СПОСОБ ДВУХУРОВНЕВОГО ПОДАВЛЕНИЯ ПУЛЬСАЦИИ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА ЧЕТЫРЕХФАЗНОГО ВЕНТИЛЬНОГО РЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
METHOD OF TWO-LEVEL SUPPRESSING TORQUE PULSATION OF FOUR-PHASE VALVE JET ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу двухуровневого подавления пульсации крутящего момента вентильного реактивного двигателя, применимому к системе привода четырехфазного вентильного реактивного двигателя.
Уровень техники
Известное прямое управление крутящим моментом вентильного реактивного двигателя применяют для устранения пульсации крутящего момента, при этом необходимо задавать угол выключения главного выключателя силового преобразователя. Упомянутый угол выключения главного переключателя силового преобразователя оказывает существенное влияние на характеристику управления крутящим моментом. Для сглаживания выходного крутящего момента угол выключения определяют путем автономного вычисления или путем регулирования в режиме реального времени. Для обеспечения максимально сглаженного крутящего момента ток возбуждения должен создаваться очень быстро. Таким образом, при входе в интервал проводимости ток должен увеличиваться максимально быстро, а для предотвращения возникновения отрицательного крутящего момента ток должен уменьшаться максимально быстро. Угол выключения главного переключателя силового преобразователя должен находиться в соответствующем положении; если угол выключения превышен, ток не может увеличиться до заданного уровня и крутящий момент является меньше ожидаемого значения; если угол выключения недостаточен, ток будет входить в область отрицательного крутящего момента. Таким образом, выполнимость данного способа ограничена из-за этого строгого требования, поэтому желательно разработать новый способ подавления пульсации крутящего момента для вентильного реактивного двигателя, который обеспечивал бы плавное управление выходным крутящим моментом в максимальном диапазоне без учета влияния угла выключения главного переключателя силового преобразователя на характеристику управления крутящим моментом.
Сущность изобретения
Для устранения недостатков известных технических решений в настоящем изобретении предложен способ двухуровневого подавления пульсации крутящего момента четырехфазного вентильного реактивного двигателя.
Предлагаемый в настоящем изобретении способ двухуровневого подавления пульсации крутящего момента четырехфазного вентильного реактивного двигателя содержит следующие этапы:
ниж
верх
р
ниж
верх
р
р
а) задают первую группу пороговых значений крутящего момента (th1, th1) в интервале [0°, θ/4] положений ротора и задают вторую группу пороговых значений крутящего момента (th2, th2) в интервале [θ/4, θ/2] положений ротора, причем эти четыре пороговых значения крутящего момента удовлетворяют следующим требованиям:
р
р
причем положение 0° ротора представляет собой положение минимальной индуктивности фазы, положение θ ротора представляет собой шаговый угол, то есть полный оборот ротора, а половина оборота ротора представляет собой θ/2;
A
A
A
B
B
B
o
б) задают состояние подачи мощности возбуждения фазы А как состояние возбуждения S, причем состояние возбуждения S=1 означает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы А является положительным, а состояние возбуждения S=-1 означает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы А является отрицательным; задают состояние подачи мощности возбуждения фазы В как состояние возбуждения S, причем состояние возбуждения S=1 означает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы В является положительным, а состояние возбуждения S=-1 означает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы В является отрицательным; задают ожидаемый полный сглаженный крутящий момент как T;
р
в) обеспечивают подачу мощности возбуждения на смежные фазу А и фазу В, причем подача мощности возбуждения фазы А опережает подачу мощности возбуждения фазы В на θ/4; в этот момент фаза А отключена, а фаза В включена; таким образом, посредством процесса коммутации с фазы А на фазу В с делением на два интервала осуществляют двухуровневое подавление пульсации крутящего момента четырехфазного вентильного реактивного двигателя.
