Наблюдающие устройства асинхронного электропривода
ВВЕДЕНИЕ
Наблюдающим устройством называется динамическая система, которая восстанавливает вектор состояния заданной системы на основе измерения входного и выходного воздействий при известной структуре заданной системы.
Большинство процессов в электроприводе носят нелинейный характер. Это обусловлено физикой процессов, протекающих в электрической машине – насыщения, дополнительные (паразитные) взаимные индуктивности и т.п. Теоретическая основа дана только для линейных систем. Для нелинейных систем теоретическая часть достаточно сложна, и не всегда позволяет использовать теории такого типа применительно к электроприводу. А значит, для решения задач управления электродвигателем, должен быть разработан свой особый подход, учитывающий специфику данного вопроса. Изучая публикации по этой теме, можно сказать, что в мировой практике сложилась достаточно четкая направленность в решении этой проблемы.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ6
1.Обзор наблюдателей состояния9
2.Математическая модель АД12
2.1 Математическая модель АД в переменных IS и R12
2.1.1 Схема замещения АД12
2.1.2 Модель статора АД в системе αβ15
2.1.3 Модель ротора АД в системе α, β17
2.1.4 Модель полного порядка19
2.2 Математическая модель АД в переменных IS и IR21
3. Наблюдатели состояния асинхронного электропривода24
3.1 Математическое описание наблюдателя Люенбергера24
3.2 Математическое описание фильтра Калмана на основе АД в переменных IS и R29
3.3 Математическое описание фильтра Калмана на основе АД в переменных IS и IR32
4. Синтез наблюдателей асинхронного электропривода34
4.1 Синтез наблюдателя Люенбергера34
4.2 Синтез фильтра Калмана в переменных IS и R37
4.3 Синтез фильтра Калмана в переменных IS и IR45
5 Исследование работы в программной среде Matlab-Simulink53
5.1 Моделирование наблюдателя Люенберегра в программной среде Matlab-Simulink53
5.2 Моделирование фильтра Калмана в переменных IS и R в программном комплексе Matlab-Simulink56
5.3 Моделирование фильтра Калмана в переменных IS и IR в программном комплексе Matlab-Simulink57
6. Сравнительный анализ наблюдателей состояния при вариации параметров асинхронного электропривода59
6.1 Сравнительный анализ идентификации переменных состояния АД на основе фильтра Калмана в переменных IS и IR и наблюдателя Люенбергера59
6.2 Сравнительный анализ идентификации переменных состояния АД на основе фильтра Калмана в переменных IS, IR и IS, R62
ЗАКЛЮЧЕНИЕ66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ67
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Терехов В. М. Осипов О. И. Системы управления электроприводов: Учебник для студ. высш. учеб. заведений. – М.: «Академия», 2005. – 304 с.
Цыкунов А. М. Робастное управление с компенсацией возмущений. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2012. – 300 с.
Калачев Ю. Н. Наблюдатели состояния в векторном электроприводе. – М.: ЭФО – 2015. – 80 с.
Дилигенская А.Н. Идентификация объектов управления: учебное пособие. – Самара.: Самарский государственный технический университет, 2009. – 136 с.
Фираго Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л.Б. Павлячик – Мн.: Техноперспектива, 2006. – 363 с.
Калачев Ю. Н. Векторное регулирование. – М.: ЭФО – 2013. – 72 с.
Архангельский Н. Л. Курнышев Б. С. Виноградов А. Б. Лебедев С.К. Система векторного управления асинхронным электроприводом с идентификатором состояния // Электричество. – 1991. – №11. – с. 47-51.
Виноградов А. Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. – Иваново.: ГОУВПО ИГЭУ, 2008. – 298 с.
Каширских В. Г. Нестеровский А. В. Определение параметров и переменных состояния асинхронных электродвигателей в процессе их работы на основе поискового алгоритма оценивания // Вестник Кузбасского государственного технического университета. – 2006. – №5. – с. 76-79.
Макаров В. Г. Яковлев Ю. А. Оценивание параметров трехфазного асинхронного двигателя // Вестник Казанского технологического университета. – 2010. - №9. – с. 418-425
Макаров В. Г. Идентификация параметров трехфазного асинхронного двигателя / В. Г. Макаров // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2010. - №3 – 4. – с. 88 – 101.
Макаров В. Г. Идентификация параметров и токов ротора трехфазного асинхронного двигателя / В. Г. Макаров // Известия вузов. Проблемы энергетики. – 2010. - №7 – 8. – с. 101 – 116.
Панкратов В. В. Маслов М. О. Синтез и исследование одной структуры бездатчикового асинхронного электропривода с векторным управлением // Электротехника. – 2007. – №9. – с. 9-14.
В общем случае фильтр Калмана представляет собой многомерный нестационарный следящий измеритель, систему с переменными параметрами. Нестационарность фильтра обусловлена, во-первых, тем, что фильтр Калмана является оптимальным при конечном времени наблюдения, является оптимальным не только в установившемся, но и в переходном режиме, а во-вторых, тем, что задающие воздействия и помеха могут быть нестационарными случайными процессами.
Синтез данного фильтра состоит в следующем, существует объект, описываемый уравнением (36), описывается следующими уравнениями в программном коде.
is_a=is_a1+h/Le*(u(1)-Re*is_a1+Kr*Ar*psi_a1+Kr*zp*speed1*psi_b1);
is_b=is_b1+h/Le*(u(2)-Re*is_b1+Kr*Ar*psi_b1-Kr*zp*speed1*psi_a1);
psi_a=psi_a1+h*(Rr*Kr*is_a1-Ar*psi_a1-zp*speed1*psi_b1);
psi_b=psi_b1+h*(Rr*Kr*is_b1-Ar*psi_b1+zp*speed1*psi_a1);
Torque=Km*(psi_a*is_b-psi_b*is_a);
speed=speed1+h/J*(Torque-u(3));
Фильтр Калмана выполняет оценки не измеряемых координат вектора (х), уравнение описывающие объект записывается формулой (38). В основу модели фильтра, положено уравнения, которые идентичны с уравнениями, описывающими АД (39), параметры двигателя в программе выглядят следующим образом.