Импульсный стабилизатор напряжения с дискретным управлением и измерительной rc-цепью

Решетневские чтения

Это можно выполнить с помощью специальных устройств, которые называются наблюдателями состояния.

Авторами рассматривалась задача синтеза наблюдателя состояний полного порядка с помощью пакета прикладных программ МЛТЬЛБ + 81ши1шк для электромеханического объекта (рис. 1). В ходе ее решения были получены переходные характеристики объекта управления (рис. 2).

При работе с реальными системами необходимо учитывать, что на них действуют помехи, а модель системы не является точной. Следовательно, в процессе оценки возникает ошибка, которая с течением времени не сводится к нулю. Управление системой осуществляется на основе вычисленных, а не измеренных переменных, и в качестве сигнала обратной связи используется оценка переменной состояния. Поэтому действие наблюдателя нуждается в проверке.

Таким образом, введение наблюдателя состояния в контур управления отрицательно влияет на быстродействие системы, однако его применение оправданно в тех случаях, когда отсутствует возможность измерения координат управления.

3J

I К

L 2

0.1 0.2 0.3 0 4 0.5

г, с

Рис. 2. Полученные переходные характеристики объекта управления: 1 - модель электромеханического объекта; 2 - объект управления с наблюдателем состояния; 3 - объект управления, замкнутый по собственным переменным состояния

Библиографическая ссылка

1. Филлипс Ч., Харбор Р. Системы управления с обратной связью. М. : Лаб. базовых знаний, 2001.

Â. G. Veretnov, V. V. Kibardin Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

SYNTHESIS OF OBSERVERS OF THE FULL ORDER

The analysis and synthesis of the observer offull order conditions by means of a package of MATLAB+Simulink applied programs for electromechanical object are considered.

© Веретнов А. T., Kn6apflHH B. B., 2010

УДК 621.316.722

Д. В. Гончарук, Ю. В. Краснобаев, Д. В. Капулин

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

ИМПУЛЬСНЫЙ СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ С ДИСКРЕТНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

И ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ йс-ЦЕПЬЮ

Рассматриваются особенности реализации устройства управления быстродействующим импульсным стабилизатором напряжения. Исследовано влияние параметров измерительной RC-цепи на качество переходных процессов.

В настоящее время проявляется большой интерес к внедрению цифровых устройств управления импульсных стабилизаторов направления (ИСН), что должно обеспечить возможность реализации сложных законов и алгоритмов управления ИСН, снизить собственное энергопотребление схемы управления, а также расширить функциональные возможности систем электропитания.

Использующиеся в настоящее время схемные решения устройств управления позволяют получить следующие массы узлов энергопреобразующего ком-

плекса (КЭП) космических аппаратов (КА) типа «Луч-5»: масса блока фильтра шины питания 100 В -2,26 кг, масса ИСН, выполняющего функцию разрядного устройства (РУ), - 6,32 кг. Соответственно массовая доля фильтра по отношению к массе РУ составляет 26,3 %. Поэтому актуальной является задача снижения емкости, а следовательно, и массы фильтров ИСН, которая может быть решена за счет повышения быстродействия ИСН.

В [1] предложен метод синтеза и осуществлен синтез последовательного корректирующего устрой-

Системы управления, космическая навигация и связь

ства ИСН понижающего типа с широтно-импульсным модулятором (ШИМ), обеспечивающего близкие к минимально возможным амплитуду и длительность отклонения выходного напряжения ИСН в переходных режимах, вызванных коммутацией нагрузки. Сам синтез осуществляется по регулируемым составляющим переменных состояния, под которыми понимаются отклонения переменных состояния от их значений в стационарном режиме.

Согласно варианту реализации закона управления, предложенному в [1], регулируемая составляющая входного сигнала широтно-импульсного модулятора имеет вид

Uур ^) = - ЦТ^[^р ^) - Ucр

вх м

где Цвх - напряжение на входе ИСН; К = Д4.у / ДЦу(даТ) = Т / Ца; Д4.у - приращение длительности импульса управления силовым ключом ИСН относительно моментов времени тТ управляемого переключения; ЦСр(тТ) - дискретные значения регулируемой составляющей напряжения на емкости конденсатора выходного фильтра; Ца - амплитуда пилообразного напряжения ШИМ.

