразователей, обеспечивающий высокое быстродействие при изменении внешних воздействий и отличающийся простотой реализации;
разработана методика синтеза корректирующего устройства, позволяющая с минимальными временными затратами выполнить расчет его параметров на основе линеаризованной модели замкнутой системы в пространстве состояний;
предложены способы практической реализации линейной разностной коррекции (ЛРК) в интегральных системах управления УВ и ШИП.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в разработке метода синтеза и реализации адаптивных систем управления полупроводниковых преобразователей, обеспечивающих быстродействие, близкое к теоретическому максимуму в условиях изменения внешних воздействий.
Разработанная методика синтеза разностного корректора (РК) позволяет повысить качество и точность проектирования быстродействующих систем управления полупроводниковых преобразователей.
Применение ЛРК позволяет расширить область устойчивой работы преобразователей и получить практически максимальное быстродействие не только при малых, но и при больших возмущениях.
Предложенная методика ЛРК позволяет значительно упростить процедуру выбора параметров корректируемой системы управления.
Разработанные структуры систем управления с интегральным регулятором и разностным корректором позволяют упростить реализацию адаптивных систем управления преобразователей на базе однокристальных микроЭВМ со встроенными аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).
Результаты работы использованы при проектировании импульсного источника питания системы цифровой индикации для винтообрабатывающего станка судостроительного предприятия «Звездочка» и в учебном процессе филиала СПбГМТУ - «Севмашвтуз».
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на:
конференциях «Перспективные технологии строительства и утилизации судов на предприятиях Государственного Российского Центра Атомного Судостроения (ГРЦАС)», Северодвинск, 2002 - 2004 гг.
пятой международной научно-технической конференции «Динамика систем, механизмов и машин», Омск, 2004 г.
на научно-техническом семинаре кафедры электротехники и электрооборудования судов СПбГМТУ, 2004 г.
Личное участие автора в работе. Основные результаты работы получены лично автором, включая постановку задач исследования, приложение метода, разработку алгоритмов, функциональных схем и программно-аппаратных средств. Разработка математической основы метода разностной коррекции выполнена совместно с д.т.н. Исхаковым А.С.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 76 наименований и пяти приложений. Работа содержит 166 страниц текста с 75 иллюстрациями, 8 таблиц.
