Наблюдатели магнитного потока в системе управления электроприводом с двигателем двойного питания

Максим Андреевич Бобров, Геннадий Михайлович Тутаев, Maksim A. BOBROV, Gennadii M. TUTAYEV

Аннотация


Представлена система векторного управления (СВУ) электроприводом на базе асинхронизиро- ванного вентильного двигателя без датчика магнитного потока. Рассмотрены структурные схе­мы и описаны две модели наблюдателей магнитного потока: наблюдатель магнитного потока по напряжению ротора и «токовая» модель наблюдателя. Наблюдатель по напряжению ротора чув­ствителен к изменению сопротивления и при отклонении его на 5—10% от номинального значения приводит СВУ в неустойчивое состояние. Применение «токовой» модели приводит к появлению ошибок не менее 15% в определении магнитного потока в области низких нагрузок, что сказыва­ется на динамике и потерях в контуре намагничивания. Но в целом система остается устойчивой при достижении заданного магнитного потока. Определены границы устойчивости системы регу­лируемого электропривода методом D-разбиения при изменении активного сопротивления ротора. Исследовано влияние точности аппроксимации кривой намагничивания при идентификации маг­нитного потока «токовым» наблюдателем. Результаты теоретических исследований подтвер­ждаются результатами моделирования в Matlab.

Ключевые слова


асинхронизированный вентильный двигатель; математическая модель; характеристическое уравнение; бездатчиковое управление; наблюдатель магнитного потока

Полный текст:

PDF

Литература


Sobhan Mohamadian A novel flux observer and switching scheme for LCI-fed synchronous motor drives, 8th Power Electronics, Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC), 2017, pp. 425-430.

Zhen Xin, Rende Zhao, Frede Blaabjerg, Longlong Zhang, Poh Chiang Loh. An Improved Flux Observer for Field-Oriented Control of Induction Motors Based on Dual Second-Order Generalized Integrator Frequency-Locked Loop. — IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2017, vol. 5, iss. 1, p. 513—525.

Мещеряков В.Н., Безденежных Д.В. Наблюдатель пото- косцепления для машины двойного питания, управляемой по статорной и роторной цепям. — Вестник Воронежского гос. тех. ун-та, 2010, т. 6, № 11, с. 170—173.

Mengoni M., Zarri L., Tani A., Serra G., Casadei D.. Sensorless speed observer based on third-order spatial field harmonic for multiphase induction motor drives. — IEEE Symposium on Sensorless Control for Electrical Drives (SLED), 2016, pp. 1—6.

Афанасьев К.С., Глазырин А.С. Идентификация скорости асинхронного электродвигателя лабораторного стенда с по­мощью фильтра Калмана и наблюдателя Люенбергера. — Элек­тротехнические комплексы и системы управления, 2012, № 4, с. 66—69.

Douglas D. de Oliveira, Rodrigo P. Vieira, Hilton A. Grbndling A quasi-sliding mode speed and position observer with a chattering elimination filter. — IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2015, pp. 1—6.

Tutaev G., Bobrov M. Rotor speed estimation in control system of electric drive based on induction inverter-fed motor.— IX International Conference on Power Drives Systems (ICPDS), 2016, рр. 1—4.

Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электро­приводов переменного тока с полупроводниковыми преобразо­вателями частоты.— Екатеринбург: УРО РАН, 2000, 654 с.

Ботвинник М.М., Шакарян Ю.Г. Управляемая машина переменного тока. — М.: Наука, 1969, 352 с.

Копылов И.П. Математическое моделирование электри­ческих машин.— М.: Высшая школа, 2001, 327 с.

Безденежных Д.В. Разработка и исследование электро­привода на базе машины двойного питания с подключением обмоток статора и ротора к преобразователям частоты: Дис. ... канд. техн. наук. — Липецк, 2011, 200 с.

Гуляев И.В., Тутаев Г.М. Системы векторного управле­ния электроприводом на основе асинхронизированного вен­тильного двигателя. — Саранск, 2010, 200 с.

