СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Предлагаемая полезная модель относится к области электротехники, а именно к векторному бездатчиковому управлению асинхронным двигателем, и может использоваться для повышения статической, динамической точности и надежности систем управления электродвигателями.
Известна система управления асинхронным двигателем, содержащая асинхронный двигатель, блок рассогласования, регулятор напряжения, автономный инвертор напряжения, датчик текущей частоты вращения асинхронного двигателя, блок расчета оптимального потокосцепления, наблюдатель состояния, включающий в себя блок вычисления электрической частоты вращения ротора (RU патент №2390091, МПК H02P 21/08, H02P 21/13, H02P 23/08, H02P 27/06, опубл. 20.05.2010 г.).
Однако указанная система имеет недостаток - наличие датчика текущей частоты вращения асинхронного двигателя, необходимый для вычисления электрической частоты вращения ротора наблюдателем состояния, что приводит к увеличению стоимости электродвигателя и уменьшает его надежность.
Кроме того, известна система управления асинхронным двигателем (RU патент на полезную модель №102161, МПК H02P 21/13, H02P 27/08, опубл. 10.02.2011 г.), являющаяся прототипом предлагаемой полезной модели и содержащая асинхронный двигатель, к статорным обмоткам которого параллельно подсоединены датчики напряжения, к которым подключены соответственно датчики фазных токов, а они в свою очередь соединены с силовыми выходами автономного инвертора напряжения. Управляющие входы автономного инвертора напряжения через блок драйверов соединены с выходами генератора широтно-импульсной модуляции. К блоку интерфейса последовательно подключены входной фильтр, нейроконтроллер скорости, первый пропорционально-интегральный регулятор тока, первый преобразователь координат, генератор широтно-импульсной модуляции. При этом к блоку интерфейса последовательно подключен нейроконтроллер потокосцепления, второй пропорционально-интегральный регулятор тока, первый преобразователь координат, генератор широтно-импульсной модуляции. Датчики тока и напряжения соединены с нейроэмулятором, который соединен с первым и третьим преобразователем координат. К силовым выходам датчиков фазных токов последовательно подсоединены второй преобразователь координат, третий преобразователь координат, второй пропорционально-интегральный регулятор тока, первый преобразователь координат, генератор широтно-импульсной модуляции.
Однако указанное устройство обладает недостатком - использование фиксированных (постоянных) параметров нейроэмулятора и нейроконтроллера, что существенно ограничивает диапазон и надежность, статическую и динамическую точности бездатчиковой системы управления асинхронным двигателем регулирования скорости и момента в условиях возможных изменений параметров объекта управления, в частности - температурного дрейфа активных сопротивлений.
Задачей предлагаемой полезной модели является повышение статической, динамической точности и надежности, а также расширение диапазона бездатчиковой системы управления асинхронным двигателем регулирования скорости и момента в условиях возможных изменений параметров объекта управления, в частности - температурного дрейфа активных сопротивлений.
Поставленная задача достигается тем, что система управления асинхронным двигателем содержит асинхронный двигатель, к которому подсоединены датчики напряжения и датчики фазных токов, а они соединены с выходами автономного инвертора напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции, содержит регуляторы тока, скорости и потокосцепления, фильтр и наблюдатель состояния, первый, второй, третий,четвертый преобразователи координат, система управления асинхронным двигателем дополнена блоками предварительной и текущей идентификации параметров асинхронного двигателя, при этом блок предварительной идентификации соединен с генератором широтно-импульсной модуляции, с датчиками токов через второй, четвертый преобразователи координат, а с датчиками напряжений через третий, первый преобразователи координат, также блок предварительной идентификации подключен к логическому устройству, которое одновременно обратно соединено с блоком предварительной идентификации, также он подключен к блоку текущей идентификации, при чем блок текущей идентификации, основанный на принципе адаптивной системы с эталонной моделью, соединен с наблюдателем состояния через второй и третий преобразователи координат, с датчиками напряжений через третий, первый преобразователи координат и датчиками токов через второй, четвертый преобразователи координат, а также соединен с регуляторами тока.
На чертеже приведена структурная схема предлагаемой системы управления асинхронным двигателем.
