Исследование динамических свойств электропривода с вентильным двигателем (стр. 3 из 5)
(4.4) 
Согласно выражению (4.4), передаточная функция имеет всего один полюс
. 
(4.5) 
(4.6) 
Рис. 4.4.
В качестве ускоряющего элемента, повышающего частоту автоколебаний в системе, примем
. Выражение годографа УЭ согласно таблице № 2 имеет вид: 
, (4.7)где
.Учитывая рекомендации [2], назначим параметры ускоряющего элемента:
(4.8)На рис. 4.5 представлен годограф ускоряющего элемента
, а также результирующий годограф линейной части контура тока 
. 
Рис. 4.5
Анализируя поведение годографов на рис. 4.5 можно сделать вывод, что постоянная времени ускоряющего элемента
снижает результирующий годограф линейной части и его точку пересечения с прямой –b. Уменьшение способствует увеличению автоколебаний системы.Следует отметить, что увеличение коэффициента передачи ускоряющего элемента также увеличивает частоту автоколебаний, одновременно смещая фазу выходного сигнала в сторону отставания. Результирующий коэффициент передачи линейной части контура тока при этом уменьшается.
На рис. 4.6 приведена структурная схема линеаризованного контура тока. Для сравнения на осциллограф выведены сигналы контура тока без линеаризации (рис. 4.7).
Рис. 4.6
Рис. 4.7
Линеаризовав контур тока, мы получили возможность замены релейного регулятора его коэффициентом передачи
.Рассмотрим контур тока, представленный на рис. 4.8:
Рис. 4.8
Структурная схема контура тока включает:
Крэ – коэффициент передачи релейного элемента, Кп - коэффициент передачи преобразователя, Rэ - эквивалентное сопротивление цепи статора,
Tэ - электромагнитная постоянная времени статорной цепи.
Передаточная функция замкнутого контура тока имеет вид:
, или 
. (4.9)Приведем ее к стандартному виду:
, (4.10)где
К- эквивалентный коэффициент усиления замкнутого контура тока,
Т01- эквивалентная постоянная времени замкнутого контура тока.
(4.11) 
(4.12)Постоянная времени Т01 выбирается исходя из динамических свойств самого реле.
Назначают
, однако очень малое значение постоянной времени практически не влияет на динамические свойства системы.Примем
, тогда замкнутый контур тока можно представить безынерционным звеном с коэффициентом передачи 
.5. Синтез контура скорости
На рис. 5.1 приведена структурная схема контура скорости.
Рис. 5.1
Все передаточные функции (ПФ) контура скорости разобьем на 2 части: ПФ регулятора и ПФ объекта.
Под объектом будем понимать все звенья, исключая регулятор:
. (5.0) 
, (5.1)где
. 
Регулятор скорости (РС) примем пропорционально-интегральным («ПИ»), наш РЭП примет астатический характер.
Зададимся передаточной функцией разомкнутой системы типа «2-1»:
. (5.2)Отсюда можно найти в общем виде передаточную функцию РС:
. (5.3)Отсюда можно записать:
. (5.4)Здесь введено обозначение:
. (5.5)Постоянная времени
определяется исходя из максимального быстродействия системы. Обычно принимают 
, где 
частота коммутации силовых ключей. В физических системах частота коммутации ключей ограничивается условиями нагрева и не выходит их диапазона 
.Примем
, тогда 
.Зададимся
, тогда 
Коэффициент усиления регулятора скорости:
.ЛАЧХ и ЛФЧХ полученные при синтезе системы, приведены на рис. 5.2.
Рис. 5.2
6. Моделирование вентильного двигателя
На рис. 6.1 приведена виртуальная модель РЭП синхронной машины, включенной по схеме вентильного двигателя, составленная в пакете Matlab 6.5.
Рис. 6.1
Схема на рис. 6.1 содержит: двигатель трехфазный с постоянными магнитами на роторе (М2), схему управления инвертором (RRT), инвертор напряжения (Invertor1), путевой датчик фазовый ПДФ (PDF).
6.1 Датчик положения ротора
Рассмотрим структуру схемы по часовой стрелке, начиная с блока ПДФ, представленного на рис.6.2.
Рис. 6.2
электропривод вентильный двигатель
Входной величиной для ПДФ является угол поворота вала двигателя, а выходным сигналом – вектор из шести единичных импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 60 градусов (рис. 6.4). Это дает имитацию шести сигналов от чувствительных элементов, расположенных равномерно вдоль окружности и вырабатывающих импульсы в соответствии с пространственным расположением ротора. Так как ДПР реализован в виде конечного автомата, то для его работы необходим тактовый сигнал, который подается тактового генератора TG. Рассмотрим внутреннюю структуру датчика положения ротора (DPR).
Следует отметить, что ДПР реализован с помощью пакета моделирования Stateflow, который хорошо интегрируется с Simulink и входит в стандартный набор пакетов Matlab.
Пакет Stateflow задуман и предназначен для моделирования сложных систем управления с возможностью ветвления и образованием циклов [18]. Пакет оперирует событиями методом конечных автоматов. Автомат представляет собой звено, осуществляющее преобразование вектора входных переменных XIN в вектор выходных переменных XOUT. В пакете Stateflow автомат представляется в виде графа, в нашем примере граф представлен алгоритмом ДПР [6]. Более подробно о работе пакета Stateflow можно узнать на сайте разработчика Matlab или на русскоязычном форуме Matlab [19]. Достоинством этого способа реализации датчика положения является компактность схемы, простота реализации, прозрачность алгоритма, малая вычислительна нагрузка на ЭВМ. Дополнительное преимущество еще и в том, что алгоритм, реализованный в графе автомата, преобразуется в программный код языка высокого уровня (язык С), что окажется полезным при разработке алгоритма вычисления скорости, дискретного регулятора положения и скорости.
Автомат, представленный на рис. 6.3, имеет 6 состояний (рис. 6.4), в одном из которых автомат находится до тех пор, пока значение входной переменной a (угол поворота) не достигнет значения, при котором произойдет изменение сигналов на выходе датчика. Изменение сигналов на выходе датчика происходит в том случае, когда значение входной переменной a превысит значение величины
или станет меньше значения 
.