Рудаков В.В., Столяров И.М., Дартау В.А. Асинхронный электропривод с векторным управлением. — Л.: Энергоатомиз- дат, 1992, 296 с.

Бобров М.А., Тутаев Г.М. Разработка наблюдателя ос­новного магнитного потока для реализации бездатчиковых принципов управления электроприводом на базе асинхронизи- рованного вентильного двигателя. — Сб. научных трудов по итогам Международной научно-практической конф. «Актуаль­ные вопросы науки и техники». — Самара, 2017, с. 42—46.

Sergio A. Diaz, Cesar A. Silva, Jorge Juliet, Hernan M. Delpino. Novel anti-windup scheme for stator flux control in surface permanent magnet machines. Power and Energy Conference (TPEC). — IEEE Texas, 2017.

Ming Yang, Li Niu, Dian-guo Xu. A novel piecewise Anti-Windup design for speed loop PI controller of PMSM servo system, Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2012 15th International.

Тутаев Г.М., Бобров М.А., Гуляев И.В. Оценка энерге­тических характеристик асинхронизированного вентильного двигателя при различных способах аппроксимации кривой на­магничивания. — Электротехника, 2017, № 6, с. 2—6.

Тутаев Г.М., Юшков И.С., Бобров М.А. Исследование энергоэффективных режимов работы электропривода на базе асинхронизированного вентильного двигателя. — Сб. научных трудов по итогам Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технических наук в России и за рубежом». — Новосибирск, 2017, с. 68—72.

Бобров М.А. Исследование влияния параметров базовой машины на многоконтурную систему управления электропри­водом на базе асинхронизированного вентильного двигателя. Сб. научных трудов по итогам Международной научно-практи­ческой конференции «Проблемы и достижения в науке и тех­нике». — Омск, 2017, с. 78—82.

Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автомати­ческого управления: Учебник. — СПб.: Профессия, 2003, 752 с.

Калачев Ю.Н. Наблюдатели состояния в векторном электроприводе. — ООО «Гамем», 2015, 80 с.

Saihi L., Boutera A. Robust sensorless sliding mode control of PMSM with MRAS and Luenberger extended observer, 2016 8th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC).

Sobhan Mohamadian A novel flux observer and switching scheme for LCI-fed synchronous motor drives, 8th Power Electronics, Drive Systems & Technologies Conference (PEDSTC), 2017, pp. 425-430.

Zhen Xin, Rende Zhao, Frede Blaabjerg, Longlong Zhang, Poh Chiang Loh. An Improved Flux Observer for Field-Oriented Control of Induction Motors Based on Dual Second-Order Generalized Integrator Frequency-Locked Loop. — IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 2017, vol. 5, iss. 1, p. 513—525.

Meshcheryakov V.N., Bezdenezhnykh D.V. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta — in Russ. (Bulletin of Voronezh State Technical University), 2010, vol. 6, No. 11, pp. 170—173.

Mengoni M., Zarri L., Tani A., Serra G., Casadei D. Sensorless speed observer based on third-order spatial field harmonic for multiphase induction motor drives. — IEEE Symposium on Sensorless Control for Electrical Drives (SLED), 2016, pp. 1—6.

Afanas’yev K.S., Glazyrin A.S. Elektrotekhnicheskiye kompleksy i sistemy upravleniya — in Russ. (Electrotechnical Complexes and Controlled Systems), 2012, No. 4, pp. 66—69.

Douglas D. de Oliveira, Rodrigo P. Vieira, Hilton A. Grbndling A quasi-sliding mode speed and position observer with a chattering elimination filter. — IEEE 13th Brazilian Power Electronics Conference and 1st Southern Power Electronics Conference (COBEP/SPEC), 2015, pp. 1—6.

Tutaev G., Bobrov M. Rotor speed estimation in control system of electric drive based on induction inverter-fed motor.— IX International Conference on Power Drives Systems (ICPDS), 2016, pp. 1—4.