Система управления асинхронным двигателем содержит асинхронный двигатель 1 (М), который соединен с датчиками токов 2 (ДТ) и датчиками напряжений 3 (ДН), а также подключен к источнику трехфазного переменного напряжения 4 (ИТПН). Задатчик скорости 5 (ЗС) соединен через фильтр 6 (Ф) с регулятором скорости 7 (PC), который в свою очередь подключен к автономному инвертору напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции 8 (АИН с ШИМ) через регулятор тока 9 (РТ2). Задатчик потокосцепления 10 (ЗП) соединен с регулятором потокосцепления 11 (РП) и подключен к автономному инвертору напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции 8 (АИН с ШИМ) через регулятор тока 12 (РТ1). Датчики напряжений 3 (ДН) подключены к наблюдателю состояния 13 (НС) через первый преобразователь координат 14 (ПК1), к блокам предварительной идентификации 15 (БПИ) и текущей идентификации 16 (БТИ) через первый 14 (ПК1) и третий 17 (ПКЗ) преобразователи координат.
Датчики фазных токов 2 (ДТ) подключены к наблюдателю состояния 13 (НС) через четвертый преобразователь координат 18 (ПК4), к блокам предварительной идентификации 15 (БПИ) и текущей идентификации 16 (БТИ) через четвертый 18 (ПК4) и второй 19 (ПК2) преобразователи координат. Наблюдатель состояния 13 (НС) соединен с регулятором скорости 7 (PC), регулятором потокосцепления 11 (РП) и одновременно со вторым и третьим преобразователями координат 19, 17 (ПК2, ПК3). Блок предварительной идентификации 15 (БПИ) подключен к блоку текущей идентификации 16 (БТИ) и к логическому устройству 20 (ЛУ), которое одновременно обратно соединено с блоком предварительной идентификации 15 (БПИ), а также с регуляторами тока 12, 9 (РТ1, РТ2). Блок текущей идентификации 16 (БТИ) соединен с регуляторами тока 12, 9 (РТ1, РТ2). Автономный инвертор напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции 8 (АИН с ШИМ) соединен с блоком предварительной идентификации 15 (БПИ).
В качестве регуляторов скорости 7 (PC), потокосцепления 11 (РП) и токов 12 и 9 (РТ1 и РТ2) можно использовать последовательные корректирующие динамические звенья, обеспечивающие астатическое регулирование соответствующих координат, например, сигнально адаптивные обратные модели, пропорционально-интегральные или пропорционально-интегрально-дифференциальные регуляторы. В качестве наблюдателя состояния 13 (НС) может быть выбрана математическая модель электромагнитных процессов в двигателе, адаптивная к значению электрической частоты вращения, с текущей идентификацией величины последней по принципу адаптивной системы с эталонной моделью.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В первую очередь с источника трехфазного переменного напряжения 4 (ИТПН) сигналы поступают на автономный инвертор напряжения с генератором 8 (АИН с ШИМ) с которого сигнал проходит на блок предварительной идентификации 15 (БПИ) для формирования тестового воздействия специальной формы. Причем предварительная идентификация с подачей сигналов специальной формы осуществляется при неподвижном роторе асинхронного двигателя 1 (М), т.к. не сопровождается созданием электромагнитного момента, а текущая идентификация - уже во вращении ротора. Сначала формируется ступенчатое изменение напряжения для активной предварительной идентификации начального значения оценки эквивалентного активного сопротивления обмотки цепи статора (суммы активного сопротивления статора и дифференциального сопротивления) и эквивалентной индуктивности рассеяния асинхронного двигателя 1 (М). Далее при линейном изменении напряжения статора получают оценки индуктивностей статора и ротора, а предварительная идентификация постоянной времени и активного сопротивления ротора асинхронного двигателя 1 (М) осуществляется с использованием в качестве тестового воздействия гармонического сигнала напряжения. После чего, сигнал поступает с блока предварительной идентификации 15 (БПИ) на логическое устройство 20 (ЛУ) через которое подается на первый и второй регуляторы тока 12 и 9 (РТ1 и РТ2), а затем сигнал переходит к автономному инвертору напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции 8 (АИН с ШИМ) для формирования специальных сигналов напряжения, которые подаются на датчики напряжений 3 (ДН) и датчики фазных токов 2 (ДТ), и далее на статорные обмотки асинхронного двигателя 1 (М). С датчиков напряжений 3 (ДН) сигналы фазных напряжений передаются на первый преобразователь координат 14 (ПК1), с которого сигнал проекций вектора напряжений статора на оси неподвижной системы координат одновременно подается на третий преобразователь координат 17 (ПКЗ) и на наблюдатель состояния 13 (НС). Датчики фазных токов 2 (ДТ) подают сигналы на четвертый преобразователь координат 18 (ПК4) с которого сигнал проекций вектора