авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Бездатчиковое определение положения ротора в системе управления вентильно-индукторного электропривода

На правах рукописи

Чавычалов Максим Вячеславович БЕЗДАТЧИКОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новочеркасск 2013

Работа выполнена на кафедре «Электрический подвижной состав» феде рального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный университет путей сообщения» (ФГБОУ ВПО РГУПС) доктор технических наук, профессор

Научный консультант:

Петрушин Александр Дмитриевич Пахомин Сергей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО ЮРГПУ (НПИ) имени М.И. Платова, профессор кафедры «Электромеханика и электрические аппараты» Ворон Олег Андреевич кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО РГУПС заведующий кафедрой «Вагоны и вагонное хозяйство»

Ведущая организация: федеральное государственное автономное образова тельное учреждение высшего профессионального образования «Южный федеральный университет»

Защита диссертации состоится «24» октября 2013 г. в 10 час. 00 мин. на заседа нии диссертационного совета Д 212.304.01 при федеральном государственном бюд жетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И.

Платова» в аудитории 149 главного корпуса по адресу: 346428, г. Новочеркасск Рос товской области, ул. Просвещения, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке федерального государствен ного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образо вания «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им.

М.И. Платова». Автореферат диссертации размещен на официальных сайтах ВАК www.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО ЮРГПУ(НПИ) www.npi-tu.ru.

Автореферат разослан « » сентября 2013 г.

Отзыв на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) прошу направ лять по адресу: 346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ул. Просвещения, 132, Ученый совет ФГБОУ ВПО ЮРГПУ(НПИ), ученому секретарю.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.304. д.т.н., доцент Колпахчьян П.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В реалиях современного мира трудно пере оценить важность сбережения энергетических ресурсов. Постоянно растущие цены на энергоносители стимулируют внедрение энергоэффективных техноло гий. Как следствие, находятся все новые возможности применения электропри вода там, где раньше это представлялось нерентабельным.

С 80 годов XX века внимание исследователей привлекает вентильно индукторный электропривод (ВИП). Повышенные показатели энергетической эффективности, высокий КПД и относительно невысокая стоимость являются обоснованием использования вентильно-индукторных электрических машин (ВИМ) в составе общепромышленного электропривода. В то же время простота конструкции, повышенные показатели надежности, а также живучесть откры вают перспективы применения ВИМ в составе ответственных приводов, рабо тающих в тяжелых условиях эксплуатации.

Работы по исследованию и внедрению ВИП активно ведутся в МЭИ, РГУПС, ЮРГТУ. Значительный вклад в разработку и исследование ВИП вне сли: E. Husain, R. Krishnan, P.J. Lawrenson, T.J.E. Miller, A.V. Radun, М.Г. Быч ков, Ю.А. Голландцев, А.В. Киреев, Л.Ф. Коломейцев, В.А. Кузнецов, С.А. Па хомин, А.Д. Петрушин, Г.К. Птах, В.В. Рымша, А.Р. Шайхиев и др.

Для получения наилучших показателей ВИМ необходимо согласовывать ток возбуждения фаз с положением ротора. Для этого используют различные физические датчики положения ротора (ДПР), которые механически сочленены с валом ВИМ: датчики на основе эффекта Холла, оптоэлектрические с сегмен тированным диском, энкодеры и резольверы. С 80-х годов прошлого столетия ведутся работы по реализации бездатчиковых систем управления ВИМ, для ко торых необязательно наличие установленного на вал ДПР, а положение ротора определяется косвенно.

Основные достоинства бездатчиковых систем можно сформулировать следующим образом:

Меньшая стоимость. ДПР может составлять значительную часть электро технического комплекса для случая проектирования по минимуму стоимости (как правило, при малой мощности ВИМ). Кроме стоимости датчика необходи мо учитывать также расходы на соединительные провода к нему;

Более высокая надежность. Как известно, любой дополнительный конст руктивный элемент увеличивает вероятность выхода из строя всей установки.