Shreiner R.T. Matematicheskoye modelirovaniye elektroprivodov peremennogo toka s poluprovodnikovymi preobrazovatelyami chastoty (Mathematical Modeling of AC Drives with Semiconductor Frequency Converters). Yekaterinburg, Ural Branch of Russian Academy of Sciences, 2000, 654 p.

Botvinnik M.M., Shakaryan Yu.G. Upravlyayemaya mashina peremennogo toka (Controlled AC machine). Moscow, Publ. «Nauka», 1969, 352 p.

Kopylov I.P. Matematicheskoye modelirovaniye elektricheskikh mashin (Mathematical modeling of electrical machines). Moscow, Publ. «Vysshaya shkola», 2001, 327 с.

Bezdenezhnykh D.V. Razrabotka i issledovaniye elektroprivoda na baze mashin dvoinogo pitaniya...: Dis.... kand. tekhn. nauk (Development and research of the electric drive on the basis of machines of a double food ...: Diss. for the Degree of Cand. Sci. (Eng.)). Lipetsk, 2011, 200 p.

Gulyayev I.V., Tutayev G.M. Sistemy vektornogo upravleniya elektroprivodom na osnove asinkhronizirovannogo ventil’nogo dvigatelya (Vector control systems for electric drives based on an asynchronous valve motor). Saransk, 2010, 200 p.

Rudakov V.V., Stolyarov I.M., Dartau V.A. Asinkhronnyi elektroprivod s vektornym upravleniyem (Asynchronous electric drive with vector control). Leningrad, Energoatomizdat, 1992, 296 p.

Bobrov M.A., Tutayev G.M. Sb. nauchnykh trudov po itogam Mezhdunarodn. nauchno-prakticheskoi konf. «Aktual’nye voprosy nauki i tekhniki — in Russ. (Proc. of the Intern. scientific-practical conf. «Timely problems of science and technology». Samara, 2017, pp. 42—46.

Sergio A. Diaz, Cesar A. Silva, Jorge Juliet, Hernan M. Delpino. Novel anti-windup scheme for stator flux control in surface permanent magnet machines. Power and Energy Conference (TPEC). — IEEE Texas, 2017.

Ming Yang, Li Niu, Dian-guo Xu. A novel piecewise Anti-Windup design for speed loop PI controller of PMSM servo system, Power Electronics and Motion Control Conference (EPE/PEMC), 2012 15th International.

Tutayev G.M., Bobrov M.A., Gulyayev I.V. Elektrotekhnika — in Russ. (Power Engineering), 2017, No. 6, pp. 2—6.

Tutayev G.M., Yushkov I.S., Bobrov M.A. Sb. nauchnykh trudov po itogam Mezhdunarodn. nauchno-prakticheskoi konf. «Aktual’nye problemy tekhnicheskikh nauk v Rossii i za rubezhom» — in Russ. (Proc. of the Intern. scientific-practical conf. «Timely problems of technical sciences in Russia and abroad»). Novosibirsk, 2017, pp. 68—72.

Bobrov M.A. Sb. nauchnykh trudov po itogam Mezhdunarodn. nauchno-prakticheskoi konf. «Problemy i dostizheniya v nauke i tekhnike» — in Russ. (Proc. of the Intern. scientific-practical conf. «Problems and achievements in science and technology». Omsk, 2017, pp. 78—82.

Besekerskii V.A., Popov Ye.P. Teoriya sistem avtomaticheskogo upravleniya ((The theory of automatic control systems). St. Petersburg, Publ. «Professiya», 2003, 752 p.

Kalachev Yu.N. Nablyudateli sostoyaniya v vektornom elektroprivode (Observers of the state in a vector electric drive). LLC «Gamem», 2015, 80 p.

Saihi L., Boutera A. Robust sensorless sliding mode control of PMSM with MRAS and Luenberger extended observer, 2016 8th International Conference on Modelling, Identification and Control (ICMIC).




DOI: http://dx.doi.org/10.24160/0013-5380-2018-2-44-51

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Bookmark and Share