Общая характеристика работы
Актуальность темы исследования 2
Степень разработанности темы исследования 3
Цели и задачи диссертационной работы
Заключение 23
Список литературы 25
Актуальность темы исследования. Как правило, электротехническое оборудование (электрические аппараты, электрические машины, электрические преобразователи и т.д.) подвергается электрическим испытаниям.
Для сокращения как финансовых, так и временных издержек на проведение испытаний сложного электротехнического оборудования возможно применение специальных систем, имитирующих работу силовой части тестируемого оборудования в реальном времени. Для подобных задач в настоящее время применяются различного вида программно - аппаратные симуляторы, воспроизводящие работу силовой части электротехнического оборудования в реальном времени.
Актуальность работы, определяющая цели и задачи исследования, обосновывается системным подходом к проектированию, изготовлению и вводом в эксплуатацию оборудования на основе современных цифровых технологий. Программно-аппаратные симуляторы силовой части электропривода позволяют испытывать и отлаживать работу систем управления и преобразователей различных типов электроприводов, таких как ШИП-ДПТ, ТПН-АД, ПЧ-АД.
Степень разработанности темы исследования. Исследованиями цифровых средств для испытаний и наладки систем электроприводов мировое научное сообщество активно начало заниматься в конце 90-х - начале 2000-х годов. На это время приходится расцвет цифровых аппаратных средств, таких как программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), и появление новых силовых полупроводниковых элементов, например, биполярных транзисторов с изолированным затвором. Первые исследования подтвердили возможность создания испытательных стендов электроприводов без применения электромеханиче ской части. Полученные результаты предыдущих исследований дают возможность сконцентрировать свое внимание на структурах испытательных стендов и на системах управления, которые позволят с достаточной точностью воспроизвести поведение силовой части электропривода в отсутствии нагрузочного агрегата. Современные средства моделирования силовых схем и систем управления позволяют более детально изучить электрические процессы, протекающие в симуляторе, что дает возможность предлагать и анализировать различные решения по построению системы управления испытательного стенда.
Цели и задачи диссертационной работы. Анализ современных тенденций в практике проектирования и наладки электротехнических комплексов и систем и изучение научно-технической информации в области автоматизированного электропривода позволяет сформулировать цель диссертационной работы, заключающуюся в повышении эффективности проектных и пуско-наладочных работ на основе применения программно - аппаратных симуляторов электроприводов.
Для достижения цели, поставленной в работе, сформулированы следующие задачи:
1. Разработка и исследование структуры программно - аппаратных симуляторов силовой части основных систем электроприводов (НзЬ-симуляторы).
2. Обоснование выбора аппаратных средств, на основе которых целесообразно создание программно - аппаратных симуляторов электроприводов, работающих в реальном времени...
В Заключении изложены итоги выполненного исследования, перспективы дальнейшей разработки темы. Исследования симуляторов для массово применяемых электроприводов, проведённые на основе компьютерного моделирования и экспериментальных исследований, позволили сделать следующие выводы:
1. Анализ численных методов для параллельного решения ДУ позволил выбрать метод, при котором решение ДУ на ПЛИС обеспечивает требуемую точность вычисления. Для задач симуляции в реальном времени с шагом дискретизации 1 мкс целесообразно использовать метод Адамса-Бэшфорта 1-го порядка, то есть метод Эйлера. В свою очередь для Н1Ь-симуляторов, работающих с шагом более 1 микросекунды, рациональнее пользоваться методами Адамса-Бэшфорта более высокого порядка, поскольку они обеспечивают более высокую точность.
2. Приведённые оценки по среднеквадратичным отклонениям переменных моделей двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя позволили подойти к рациональному выбору разрядности данных ПЛИС-моделей. Например, для двигателя постоянного тока достаточно принять 35 разрядов для дробной части данных ПЛИС-модели, при котором среднеквадратичное отклонение по переменной момента не будет превышать 0, 3523 -10 5. В свою очередь для ПЛИС- модели асинхронного двигателя достаточно принять 33 разряда для дробной части данных модели, что обеспечит среднеквадратичное отклонение по переменной момента, не превышающее 0, 0839-10-4. Полученные отклонения можно признать вполне приемлемыми, потому что при данных отклонениях девиация параметров двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя равна 0, 0038% и 0, 0397% соответственно, что существенно ниже девиации параметров, обусловленных неидеальностью производственного процесса двигателей. Если потребуется более тонкая настройка ПЛИС-модели, можно определить количество разрядов для целых и дробных частей каждой из переменных в отдельности.
3. Анализ структур Р1111 .-симуляторов тока показал основные достоинства и недостатки существующих решений. Предложена структура симулятора тока с сигналом управления по выходу системы управления испытуемого преобразователя с сигналом ОС в систему управления испытуемого преобразователя от модели реального времени. Предложенная структура исключает пульсации, обусловленные действием нагрузочного преобразователя. При пошаговом испытании электроприводов подобная структура удобна тем, что исключает дополнительные переключения сигналов обратной связи в контроллере испытуемой системы.
4. Для того, чтобы охватить массово используемые системы электроприводов предложены топологии силовых цепей Р1111 .-симуляторов на основе однотипных базовых комплектов «транзисторная стойка - реактор»: ТП-Д, ШИП-ДПТ, ТПН- АД и ПЧ-АД. Анализ работы Р1111 .-симулятора на примере электропривода ШИП- ДПТ продемонстрировал возможность реализации двигательного и генераторного режимов работы электриче ской машины.
5. Анализ существующих систем управления электроприводами позволил выбрать структуру системы управления Р1111 .-симуляторов электроприводов постоянного и переменного тока. На основе проведённого анализа построенной системы управления получена зависимость быстродействия САР тока нагрузочного преобразователя от быстродействия САР тока испытуемого преобразователя для РНгЬ-симуляторов электроприводов постоянного и переменного тока. Полученная зависимость позволяет выбрать быстродействие системы управления РН1Ь- симуляторов электроприводов постоянного и переменного тока.
6. Анализ системы управления нагрузочного преобразователя, проведённый на компьютерной модели, показал, что для улучшения качества воспроизведения токов двигателя в реакторе Р1111 .-симулятора нужно реализовать следящую САР тока нагрузочного преобразователя и компенсировать возмущающее воздействие на САР тока нагрузочного преобразователя со стороны испытуемого преобразователя. Результаты компьютерного моделирования подтверждены экспериментальными данными и демонстрируют уменьшение ошибки воспроизведения тока двигателя в реакторах РНгЬ-симуляторов при использовании предлагаемого блока со следящей САР тока и компенсацией возмущающего воздействия. В предлагаемой структуре Р1111 .-симуляторов электроприводов постоянного и переменного тока среднеквадратичное отклонение ошибки воспроизведения тока двигателя в реакторах уменьшилось на 56,3% и на 67,6% соответственно в сравнении с РНгЬ- симулятором без блока компенсации.
Перспективы дальнейшей разработки темы исследования связаны с разработкой моделей реального времени комплексных имитируемых объектов; с определением параметров реакторов РНгЬ-симуляторов электроприводов; с увеличением быстродействия системы управления нагрузочного преобразователя РН1Ь- симуляторов электроприводов постоянного и переменного тока.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