Использование алгоритма бездатчикового управления в качестве резервного в системе ВИП, оснащенного ДПР, в случае выхода из строя последнего поможет обеспечить работоспособность электропривода;

Возможность использования ВИП в тяжелых условиях эксплуатации, при негативном воздействии окружающей среды. За счет простоты конструкции (отсутствие проводников и скользящего контакта на роторе, сосредоточенные обмотки возбуждения) ВИМ отличается повышенной надежностью в сравнении с традиционными асинхронными машинами и машинами постоянного тока. Это позволяет использовать ВИП в установках с тяжелыми условиями эксплуата ции (при высокой температуре окружающей среды, повышенном давлении, за пыленности и т.д.). В этом случае ДПР может стать лимитирующим фактором;





Отсутствие затрат времени на установку и настройку ДПР. Процедура фиксации и последующей настройки любого физического датчика требует за трат времени, использования специального оборудования.

Описанные в настоящее время методы бездатчикового (косвенного) оп ределения положения ротора, как правило, были синтезированы с учетом осо бенностей конкретной задачи (диапазон частот вращения, режим работы, алго ритм управления фазным током и т.п.) и не могут быть использованы для пол ноценной замены ДПР.

Учитывая перспективы применения ВИМ в системах электропривода, предназначенных для работы в тяжелых условиях эксплуатации, а также огра ничения существующих методов косвенного определения положения ротора, задача исследования существующих и синтеза нового алгоритма бездатчиково го определения положения ротора представляется актуальной научно технической проблемой.

Объект исследований – вентильно-индукторный электропривод.

Предмет исследований – алгоритмы бездатчикового определения по ложения ротора в системе управления вентильно-индукторного электроприво да.

Целью работы является разработка алгоритма бездатчикового опреде ления положения ротора в системе управления вентильно-индукторного элек тропривода.

Задачи исследования, которые поставлены и решены в работе:

сравнительный анализ известных методов косвенного определения поло жения ротора ВИМ;

разработка алгоритма определения стартового положения ротора с уче том возможной ненулевой частоты вращения ротора в момент старта;

разработка алгоритма бездатчикового пуска в ход вентильно индукторного двигателя (ВИД);

разработка мер по повышению точности определения положения ротора;

разработка алгоритма определения положения ротора на низких и сред них частотах вращения ротора;

разработка имитационной компьютерной модели ВИМ в бездатчиковом исполнении;

выработка предложений по практической реализации алгоритма бездат чикового определения положения ротора ВИД.

Методы исследований. Исследования проведены с использованием по ложений метода конечных элементов, численных методов решения дифферен циальных уравнений, теории электропривода, а также прикладного программи рования микроконтроллеров.

Основными положениями, выносимыми на защиту являются:

алгоритм бездатчикового определения стартового положения ротора, учитывающий возможную ненулевую частоту вращения;

алгоритм бездатчикового пуска;

алгоритм повышения точности определения положения ротора в пуско вом режиме путем выбора рациональных значений частоты и коэффициента за полнения зондирующих импульсов;

алгоритм определения положения ротора на низких и средних частотах вращения ротора.

Научная новизна:

разработан алгоритм бездатчикового определения положения ротора вен тильно-индукторной электрической машины, отличающийся тем, что не требу ет наличия предварительно записанной в память системы управления поиско вой таблицы, решает задачи определения начального положения ротора и без датчикового пуска, а также учитывающий конструктивные особенности кон кретной вентильно-индукторной машины;

разработан способ повышения точности определения положения ротора в пусковом режиме, отличающийся тем, что погрешность определения положе ния ротора снижается путем выбора рациональных параметров зондирующих импульсов;

разработана имитационная компьютерная модель бездатчикового вен тильно-индукторного привода позволяющая, в отличие от известных, учиты вать влияние зондирующих импульсов на электромагнитные процессы в систе ме преобразователь – индукторная электрическая машина.

Практическая ценность и внедрение результатов диссертационной работы.

Повышенные показатели надежности вентильно-индукторного привода вкупе с высокой энергетической эффективностью позволяют использовать его в наиболее тяжелых условиях эксплуатации. В этом случае наличие датчика по ложения ротора как дополнительного конструктивного элемента вентильно индукторной машины крайне нежелательно, а в некоторых областях примене ния невозможно. Использование алгоритма бездатчикового определения поло жения ротора будет способствовать не только повышению эксплуатационных показателей привода, но и продвижению электротехнических систем вентиль но-индукторного привода на рынке электромеханических устройств.