Вычислить приращение за период Т регулируемой составляющей напряжения ДЦСр на емкости конденсатора можно путем интегрирования на интервале времени, равном периоду Т, приращения регулируемой составляющей Д/Ср тока конденсатора:

тТ

ДЦСр 0тТ) = - | Д/Ср

С (т-1)Т

Определение регулируемой составляющей напряжения ДЦСр согласно (2) предполагает измерение тока конденсатора емкостного фильтра.

В качестве датчика тока фильтра используется ЯС-цепь, подключенная параллельно батарее конденсаторов выходного фильтра. При равенстве постоянных времени емкостного фильтра и ЯС-цепи можно утверждать, что через ЯС-цепь будет протекать ток, пропорциональный току, протекающему через емкостной фильтр. Таким образом, измеряя ток, протекающий через ЯС-цепь, можно определить ток через емкостной фильтр ИСН.

Для исследования влияния параметров ЯС-цепи на качество переходных процессов была разработана

модель ИСН понижающего типа в формате Spice. Параметры силовой цепи исследуемого ИСН, а также исходные параметры датчика тока следующие: напряжение на входе ИСН ивх = 115 В; напряжение на выходе ивых = 100 В; индуктивность дросселя силовой цепи Ьдр = 150 мкГн; емкость конденсатора выходного фильтра Сф = 1 000 мкФ; внутреннее активное сопротивление фильтра Яф = 0,01 Ом; емкость конденсатора ЯС-цепи СЯС = 10 мкФ; активное сопротивление ЯС-цепи ЯЯС = 1 Ом; постоянная нагрузка ИСН Янсок* = 1,5 А; коммутируемая нагрузка ИСН Я^ = 1 А.

При проектировании существенно важным является выбор величины емкости конденсатора измерительной ЯС-цепи, от которой зависит доля тока емкостного фильтра, проходящего через измерительную ЯС-цепь. Кроме того, в процессе эксплуатации происходит деградация конденсаторов выходного фильтра, что приводит к изменению их постоянной времени Тф. В связи с этим необходимы исследования по определению допустимого отклонения постоянной времени фильтра Тф от постоянной времени ЯС-цепи ТЯС или допустимого отклонения отношения ТЯС/Тф от 1.

В результате проведенных исследований установлено, что изменение величины тока в измерительной цепи до 5 % от величины тока, протекающего через емкостной фильтр, не оказывает существенного влияния на характер и длительность переходных процессов. Длительность переходных процессов при этом остается близкой к минимально возможной и не превышает 7... 8 периодов преобразования при отклонении постоянной времени измерительной цепи ТЯС не более чем на ±40 % от номинального значения.

Поскольку в процессе эксплуатации происходит увеличение постоянной времени ТСф конденсаторов выходного емкостного фильтра ИСН, то можно рекомендовать выбирать на начало эксплуатации постоянную времени ЯС-цепи ТЯС ~ 0,6тСф. Тогда в конце срока эксплуатации приемлемая длительность переходных процессов сохранится и при ТЯС ~ 1,4ТСф.

Библиографическая ссылка

1. Системы электропитания космических аппаратов / Б. П. Соустин, В. И. Иванчура, А. И. Чернышев, Ш. Н. Исляев. Новосибирск : Наука. Сиб. изд. фирма, 1994.

D. V. Goncharuk, Yu. V. Krasnobayev, D. V. Kapulin JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

VOLTAGE IMPULSE STABILIZER WITH DISCRETE CONTROL AND MEASURING ÄC-CHAIN

The features of control unit realization with high-performance voltage impulse stabilizer are considered. Research of impact of measuring RC-chain parameters on transient process quality is carried out.

© Гончарук Д. В., Краснобаев Ю. В., Капулин Д. В., 2010