Процесс коммутации с фазы А на фазу В с разделением на два интервала происходит следующим образом:
1
ниж
верх
ниж
верх
1
(1) в интервале [0°, θ] положений ротора применяют для фазы А вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента, а для фазы В применяют первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента, при этом критическое положение θ возникает автоматически в процессе коммутации без необходимости каких-либо дополнительных вычислений;
B
A
A
(1.1) вступают в стадию включения фазы В в положении 0° ротора, начальное состояние возбуждения задают как S=1, при этом ток и крутящий момент фазы В начинают увеличиваться от 0; состояние S возбуждения остается в исходном состоянии S=-1, ток и крутящий момент фазы А уменьшаются; поскольку в данном положении ток и скорость изменения индуктивности фазы В меньше, скорость увеличения крутящего момента фазы В меньше скорости уменьшения крутящего момента фазы А, при этом полный крутящий момент уменьшается вместе с фазой А;
o
ниж
A
B
(1.2) когда полный крутящий момент достигает сначала значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются; состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает уменьшаться;
o
ниж
A
(1.3) когда полный крутящий момент уменьшается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в исходном состоянии и крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться; следовательно, увеличивается полный крутящий момент;
o
ниж
A
B
(1.4) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает увеличиваться;
o
верх
A
B
(1.5) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с 1 на -1 и крутящий момент фазы А уменьшается; поскольку критерии перехода состояния фазы В не удовлетворяются, состояние S возбуждения остается в исходном состоянии и полный крутящий момент начинает уменьшаться;
B
A
o
ниж
o
верх
1
(1.6) повторяют этапы (1.2)~(1.5), при этом состояние S возбуждения всегда остается в состоянии 1, то есть фазу В возбуждают положительным напряжением, при этом ток и крутящий момент фазы В увеличиваются с максимальными скоростями; состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и полным крутящим моментом управляют в диапазоне [T+th2, T+th2]; таким образом, подавляют пульсацию четырехфазного вентильного реактивного двигателя в интервале положений ротора [0°, θ];
1
р
ниж
верх
ниж
верх
(2) в интервале [θ, θ/4] положений ротора вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента по-прежнему применяют для фазы А, а первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента по-прежнему применяют для фазы В;
1
B
A
(2.1) в положении θ ротора скорость изменения индуктивности и фазовый ток фазы В достигают определенного уровня; при этом когда состояние возбуждения S=1 и состояние возбуждения S=-1, скорость увеличения крутящего момента фазы В уже не меньше скорости увеличения крутящего момента фазы А, фаза В определяет направление изменения полного крутящего момента и полный крутящий момент увеличивается;
o
верх
B
A
(2.2) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы В удовлетворяются; таким образом, состояния S возбуждения переключается с 1 на -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; состояние S возбуждения остается в состоянии -1 и полный крутящий момент уменьшается;
o
верх
A
B
(2.3) когда полный крутящий момент уменьшается сначала до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает уменьшаться;
o
ниж
B
A
(2.4) когда полный крутящий момент уменьшается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы В удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; состояние S возбуждения остается в состоянии -1 и полный крутящий момент увеличивается с ростом крутящего момента фазы В;
o
верх
A
B
(2.5) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает увеличиваться;
o
верх
A
B
o
ниж
o
верх
1
р
(2.6) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, повторяют этапы (2.2)~(2.5), состояние S возбуждения остается в состоянии -1, а состояние возбуждения S переключается с -1 на 1 и полным крутящим моментом управляют в диапазоне [T+th1, T+th1]; таким образом, подавляют пульсацию четырехфазного вентильного реактивного двигателя в интервале [θ, θ/4] положений ротора.