Результаты диссертационной работы были использованы:

в научно-исследовательской работе «Разработка конструкции опытного образца вентильно-индукторного двигателя мощностью 2 кВт», выполненной УралЭНИН УрФУ (г. Екатеринбург) в рамках областной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии и инноваций в Свердловской облас ти на 2011 – 2015 годы» Результаты исследований диссертационной работы пе реданы для внедрения в ОАО «СвердлНИИХиммаш»;

при проведении конструкторских работ на ОАО «ТМЗ им. В.В. Воровско го» (г. Тихорецк) в рамках выполнения договора от 13 февраля 2013 года по те ме «Исследование и разработка электротрансмиссии путевой машины» при разработке тягового вентильно-индукторного привода путевой машины МПТ-6.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечены натурными испытаниями, корректностью принятых при математическом моде лировании допущений, а также использованием современного программного обеспечения для проведения компьютерного моделирования.

Апробация. Положения диссертационной работы докладывались на:

Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт-2011», г.

Ростов-на-Дону;

X международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в г. Кременчуг 28-29 марта 2012 г.;

Третьей российской конференции с международным участием «Техниче ские и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ’12, г. Москва;

I Международном симпозиуме молодых ученых Transport problems 2012, г. Катовице, Польша;

Всероссийской научно-практической конференции «Транспорт–2012», г.

Ростов-на-Дону;

XIX Международной научно-технической конференции «Проблемы ав томатизированного электропривода. Теория и практика», пгт. Николаевка, АР Крым.

Структура работы. Диссертационная работа изложена на 115 страни цах и содержит введение, 3 главы, заключение, список литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулирова ны цели работы, приведены сведения о структуре диссертации.

В первой главе показано структурное отличие бездатчикового исполне ния ВИП, а также проведен аналитический обзор известных методов бездатчи кового определения ротора. Основой подавляющего большинства методов кос венного определения положения ротора является зависимость фазного пото косцепления от тока и угла поворота ротора =f(i, ). Показано, что в качестве информации для определения положения ротора может быть использовано зна чение потокосцепления, тока, дифференциальной индуктивности Lд.

Методы бездатчикового определения положения ротора можно разделить следующим образом: методы, не использующие обратную связь по положению ротора;

методы, основанные на измерении характеристик активной фазы;

мето ды, основанные на измерении характеристик пассивной фазы. Под активной следует понимать фазу, относительно которой ротор занимает положение меж ду углами открытия и закрытия полупроводниковых ключей преобразователя.

По типу используемой информации методы бездатчикового определения поло жения ротора можно разделить на методы, основанные на использовании поис ковых таблиц, и методы, основанные на использовании маркеров. Как правило, поисковые таблицы предполагают предварительное (в некоторых случаях экс периментальное) определение зависимостей (i, ), Lд(i, ) и др. В качестве маркера обычно используют характерный участок кривой тока, потокосцепле ния, дифференциальной индуктивности.

Известные методы бездатчикового определения положения ротора, как правило, синтезируются с учетом особенностей работы конкретной установки.

Исходя из этого, они имеют некоторые ограничения: по частоте вращения, ал горитму управления фазным током и т.д. Таким образом, описанные в первой главе методы косвенного определения положения ротора не могут быть исполь зованы для полноценной замены датчика положения ротора.

Во второй главе приведено математическое описание ВИМ, описаны по ложения нового алгоритма бездатчикового определения положения ротора, а также меры по его совершенствованию.

Поскольку алгоритм косвенного определения положения ротора ВИМ не должен зависеть от числа фаз и конфигурации зубцовой зоны, было принято исследовать и реализовать бездатчиковое управление трехфазным ВИД конфи гурации 12/14 (рисунок 1).

