Введение к работе
Актуальность темы:
Широтно-импульсные преобразователи (ШИП) постоянного напряжения занимают особое место в иерархии преобразовательной техники.' Их широко применяет для регулирования и стабилизации напряжения различных потребителей электрической энергии. Их непрерывное совершенствование обусловливает также перспективное применение нетрадиционных первичных источников питания. Как в автономных электронных системах вторичного электропитания, где первичным является постоянное напряжение, так и в стационарных, питающихся от промышленных сетей, используются транзисторные преобразователи постоянного напряжения в силовой части. Расширение области применения ШИП ставит перед разработчиками такие задачи как; повышение качества преобразуемой .электрической энергии, обеспечение надежного функционирования потребителя, повышение собственной надежности и уменьшение объема и массы преобразовательных устройств. Значительное место в решении этих проблем занимает формирование динамических характеристик импульсных преобразователей, так как в подавляющем большинстве случаев они представляют собой замкнутые системы автоматического управления.
Процесс формирования динамических свойств связан с ограничением в переходных режимах электрических перегрузок элементов и узлов и с возможностью организации процессов передачи потребителю электрической энергии при минимальном использовании пассивных накопителей, а поэтому и минимизации объема силовых устройств;
Решению задач оптимального управления ШИП для достижения требуемых динамических свойств значительно способствует применение последних достижений электронно-вычислительной техники. Создание на основе микропроцессорных (МП) БИС устройств управления с программным управлением обеспечивает решение сложных функциональных задач контроля и управления при большом объеме обрабатываемой информации. Микропроцессорные комплексы позволяют создавать оборудование, которое по срав-
нению с предыдущим поколением обладает большими надежностью и функциональными возможностями, точностью, более высокой степенью унификации, повышающей гибкость систем управления.
Одним из важнейших вопросов, возникающих при применении МП в системе управления преобразовательными устройствами является разработка математической модели, удобной в реализации. Такая модель должна содержать . простые арифметические операции, что способствует реализации программного обеспечения, часто написанного на языках низкого уровня. Несмотря на большое количество работ, посвяденных этому вопросу, проблема совершенствования известных и разработка новых методов в этой области преобразовательной техники остается актуальной. Это связано с тем, что все известные методы так или иначе имеют дело с экспоненциальной функцией от матричного аргумента, которая создает большие трудности при вычислении. В прикладной математике существует класс асимптотических методов нахождения решения дифференциальных управлений в виде степенных рядов в пространстве функциональных параметров. Применение этих методов в вычислительной технике существенно ускоряет процесс вычисления и при этом дает хорошие и практически ценные результаты.
Цель диссертационной работы - развитие теории оптимального управления и разработка новой методики и алгоритма выбора оптимальной по быстродействию коррекции для преобразователей постоянного напряжения', реализующих принцип НИМ; программная реализация разработанного алгоритма? проектирование цифровой системы управления, реализующей оптимальное управление преобразователем с НИМ.
Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
-
Разработка математической модели импульсной части преобразователя с ШИМ;
-
Разработка методики расчета статических и динамических характеристик преобразователя с ШИМ с применением метода функциональных параметров,
3. Построение алгоритма определения параметров оптималь
ного управления в пространстве малого времени.
-
Разработка принципов и методики проектирования преобразователей с ШИМ, новых способов управления такими преобразователями;
-
Разработка аппаратурной части и программного обеспечения 'системы управления на микроэвм.
Автор защищает:
-
Математическая модель ІИП, построенная с помощью метода пространства малого времени.
-
Алгоритм определения параметров оптимального управления преобразователя с помощью метода пространства малого времени.
-
Система управления преобразователя на микроэвм МК51 с применением полученных аналитических результатов.
Методы исследования: При решении перечисленных задач были использованы методы переменных состояния , функциональных параметров, линеаризации разностных уравнений, оптимального управления по принципу максимума Понтрягина, итерации Ньютона в решении системы нелинейных уравнений и математического аппарата теории матриц; численные расчеты, графические построения и моделирование проводились на персональной ЭВМ IBM PC AT.
Научная новизна:
-
Разработана методика и проведен анализ как статических так и динамических характеристик преобразователя напряжения с ШИМ с использованием метода функциональных параметров;
-
Разработан алгоритм оптимального управления в пространстве малого времени-для преобразователя с ШИМ;
-
Предложен алгоритм определения параметров оптимального управления с использованием простых математических операций, что позволяет реализовать его с помощью простых и доступных аппаратных средств.
Практическая ценность: Проведенные в работе исследования позволили разработать и создать микропроцессорный стенд управления преобразователем постоянного напряжения для
качественной оценки предложенного алгоритма управления с минимизацией времени переходного процесса.
Реализация результатов работы а промышленности: Теоретические и практические результаты, полученные в работе, используется в учебных курсах КПИ при подготовке специалистов по электроприводу и электрическим машинам.
Апробация работы:
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международной научно-технической конференции "Силовая электроника в решении проблемы ресурсо- и энергосбережения", Алушта, октябрь 1993г., а также на научном семинаре НАН Украины "Научные основы электроэнергетики"
Структура и объем работы: диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 133 страницах текста, иллюстрированного 35 рисунками и 6 таблицами, списка литературы из 135 наименований и 7 приложений на 77 страницах.
Похожие диссертации на Широтно-импульсные преобразователи с микропроцессорным управлением