Преимущества настоящего изобретения заключаются в следующем: благодаря раскрытой выше и предложенной в настоящем изобретении технической схеме отсутствует необходимость учитывать влияние угла выключения главного переключателя силового преобразователя с различной мощностью на характеристики управления крутящим моментом, а также отсутствует необходимость определять угол выключения путем вычислений в автономном режиме или путем регулирования в режиме реального времени; вместо этого необходимо только задать два набора пороговых значений крутящего момента и два состояния возбуждения смежных фаз А и В так, чтобы фаза А и фаза В могли переключаться между двумя состояниями возбуждения (состояние положительного напряжения подачи мощности возбуждения и состояние отрицательного напряжения подачи мощности возбуждения), при этом полным моментом вращения управляют в диапазонах между двумя наборами пороговых значений крутящего момента; таким образом, обеспечивается плавность управления мгновенным крутящим моментом четырехфазного вентильного реактивного двигателя и подавляется пульсация крутящего момента четырехфазного вентильного реактивного двигателя; фактическая форма колебаний напряжения возбуждения обмоток электродвигателя имеет те же характеристики, что и ожидаемая форма колебаний напряжения, при этом фактическая форма колебаний фазового тока в высшей степени соответствуют ожидаемой форме колебаний фазового тока. Предлагаемый способ имеет высокую применимость и пригоден для применения в системах привода четырехфазного вентильного реактивного двигателя различного типа и различных конструкций и также имеет перспективы широкого применения.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема задания двухуровневых пороговых значений крутящего момента вентильного реактивного двигателя согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2(а) схематично проиллюстрирован переход состояния подачи мощности возбуждения фазы В согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2(b) схематично проиллюстрирован переход состояния подачи мощности возбуждения фазы А согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3 показана форма колебаний крутящего момента вентильного реактивного двигателя согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Далее приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных на прилагаемых чертежах.
Как показано на фиг. 1, упомянутый способ для четырехфазного вентильного реактивного двигателя содержит следующие этапы:
ниж
верх
р
ниж
верх
р
р
а) задают первую группу пороговых значений крутящего момента (th1, th1) в интервале [0°, θ/4] положений ротора и задают вторую группу пороговых значений крутящего момента (th2, th2) в интервале [θ/4, θ/2] положений ротора, причем эти четыре пороговых значения крутящего момента удовлетворяют следующим требованиям:
p
р
причем положение 0° ротора представляет собой положение минимальной индуктивности фазы, а положение θ ротора представляет собой шаговый угол, то есть полный оборот ротора, а половина оборота ротора представляет собой θ/2;
A
A
A
B
B
B
o
б) задают состояние подачи мощности возбуждения фазы А в виде состояния возбуждения S, причем S=1 означает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы А является положительным, a S=-1 обозначает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы А является отрицательным; задают состояние подачи мощности возбуждения фазы В в виде состояния возбуждения S, причем S=1 обозначает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы В является положительным, a S=-1 обозначает, что напряжение подачи мощности возбуждения фазы В является отрицательным; задают ожидаемый полный сглаженный крутящий момент в виде T;
р
в) обеспечивают подачу мощности возбуждения на смежные фазу А и фазу В, причем подача мощности возбуждения фазы А опережает подачу мощности возбуждения фазы В на θ/4; при этом фаза А отключена, а фаза В включена; как показано на фиг. 1, процесс коммутации с фазы А на фазу В с делением на два интервала происходит следующим образом:
1
ниж
верх
ниж
верх
1
(1) в интервале [0°, θ] положений ротора применяют для фазы А вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента, а для фазы В применяют первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента, при этом критическое положение θ возникает автоматически в процессе коммутации без необходимости каких-либо дополнительных вычислений;
B
A
A
(1.1) вступают в стадию включения фазы В в положении 0° ротора, начальное состояние возбуждения задают как S=1, при этом ток и крутящий момент фазы В начинают увеличиваться от 0; состояние S возбуждения остается в исходном состоянии S=-1, ток и крутящий момент фазы А уменьшаются; поскольку в данном положении ток и скорость изменения индуктивности фазы В меньше, скорость увеличения крутящего момента фазы В меньше скорости уменьшения крутящего момента фазы А, при этом полный крутящий момент уменьшается вместе с фазой А;