тока статора на оси неподвижной системы координат одновременно подается на второй преобразователь координат 19 (ПК2) и на наблюдатель состояния 13 (НС). На блюдатель состояния 13 (НС) подает сигналы оценки модуля вектора потокосцепления на регулятор потокосцепления 11 (РП) и оценки угла поворота вектора потокосцепления ротора на второй и третий преобразователи координат 19, 17 (ПК2, ПК3). С регулятора потокосцепления 11 (РП) сигнал задания переходит на первый регулятор тока 12 (РТ1), на который также подаются сигналы проекций вектора тока статора на оси вращающейся системы координат со второго преобразователя координат 19 (ПК2) и сигнал с логического устройства 20 (ЛУ). Одновременно сигналы поступают со второго и третьего преобразователей координат 19, 17 (ПК2, ПК3) на блоки предварительной и текущей идентификации 15, 16 (БПИ, БТИ). С блока предварительной идентификации 15 (БПИ) сигнал оценок косвенного измерения всех параметров классической Т-образной схемы замещения асинхронного двигателя 1 (М) поступает на блок текущей идентификации 16 (БТИ) в качестве начальных значений и на логическое устройство 20 (ЛУ), с которого также подается обратный сигнал на блок предварительной идентификации 15 (БПИ), тем самым осуществляется согласование работы блока предварительной идентификации 15 (БПИ) с блоком текущей идентификации 16 (БТИ), регуляторами скорости, потокосцепления и тока 12, 9, 7, 11, (РТ1, РТ2, РП, PC). Тем временем с задатчика скорости 5 (ЗС) сигнал подается на входной фильтр 6 (Ф), также задатчик потокосцепления 10 (ЗП) подает сигнал задания на регулятор потокосцепления 11 (РП), в котором суммируется с отрицательным значением сигнала оценки модуля потокосцепления от наблюдателя состояния 13 (НС). С входного фильтра 6 (Ф) сигнал поступает на регулятор скорости 7 (PC), суммирующий этот сигнал с отрицательным значением сигнала оценки скорости от наблюдателя состояния 13 (НС). После, регулятор скорости 7 (PC) подает сигнал задания на второй регулятор тока 9 (РТ2), а регулятор потокосцепления 11 (РП) на первый регулятор тока 12 (РТ1). Также на первый и второй регуляторы тока 12 и 9 (РТ1 и РТ2) подаются сигналы проекций вектора тока статора на оси вращающейся системы координат со второго преобразователя координат 19 (ПК2), с блока текущей идентификации 16 (БТИ) подается сигнал оценки активного сопротивления обмотки статора асинхронного двигателя 1 (М) и сигнал с логического устройства 20 (ЛУ). Далее сигналы задания напряжения статора с первого и второго регуляторов тока 12 и 9 (РТ1 и РТ2) поступает на автономный инвертор напряжения с генератором широтно-импульсной модуляции 8 (АМН с ШИМ) с которого сигналы подаются на датчики напряжений 3 (ДН) и датчики фазных токов 2 (ДТ), и далее на статорные обмотки асинхронного двигателя 1 (М). С датчиков напряжений 3 (ДН) сигналы фазных напряжений передаются на первый преобразователь координат 14 (ПК1), с которого сигнал проекций вектора напряжений статора на оси неподвижной системы координат одновременно подается на третий преобразователь координат 17 (ПК3) и на наблюдатель состояния 13 (НС). Датчики фазных токов 2 (ДТ) подают сигналы на четвертый преобразователь координат 18 (ПК4) с которого сигнал проекций вектора тока статора на оси неподвижной системы координат одновременно подается на второй преобразователь координат 19 (ПК2) и на наблюдатель состояния 13 (НС). Наблюдатель состояния 13 (НС) подает сигнал оценки скорости асинхронного двигателя 1 (М) на регулятор скорости 7 (PC), сигнал оценки модуля вектора потокосцепления на регулятор потокосцепления 11 (РП) и одновременно сигнал оценки угла поворота вектора потокосцепления ротора на второй и третий преобразователи координат 19, 17 (ПК2, ПК3). С блока текущей идентификации 16 (БТИ) сигнал оценки активного сопротивления статора подается на первый и второй регуляторы тока 12, 9 (РТ1, РТ2), тем самым корректируя величину оценки активного сопротивления статора асинхронного двигателя 1 (М).
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет обеспечивать повышение статической, динамической точности и надежности, а также расширение диапазона бездатчиковой системы управления асинхронным двигателем регулирования скорости и момента в условиях возможных изменений параметров объекта управления, в частности - темпе ратурного дрейфа активных сопротивлений, т.к. система управления асинхронным двигателем содержит блоки предварительной и текущей идентификации, с помощью которых можно получить оценки неизмеряемых координат и параметров асинхронного двигателя без использования датчиков, а также произвести процесс адаптации самой системы управления асинхронным двигателем к изменениям, например, активного сопротивления обмотки статора асинхронного двигателя.