Рис.1. Поперечное сечение магнитной системы ВИД При математическом моделировании фазы ВИМ приняты следующие до пущения: источник питания обладает двусторонней проводимостью;

взаимная индуктивность фаз пренебрежимо мала;

катушки фазных обмоток имеют оди наковое активное сопротивление и обмоточные данные;

воздушный зазор рав номерен;

вихревые токи в магнитопроводе отсутствуют;

силовые ключи преоб разователя идеальны. В результате для трехфазной ВИМ составлена система дифференциальных уравнений 1 i1, di1 1 dt L i, u1 i1 R, d1 2 i2, di2 1 u 2 i2 R, dt Ld 2 i2, di 3 i3, 3 u3 i3 R, dt Ld 3 i3, d 1 3 Tk ik, TL B, dt J пр k 1 d 180 N r, dt где in – ток n-й фазы, А;

Lдn – дифференциальная индуктивность n-й фазы, Гн;

un – напряжение n-й фазы, В;

R – активное сопротивление фазной обмотки, Ом;

– частота вращения ротора, рад/с;

n – потокосцепление фазы n-й фазы, Вб;

– угол поворота ротора, эл.град;

Jпр – приведенный момент инерции, кгм2;

TL – момент сопротивления на валу ВИД, Нм;

B – коэффициент трения;

Tn – элек тромагнитный момент, производимый током n-й фазы, Нм;

Nr – число зубцов ротора.

Описанная система уравнений реализована в системе Matlab/Simulink.

Необходимая для проведения численных расчетов зависимость =f(i, ) (рису нок 2) получена в комплексе FEMM с использованием скриптового языка Lua, зависимости Lд=f(i, ) и (i,)/=f(i,) (рисунки 3, 4) получены численным дифференцированием. Зависимость T=f(i, ) (рисунок 5) получена из уравнений W ' i, T i,, i const W ' i, di, где W’ – коэнергия.

Рис. 2. Зависимость =f(i, ) Рис. 3. Зависимость Lд=f(i, ) Рис.4. Зависимость /=f(i,) Рис. 5 Зависимость T=f(i,) Задача бездатчикового управления разделена на три подзадачи: определе ние стартового положения, бездатчиковый пуск и бездатчиковая работа после осуществления пуска.

Для определения стартового положения ротора ВИД описан алгоритм, за ключающийся в одновременной подаче зондирующих импульсов во все фазы с последующим сравнением их амплитуд тока. Так определяется фаза, к которой рационально приложить первый силовой импульс напряжения. При этом про цедуру определения стартового положения необходимо повторить несколько раз с последующим сравнением результатов. Такая мера принята для учета возможной ненулевой частоты вращения ротора в момент пуска.

Для бездатчикового пуска рационально использовать маркерную инфор мацию, т.к. в этом случае не требуется предварительного занесения в память системы управления поисковой таблицы, а также зондирующих импульсов на пряжения, для обеспечения возможности реализации различных алгоритмов управления фазным током.

В качестве маркера принято минимальное значение дифференциальной индуктивности (максимальная амплитуда тока зондирующего импульса). Пред варительная картина фазного тока при использовании такого подхода показана на рисунке 6.

Рис.6. Предварительная картина фазного тока при использовании алгоритма бездат чикового пуска Интервал времени tsr затрачен системой управления на сравнение полу ченного значения амплитуды тока импульса с предыдущим.

Кроме того, описан также вариант алгоритма бездатчикового пуска при использовании в качестве маркера абсолютного значения амплитуды тока зон дирующего импульса в фиксированном положении ротора. Считая более ра циональным использование первого варианта бездатчикового пуска, для про верки работоспособности алгоритма в исходную имитационную модель в ком плексе Matlab/Simulink были внесены необходимые изменения. В результате компьютерного моделирования бездатчикового пуска получены зависимости фазных токов и частоты вращения ротора от времени (рисунок 7).

Рис.7. Результаты моделирования ВИД Погрешность определения положения ротора при реализации бездатчико вого пуска может быть определена как Q m 180, где m – положение ротора относительно зондируемой фазы, при котором фик сируется последняя перед срабатыванием маркера амплитуда тока зондирую щего импульса.

