Local-optimal control in an electromechanical system with a contactless DC motor
Authors: Киселёва О.А. , Винокуров С.А. , Киселёва Д.Д. 
Published: July 2024

В работе проводится анализ возможности локально-оптимального управления в электромеханической системе на базе бесконтактного двигателя постоянного тока, который позволяет определить требуемые параметры импульса напряжения не только в регулируемом сигнальном секторе, но и в следующем секторе при переключении базовых векторов в процессе регулирования. Управление выходной координатой (состоянием системы) происходит за счет переключения базовых векторов и пульсации каждого импульса времени. Процессы управления пульсациями базового вектора (широтно-импульсная модуляция) аналогичны для каждого вектора, только эти вектора могут быть смещены в пространстве на определенный угол. Угол смещения данных векторов обратно пропорционален произведению числа пар полюсов и фаз. Процессы пульсации становятся периодическими, причем происходит чередование базового вектора и нулевого. В зависимости от частоты вращения ротора и периода пульсаций, число пульсаций одного базового вектора (без переключения его в пространстве) может достигать нескольких десятков. Если считать, что процессы, которые протекают при переключении только базовых векторов, идентичны по всем параметрам, кроме расположения в пространстве, то при расчете можно перемещать начало координат в новую точку пространства (расположение базового вектора) и получать периодические процессы для создания электромагнитного момента. Для синтеза алгоритма управления электромеханической системой с бесконтактным двигателем постоянного тока можно использовать метод прогнозирующего управления – Model predictive control (MPC). Целью данного исследования является оценка возможности применения локально-оптимального управления при каждом переключении базовых векторов с учетом особенностей построения бесконтактного двигателя постоянного тока. Оно направлено на формирование управляемых параметров одного базового вектора в сочетании с нулевым вектором, который определен как пространственно, так и начальными условиями исходным базовым вектором. Показано, что состояние системы будет зависеть также от скорости рассеивания в нулевом векторе накопленной электромагнитной энергии за время существования базового вектора.

The paper analyses the possibility of local-optimal control in an electromechanical system based on a contactless DC motor, which allows the required voltage pulse parameters to be determined, not only in the regulated signal sector but also in the next sector during the switching of the base vectors of the control process. The output coordinate (system state) control is accounted for by the reference vectors switching and each time pulse ripple. The base vector pulsation control processes (pulse width modulation) are similar for each vector. Only these vectors can be shifted in space by a certain angle. The angle at which these vectors are shifted is inversely proportional to the product of the number of pole and phase pairs. The pulsation processes become periodic, with the base vector and zero vector alternating. Depending on rotor speed and pulsation period, the number of pulsations of one base vector (without switching it in space) can reach several dozens. Providing that processes occurring at switching of base vectors only are identical in all parameters except for location in space, we can move the origin of coordinates to a new position (location of the base vector) and get periodical processes for the creation of electromagnetic momentum during calculation. To synthesize an electromechanical control system with a contactless DC engine, you can use the predictive control method - Model predictive control (MPC). The purpose of this study is to assess the feasibility of locally optimal control every time the base vectors are switched, considering the features of building a DC contactless engine. Aimed at forming the controlled parameters of one base vector combined with a zero vector, which is defined by both spatial and initial conditions of the original base vector. It is demonstrated that the system status will also depend on the rate of dispersal in the zero vector of accumulated electromagnetic energy during the existence of the base vector control in an electromechanical system with a contactless DC motor.