Введение к работе
Актуальность работы.
Проблемы электропитания элементов и устройств вычислительной техники весьма сложны и требуют неоднозначного решения. Это связано с наличием в ПЭВМ значительного числа как простых микросхем, так и достаточно сложных узлов (например, микропроцессоров). При питании отдельной ПЭВМ или группы ПЭВМ от централизованного источника энергии, будь то однофазная или трехфазная сеть переменного синусоидального тока, электромашиняый генератор, аккумулятор, солнечная батарея или источники энергии других типов, внутри ПЭВМ, как правило, создаются каналы децентрализованного электропитания, необходимые для получения на отдельных элементах и узлах более стабильного питающего напряжения, чем выходное напряжение централизованного источника энергии. Таким образом, во многих случаях требуется решение задачи получения из относительно нестабильного постоянного напряжения одного уровня (например, с отклонением от номинала в пределах + 10) стабилизированного постоянного напряжения другого уровня (пвпример, с отклонением от номинала в пределах + 1,5). Эта задача эффективно решается за счет использования в ЭВМ импульсных (и, прежде всего, широтно-импульсных) стабилизаторов постоянного напряжения, обладающих высоким (70—97) КПД.
Поэтому представляется актуальной разработка аналитических и машинных методов исследования устойчивости одного на важнейших и распространенных классов таких устройств - необратимых широтно-импульсных стабилизаторов постоянного напряжения (ШИСПП), относящихся с позиции теории автоматического управления к нелинейным импульсным САУ и требующих применения для их анализа разлитого математического аппарата и современных методов алгоритмизации и программирования.
Цель работы. Разработка обобщенных аналитических и машинных методов исследования устойчивости класса необратимых широтно импульсных стабилизаторов постоянного напряжения, идентифицированных коэффициентами конфигурации, повышение точности такого исследования и реализация этих методов с помощью быстродействующих машинных программ.
Пененные задачи. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:
1. Разработка обобщенных математических моделей объекта и
устройства управления необратимых ШИСПН с учетом неидеальности силовых элементов.
Z. Нахождение импульсных передаточных функции силовой части необратимых ШИСГШ в окрестностях особых точек для режимов непрерывного и прерывистого потока и разработка аналитических условия устойчивости САУ ШИСПН в малом.
3- Введение корректирующих связей для расширения области устойчивости ШИСПН и улучшения качества переходных процессов в системе.
4. Разработка стратегии и щюграммного пакета исследования на ЗЬМ переходных и установившихся процессов в необратимых ШИСПН, обеспечивающих повышенные точность и скорость анализа.
Методы исследования. Для укниония поставленных задач использованы методы теории управления, функционального анализа, математического и имитационного моделирования, структурного и объектно-ориентированного программирования. 'Научная новизна состоит п следующем:
1. Разработаны обобщенные математические модели и
соответствующие им блок-схемы объекта управления САУ ШИСПН,
учитывающие неидеальность силовых элементов.
2. Пхюдлохены математические модели и соответствующие им
блок-схемы устройств управления ШИСПН с обратной связью по
отклонению выходного напряжения (ОС-ШИСПН) и ШИСПН с
комбинированным регулированием (КР ШИСПН) с импульсным фильтром.
-
Впервые показана возможность существования в подклассе схем ШИСПН с коэффициентом конфигурации 01=0 эффекта псевдостабилизации и предложены меры по исключению этого эффекта.
-
Предложено в замкнутой системе регулирования САУ ШИСПН для улучшения динамических свойств использовать контур нелинейной обратной онязи по кажущемуся току силового дросселя.
Ь- Показано, что учет неидеальности 'выходного конденсатора
обусловливает'необходимость'корректного выбора " особых точек САУ
ШИСПН при линеаризации'исходной системы. Разработаны рекомендации
по такому выбору. '
6. Для обоих режимов работы непрерывного (РНП) и прерывистого (ГИП) потока - в общем' виде получены импульсные пор»)даточные функции объекта управления и замкнутой САУ ШИСПН в окрестностях особых точек.
7- Разработана стратегия машинного исследования динамических и статических свойств замкнутых САУ ШИСПН рассматриваемого
- ь -
класса», основанная на совокупном использовании разработанных имитационной модели ШИСПН, методах нулевой решетки и случайных коммутаций.
Практическая ценность работы. Результаты проведенных в работе исследований позволяет:
- реализовать единую методику анализа устойчивости произвольной
схемы необратимых ШИСПН, идентифицированной соответствующими
коэффициентами конфигурации;
исключить возможность возникновения в САУ ШИСПН аффекта псевдостабилизации;
- существенно повысить точность и скорость определения границ
областей устойчивости ШИСПН за счет одновременно учета
неидевльпости силовых элементов, использования строгих
аналитических методов и применения разработанного программного
пакета STAB, реализующего предложенную машинную стратегию
исследования;
упростить решение задач совершенствования устройств рассмотренного класса ШИСПН с заданными динамическими свойствами, используя полученные для окрестностей особых точек САУ ШИСПН импульсные передаточные функции звеньев объекта управления;
- повысить качество переходных процессов в САУ ШИСПН.
Реализация основных результатов. Результаты диссертации получены в ходе выполнения госбюджетных научно-исследовательских работ d 1993-1996 г.г. в соответствии с тематическими планами НИР МЭИ.
Разработанные при этом автором машинные программы ZOND построения регулировочных характеристик силовой части ШИСПН, UOON определения режимов работы ШИСПН для установившихся процессов и нахождения корней уравнений, описывающих эти режимы, и TREK нахождения координат особых точек стабилизатора и проверки выполнения в них условий устойчивости в малом внедрены в АО "НИИ вычислительных комплексов им. М.А.Карцева" ("НИИВК", г.Москва).
Программа ZOND использовалась в АО "НИИВК" при моделировании переходных процессов широтно-импульсного сетевого преобразователя типа РП04">, предназначенного для электропитания суперЭВМ типа 13М6, находящихся в настоящее время в эксплуатации на ряде объектов МО РФ. Кроме того, программы ZOND, MOON и TREK использовались ня указанном предприятии в 1995-1996 годах при разработке и испытаниях ячеек электропитания с; бнетрянсформяторным входом типа ЯП-1 для изделия М14-
(>
Внедрение результатов диссертации в АО "НИИВК." подтверждено соответствующим актом, приведенным в приложении к ней.
Апробации работы и публикации.
Результаты исследований докладывались на 6 научных конференциях - Всероссийской научной конференции "Эноргоресурсосбережение и экология в текстильной промышленности" (г.иосква, 1994 г.), международной научной конференции "Информационные средства и технологии" (і-.Москва, 1995 г.). Всероссийской научной конференции "Динамика нелинейных дискретных электротехнических и электронных систем" (г. Чебоксары, 199 г.), международной научной конференции "Информационные средства и технологии" (г.Москва, 1996 г.), научной конференции профессорско преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов Московской государственной текстильной академии (г.Москва, 1996 г.), 5-ой международной научной конференции "Математика, компьютер, образование" (г.Дубна, январь 1998 г.) - и нашли отражение в 9 опубликоваїшьгх работах.
Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 1?4 наименований и приложения с актом внедрения, имеет объем ?28 страниц, из которых 142 страницы основного текста, и содержит 57 рисунков и 43 таблицы.