Предполагая, что наибольше му значению погрешности опреде ления положения ротора соответст вует случай, показанный на рисунке 8, а также принимая постоянным интервал времени, в течение кото рого ключи преобразователя откры ты при подаче зондирующего им- Рис.8. Случай достижения максимального зна чения Q пульса, величина периода зондиро вания определена как 2 Qref, P 3 180 N r f где Qref – заданное максимальное значение погрешности определения положе ния ротора, эл. градусы;

f – частота вращения ротора в конце электрического такта работы ВИД.

Для максимальной частоты вращения ротора, при которой выполняется условие QQref, можно записать 2 Qref Dmax, ref max 3 180 N r Wmin где Dmax – максимальный коэффициент заполнения зондирующих импульсов (учитывая, что положение ротора относительно зондируемой фазы соответст вует генераторному режиму, Dmax0,5);

Wmin – интервал времени, в течение ко торого силовые ключи преобразователя открыты.

На рисунке 9 представлены зависимости Q(t) до и после принятия мер по повышению точности определения положения ротора. Как видно, выбор ра циональных параметров зондирования способствует уменьшению погрешности.

Алгоритм бездатчикового пуска ограничен по частоте вращения ротора.

Для обеспечения наилучших показателей вентильно-индукторного привода (КПД, момент) необходимо менять углы коммутации в зависимости от значе ния. Обеспечить такую возможность можно использованием поисковой таб лицы. При этом выборку данных для составления зависимости угла поворота ротора от амплитуды тока зондирующего импульса =f(im) предложено осуще ствлять в процессе пуска с последующим уточнением и дополнением. Возмож ности современных микроконтроллеров, на основе которых, как правило, стро ятся системы управления вентильно-индукторным приводом, позволяют не только генерировать поисковую таблицу, но и представить ее в наиболее удоб ном для последующей интерполяции виде.

а) б) Рис. 9. Зависимость Q(t) до принятия мер по увеличению точности определения положения ротора (а) и после (б) В процессе производства вентильно-индукторной машины неизбежно возникновение технологических погрешностей изготовления, следствием кото рых может стать различие зависимостей =f(i, ) отдельных фаз. К числу таких конструктивных особенностей можно также отнести радиальное смещение ро тора вследствие наличия зазоров в подшипниковых узлах. Для учета возможно го различия характеристик фаз в работе предложено формировать поисковую таблицу для каждой фазы в отдельности.

При использовании поисковой таблицы предложено определять положе ние ротора по одному зондирующему импульсу. Однако, в некоторых случаях рационально использование силового импульса напряжения в качестве зонди рующего. Пример предварительной кривой фазного тока показан на рисунке 10.

Рис.10 Использование силового импульса напряжения в качестве зондирующего Работа алгоритма бездатчикового определения положения ротора при ис пользовании одного зондирующего импульса, а также при использовании сило вого импульса в качестве зондирующего, подтверждена при различных значе ниях частоты вращения ротора и при различных алгоритмах управления фаз ным током (рисунки 11, 12) математическим моделированием ВИД.

Рис.11. Результаты математического моделирования ВИД при определении положения ротора по одному зондирующему импульсу Рис.12. Результаты математического моделирования ВИД при использовании силового импульса напряжения в качестве зондирующего В третьей главе описаны подробности практической реализации алго ритма бездатчикового определения положения ротора ВИД с помощью совре менных микроконтроллеров.

Микропроцессорная техника позволяет совместить компактность испол нения с широкими возможностями системы управления. В диссертации описан пример функциональной схемы программного обеспечения микроконтроллера для реализации управления вентильно-индукторным приводом с использовани ем датчика положения ротора. Кроме того, описаны функциональные схемы программного обеспечения, реализующего описанный алгоритм бездатчиково го определения положения ротора.

