Система электропривода

ОБЩИЙ ПОДХОД К ПОСТРОЕНИЮ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМ DTC

Система прямого управления моментом асинхронного электро­привода включает в себя несколько функциональных блоков, каждый из которых может быть реализован разными способами. В связи с этим представляется целесообразным следующий подход к построению мате­матических моделей систем DTC. Предварительно в виде структурных схем, реализованных с помощью элементарных динамических звеньев, отдельно разрабатываются модели всех функциональных блоков систе­мы. Поскольку каждый функциональный блок имеет несколько вариан­тов реализации структурных схем, воспроизводящих каждый функци­ональный блок, тоже будет несколько. Полученные структурные схемы функциональных блоков объединяются в так называемые субсистемы. Терминология (subsystem) заимствована в системе инженерных и науч­ных расчетов MATLAB [20]. Под субсистемой здесь понимается матема­тическая модель отдельного функционального блока, которая входит в общую модель в виде некоего макроблока. Входами субсистемы являет­ся совокупность управляющих и возмущающих воздействий для данного элемента общей модели, а выходами - переменные состояния, являющи­еся предметом исследования, которые одновременно служат входными воздействиями для других субсистем. Все вычислительные операции, связанные с процессами, протекающими в рассматриваемом функцио­нальном блоке, осуществляются внутри субсистемы. Таким образом, раз­работав все необходимые субсистемы общую модель системы DTC мож­но сформировать из готовых субсистем с минимальным использованием элементарных динамических звеньев или же вообще отказавшись от них. Изменение модели системы DTC при таком представлении сводится к замене одной или нескольких субсистем другими. Общая же структура математической модели при этом сохраняется.

До начала моделирования необходимо, прежде всего, определить те функциональные блоки, структурные схемы которых необходимо разра­ботать до построения общей модели. Поскольку исходной при модели­ровании является функциональная схема системы DTC, разделение объ­екта исследования на отдельные функциональные блоки целесообразно проводить в соответствии с этой схемой.

В этом разделе за основу принята функциональная схема системы пря­мого управления моментом, приведенная на рис. 2.1.

Эти блоки целесообразно представить в виде субсистем при фор­мировании математической модели электропривода в целом. Для блока регуляторов системы DTC входными воздействиями являются управля­ющий сигнал Uynp, пропорциональный заданной частоте вращения шзад, опорный сигнал Uon, пропорциональный заданному значению модуля по­токосцепления статора двигателя ¥ а также сигналы обратных связей по фактическим значениям контролируемых переменных, а именно, по модулю потокосцепления статора ¥ , по электромагнитному моменту

Мфакт и по частоте вращения двигателя шфакт. Выходными сигналами этой

субсистемы являются коммутационные функции релейных регуляторов потокосцепления статора и электромагнитного момента двигателя dY и dM, которые являются входными воздействиями для следующей субси­стемы - блока формирования строк таблицы переключений. Выходными сигналами этой субсистемы являются номера строк таблицы S1...S9, количество которых определяется выбранной конфигурацией релейных регуляторов Р¥ и РМ и принятой таблицей переключений. Минимальное количество строк таблицы - 4, максимальное - 9. Поэтому на рис. 2.1 свя­зи S5...S9 показаны пунктиром. Следующей субсистемой является блок определения фазового сектора. Входными воздействиями для этой субси­стемы являются составляющие потокосцепления статора в неподвижной системе координат 'Fsa и 'Fsp. В ряде случаев удобнее использовать в ка­честве входных сигналов для этой субсистемы не составляющие вектора потокосцепления статора, а тригонометрические функции угла 'Fs (sin|/s и cosj/s), о чем было сказано выше. Выходными сигналами этой субсисте­мы являются номера столбцов таблицы переключений N1 ...N6. Выходные сигналы формирователя строк таблицы переключений и определителя фазового сектора представляют собой входные управляющие воздей­ствия для следующей субсистемы, реализующей таблицу переключений. Выходными сигналами таблицы являются восемь возможных простран­ственных состояний результирующего вектора выходного напряжения преобразователя частоты U0...U7. Эти сигналы являются входными воз­действиями для субсистемы, в которой воспроизводится блок формиро­вания фазных напряжений. Выходные сигналы формирователя фазных напряжений UA*, UB* и Uc* представляют собой алгоритм переключения электронных ключей силового инвертора преобразователя частоты. Они же служат входными воздействиями для последней субсистемы - блока вычисления ненаблюдаемых координат электропривода. Формирователь строк таблицы переключений, определитель фазового сектора, таблица переключений и формирователь фазных напряжений образуют так на­зываемое ядро DTC. Помимо сигналов UA*, UB* и Uc*, входными воздей­ствиями для вычислителя ненаблюдаемых координат являются сигнал с выхода датчика напряжения в звене постоянного тока преобразователя частоты Ud и сигналы с датчиков фазных токов в статорной цепи электро­двигателя iSA, iSB и isc. На выходе этой субсистемы получаются сигналы, пропорциональные составляющим вектора потокосцепления статора в системе координат (а - (3) - и модулю потокосцепления ста­тора ^sm, электромагнитному моменту М*э и частоте вращения рото­ра двигателя со*г. Здесь и далее символом (*) обозначены вычисленные значения переменных. Составляющие вектора потокосцепления статора 'I'*sa и служат входными воздействиями для определителя фазово­го сектора. Остальные сигналы 0^*^, М*э и со*г) используются в качестве сигналов обратных связей для блока регуляторов системы DTC. Если сиг­налы обратных связей по модулю вектора потокосцепления статора и по электромагнитному моменту двигателя - всегда вычисленные, то сигнал обратной связи по частоте вращения двигателя может быть как вычис­ленным (со*г), так и полученным путем прямой индикации с помощью вра­щающегося датчика скорости ДС (wr). Поэтому на рис. 2.1 эти две связи, исключающие друг друга, показаны пунктиром.