o
ниж
A
B
(1.2) когда полный крутящий момент достигает сначала значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются; состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает уменьшаться;
o
ниж
A
(1.3) когда полный крутящий момент уменьшается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и крутящий момент фазы А увеличивается; фаза В остается в исходном состоянии и крутящий момент фазы В продолжает увеличиваться; следовательно, увеличивается полный крутящий момент;
o
ниж
A
B
(1.4) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает увеличиваться;
o
верх
A
B
(1.5) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с 1 на -1 и крутящий момент фазы А уменьшается; поскольку критерии перехода состояния фазы В не удовлетворяются, состояние S возбуждения остается в исходном состоянии и полный крутящий момент начинает уменьшаться;
B
A
o
ниж
o
верх
1
(1.6) повторяют этапы (1.2)~(1.5), при этом состояние S возбуждения всегда остается в состоянии 1, то есть фазу В возбуждают положительным напряжением, при этом ток и крутящий момент фазы В увеличиваются с максимальными скоростями; состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и полным крутящим моментом управляют в диапазоне [T+th2, T+th2]; таким образом, подавляют пульсацию четырехфазного вентильного реактивного двигателя в интервале положений ротора [0°, θ];
1
р
ниж
верх
ниж
верх
(2) в интервале [θ, θ/4] положений ротора вторую группу пороговых значений (th2, th2) крутящего момента по-прежнему применяют для фазы А, а первую группу пороговых значений (th1, th1) крутящего момента по-прежнему применяют для фазы В;
1
B
A
(2.1) в положении θ ротора скорость изменения индуктивности и фазовый ток фазы В достигают определенного уровня; при этом когда состояние возбуждения S=1 и состояние возбуждения S=-1, скорость увеличения крутящего момента фазы В уже не меньше скорости увеличения крутящего момента фазы А, фаза В определяет направление изменения полного крутящего момента и полный крутящий момент увеличивается;
o
верх
B
A
(2.2) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы В удовлетворяются; таким образом, состояния S возбуждения переключается с 1 на -1 и крутящий момент фазы В уменьшается; состояние S возбуждения остается в состоянии -1 и полный крутящий момент уменьшается;
o
верх
A
B
(2.3) когда полный крутящий момент уменьшается сначала до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает уменьшаться;
o
ниж
B
A
(2.4) когда полный крутящий момент уменьшается до значения крутящего момента T+th1, критерии перехода состояния для фазы В удовлетворяются; таким образом, состояние S возбуждения переключается с -1 на 1 и крутящий момент фазы В увеличивается; состояние S возбуждения остается в состоянии -1 и полный крутящий момент увеличивается с ростом крутящего момента фазы В;
o
верх
A
B
(2.5) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th2, критерии перехода состояния для фазы А и фазы В не удовлетворяются, состояния S и S возбуждения остаются в исходных состояниях и полный крутящий момент продолжает увеличиваться;
o
верх
A
B
o
ниж
o
верх
1
р
(2.6) когда полный крутящий момент увеличивается до значения крутящего момента T+th1, повторяют этапы (2.2)~(2.5), состояние S возбуждения остается в состоянии -1, а состояние возбуждения S переключается с -1 на 1 и полным крутящим моментом управляют в диапазоне [T+th1, T+th1]; таким образом, подавляют пульсацию четырехфазного вентильного реактивного двигателя в интервале [θ, θ/4] положений ротора.
р
Подачу мощности возбуждения обеспечивают на смежных фазах В и С, при этом подача мощности возбуждения фазы В опережает подачу мощности возбуждения фазы С на величину θ/4, при этом этап задания пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, а также переключение состояний возбуждения и способ перехода фазы В и фазы С аналогичны тем, что были раскрыты выше.
р
Подачу мощности возбуждения обеспечивают на смежных фазах С и D, при этом подача мощности возбуждения фазы С опережает подачу мощности возбуждения фазы D на величину θ/4, при этом этап задания пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, а также переключение состояний возбуждения и способ перехода фазы С и фазы D аналогичны тем, что были раскрыты выше.
р
Подачу мощности возбуждения обеспечивают на смежных фазах D и А, при этом подача мощности возбуждения фазы D опережает подачу мощности возбуждения фазы А на величину θ/4, при этом этап задания пороговых значений крутящего момента, процесс коммутации, а также переключение состояний возбуждения и способ перехода фазы D и фазы А аналогичны тем, что были раскрыты выше.
Получаемая форма колебаний крутящего момента вентильного реактивного двигателя показана на фиг. 3.