Физическая апробация алгоритма бездатчикового определения положе ния ротора осуществлена на установке, включающей ВИМ конфигурации 12/ и преобразователь, система управления которым построена на базе микрокон троллера Texas TMS320F2809 (рисунок 13). Ниже приведены некоторые харак теристики микроконтроллера:

– частота ядра 100МГц;

– гарвардская архитектура;

– разрядность 32 бита;

– сторожевой таймер;

– 12-битный 16-канальный АЦП с временем преобразования 80 нс;

– 6 портов ШИМ с возможностью включения режима высокого разрешения;

– 3 32-разрядных таймера;

– 35 портов ввода-вывода;

– интерфейсы связи CAN, SPI, I2C;

– возможность эксплуатации при температурах -40оС … 125оС.

Рис. 13. Установка физической апробации алгоритма бездатчикового определения положения ротора ВИД на микроконтроллере Texas TMS320F2809 (1 – ВИМ конфигурации 12/14, 2 – лабораторный автотрансформатор, 3 – JTAG-отладчик, 4 – платы силовых ключей преобразователя, 5 – плата управления преобразователем) В результате получена осциллограмма фазного тока ВИД (рисунок 14).

Режим работы был повторен на компьютерной модели. Полученная зависи мость i(t) показана на рисунке Рис.14 Осциллограмма фазного тока при бездатчиковом пуске ВИД Рис.15 Результат компьютерного моделирования бездатчикового пуска ВИД Как видно из результатов физического и компьютерного моделирования, амплитуда тока силового импульса напряжения изменяется во времени, что обусловлено погрешностью определения положения ротора. Видно, что при практической реализации алгоритма погрешность больше, чем при компьютер ном моделировании. Это объясняется несовершенством программного кода микроконтроллера, а также погрешностью измерений.

Алгоритм бездатчикового пуска реализован в качестве основы алгоритма бездатчикового управления на примере микроконтроллера AVR Atmega (ри сунки16, 17) Рис.16. Установка физической апробации бездатчикового определения положения ротора ВИД с преобразователем на базе микроконтроллера AVR Atmega Рис.17. Преобразователь бездатчикового ВИП Из рисунка 17 видно, что преобразователь не имеет клеммных зажимов для соединения с ДПР, т.е. предполагает только бездатчиковую работу ВИД.

Представленный преобразователь и ВИД конфигурации 18/12 использованы УралЭНИН УрФУ в качестве основы системы ответственного электропривода, предназначенного для работы в тяжелых условиях эксплуатации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В заключении по результатам выполненных исследований можно сфор мулировать следующие выводы:

1. Получена математическая модель ВИМ. С использованием программного пакета вычисления магнитного поля методом конечных элементов FEMM, а также скриптового языка Lua получена зависимость =f(i, ). В комплексе MATLAB/Simulink получены зависимости Lд=f(i, ), /i=f(i, ) и Т=f(i, ), а также составлена компьютерная модель ВИМ трехфазного исполнения, ориен тированная на исследование бездатчикового управления.

2. Предложен алгоритм косвенного определения начального положения ро тора, основанный на использовании зондирующих импульсов, не требующий задания предварительной информации и учитывающий возможную начальную частоту вращения ротора.

3. Предложены алгоритмы бездатчикового пуска ВИМ, основанные на ис пользовании маркерной информации и не требующие предварительной записи поисковой таблицы в память системы управления.

4. Предложен алгоритм повышения точности определения положения рото ра в пусковом режиме, основанный на выборе рациональных значений частоты и коэффициента заполнения зондирующих импульсов.

5. Для обеспечения бездатчиковой работы после осуществления пуска пред ложено в процессе работы ВИД составлять поисковую таблицу формата =f(im), из которой в дальнейшем будет получено значение угла поворота ротора. При этом для учета конструктивных особенностей конкретной ВИМ предложено составлять поисковую таблицу отдельно для каждой фазы.

6. Предложено определять положение ротора на низких и средних частотах вращения из поисковой таблицы по одному зондирующему импульсу. При от сутствии возможности подать зондирующий импульс в фазу, описан вариант использования силового импульса напряжения в качестве зондирующего.

7. Работоспособность алгоритма бездатчикового управления при использо вании одного зондирующего импульса, а также при использовании силового импульса напряжения в качестве зондирующего проверена на компьютерной модели при различных частотах вращения ротора и различном управления фаз ным током.

