Бездатчикове векторне керування асинхронними двигунами при роботі на низьких кутових швидкостях

Abstract

Дисертація присвячена питанням розробки та дослідження систем бездатчикового векторного керування асинхронними двигунами, що мають 19 підвищені показники якості керування при роботі на низьких кутових швидкостях. Проаналізовано основні нелінійні властивості автономного інвертора напруги та доведено, що їх вплив при роботі системи з низькою кутовою частотою може призводити до значних похибок у роботі підсистеми непрямого визначення невимірюваних змінних стану, оскільки при цьому спостерігається суттєве спотворення форм вихідних струмів та відхилення реальної вихідної напруги перетворювача від заданої. Представлено новий метод компенсації нелінійних властивостей інвертора, що відрізняється від існуючого наявністю адаптивного спостерігача струму, що дозволяє суттєво покращити властивості системи при наявності впливу електромагнітних перешкод на вимірювальні струмові канали, а величина коригуючого вектору підлаштовується з використанням показника пульсацій реактивного струму машини. Отримав подальший розвиток теорія бездатчикового визначення кутової швидкості з використанням адаптивної системи з задаючою моделлю. Проаналізовано стійкість існуючих систем, що базуються на використанні в якості вихідних сигналів моделей величин складових вектору потокозчеплення, протиЕРС, миттєвої реактивної потужності, складових вектору струму статора. Для суттєвого покращення стійкості запропоновано нову структуру адаптивної системи, що містить внутрішній спостерігач струму з використанням ковзних режимів. Розроблено метод визначення положення ротора, що базується на використанні анізотропних властивостей машини, та відрізняється від існуючих можливістю працювати при наявності декількох виражених анізотропій. Результати математичного моделювання та експериментальних досліджень довели ефективність запропонованих рішень.

В диссертационной работе для решения поставленных задач использовались такие методы: операторный метод (для составления передаточных функций математической модели асинхронного двигателя и системы управления ним); метод дифференциального исчисления, методы численного интегрирования, методы планирования эксперимента и поиска экстремума – для идентификации скорости и потокосцепления на базе анизотропных свойств двигателя при введении тестовых сигналов; метод 21 конечных элементов – при составлении дискретно-полевой модели асинхронного двигателя. Предложен новый метод компенсации нелинейных свойств инвертора напряжения, базирующийся на токе, оцениваемом адаптивной моделью, не требует заблаговременного определения параметров инвертора и системы управления в отличие от методов, предусматривающих использование измеренных токов и параметров инвертора.Работоспособность и эффективность предложенных в работе методов и алгоритмов подтверждены физическими экспериментами на реальных электромеханических системах, а также путем математического моделирования.

Thesis deals with development and research of sensorless vector control systems for induction motors with increased values of quality control when operating at low angular speed. The main non-linear properties of the voltage-fed inverter were analyzed and fact of their influence can lead to significant errors in the subsystem of indirect identification of unmeasured state variables at low angular frequency were proved. There are significant distortions of the output current and the deviation of the actual output voltage from the command. A new method for compensation of nonlinear properties of the inverter, which is characterized by the presence of existing adaptive current observer that can significantly improve the properties of the system in the 20 presence of electromagnetic interferences on the current measurement channels, and the magnitude of the correction vector is adjusting using reactive current pulsation. The theory of sensorless identification of the angular speed using the reference adaptive systems has continued to develop. Analyzed the stability of the existing systems, which are based on the use as on output value of the model components of flux vector, back-EMF, instantaneous reactive power, stator current vector components. For a noticeable improvement in the stability offered the new structure of the adaptive system, comprising an inner sliding mode observer. It developed a method for determining rotor position, which is based on the use of the anisotropic properties of the machine, and differs from existing ability to work when there are several pronounced anisotropy. The results of mathematical modeling and experimental studies confirmed the effectiveness of the proposed solutions.