8. Описаны особенности практической реализации алгоритма бездатчиково го управления в системе ВИП, основанной на использовании в качестве вычис лительного ядра системы управления современных микроконтроллеров. Пред ложены функциональные схемы программного обеспечения микроконтролле ров для реализации описанного алгоритма бездатчикового определения поло жения ротора.

9. Экспериментально апробирована работоспособность алгоритма бездатчи кового определения положения ротора на двух установках, системы управления которыми построены на микроконтроллерах Texas и AVR Atmega.

Список публикаций по теме диссертации В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Чавычалов М.В. Комплексный алгоритм бездатчикового управления вен тильно-индукторным двигателем // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э.

Баумана. Электронный журнал. 2012. №4. Режим доступа http://technomag.edu.ru/doc/496400.html 2. Петрушин А.Д., Чавычалов М.В. Бездатчиковый пуск вентильно индукторных электрических машин // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2012. №3. с. 34-38.

3. Петрушин А.Д., Чавычалов М.В., Илясова Е.Е. Исследование вентильно индукторной электрической машины с конструктивной асимметрией // Вест ник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2013. №1.

с. 45-50.

Другие издания:

4. Селютин Ю.В., Чавычалов М.В. Выбор метода косвенного определения по ложения ротора тягового вентильно-индукторного двигателя // Труды Все российской научно-практической конференции «Транспорт – 2011» в 3-х частях. Часть 2 технические науки. 2011. с. 435-436.

5. Чавычалов М.В. Методы бездатчикового управления вентильно индукторными электрическими машинами. // Труды Ростовского государст венного университета путей сообщения. 2011. №4. с. 86-88.

6. Чавычалов М.В. Бездатчиковое управление вентильно-индукторными элек трическими машинами // Электромеханические системы, методы моделиро вания и оптимизации. Сборник научных работ Х Международной научно технической конференции молодых ученых и специалистов в городе Кре менчуг 28–29 марта 2012 г. 2012. с. 368–369.

7. Чавычалов М.В., Гребенников Н.В. Бездатчиковое управление вентильно индукторными электрическими машинами // Труды Третьей российской конференции с международным участием «Технические и программные средства систем управления, контроля и измерения» УКИ’12. 2012. с. 2032– 2036.

8. Tchavychalov M. Sensorless start-up of a traction switched reluctance motors of the railway rolling stock // Transport problems 2012. Symposium proceedings. I international symposium of young researchers. 2012. p. 113-118.

9. Чавычалов М.В. Бездатчиковое управление вентильно-индукторными элек трическими машинами. // Електромеханiчнi i енергозберiгаючi системи. Те матичний випуск «Проблеми автоматизованого електропривода. Теорiя й практика» науково-виробничного журналу. 2012. № 3. с. 188-189.

10. Петрушин А.Д., Чавычалов М.В., Илясова Е.Е. Исследование асимметрич ных способов возбуждения вентильно-индукторных электрических машин. // Електромеханiчнi i енергозберiгаючi системи. Тематичний випуск «Пробле ми автоматизованого електропривода. Теорiя й практика» науково виробничного журналу. 2012. № 3. с. 522-523.

11. Чавычалов М.В. Бездатчиковый пуск вентильно-индукторных электрических машин. // Труды Всероссийской научно-практической конференции «Транс порт–2012», апрель 2012 г. в 3-х частях. Часть 2. Технические науки. 2012. с.

373-374.

В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежат сле дующие научные результаты (в квадратных скобках указаны номера работ, представленных выше): разработка алгоритма бездатчикового пуска [2], разра ботка математической и компьютерной моделей [3, 10], разработка алгоритма бездатчикового управления [7], анализ известных методов косвенного определе ния ротора [4].

Чавычалов Максим Вячеславович БЕЗДАТЧИКОВОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РОТОРА В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано к печати 19.09.2013. Формат 6084/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,16.

Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 100 экз. Заказ № Ростовский государственный университет путей сообщения.

Ризография ФГБОУ ВПО РГУПС.

Адрес университета: 344038, г. Ростов н/Д, пл. им. Ростовского Стрелкового Полка Народного Ополчения, 2.



 


Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.