Разработка следящего электропривода с векторным управлением вентильным электрическим двигателем
И.С. Полющенков
Вестник ИГЭУ, 2025 г. выпуск 5, сс. 68—80
Скачать PDF
Состояние вопроса. Следящие электроприводы используются в разнообразных системах управления движением. Одним из типов электрических машин, применяемых в следящих электроприводах, является вентильный двигатель, для векторного управления которым требуется выполнение координатных преобразований в зависимости от углового положения его ротора. При этом в ортогональной системе осей, вращающейся вместе с ротором, формируется задание величины электромагнитного момента, а в неподвижной трехфазной системе осей осуществляется управление силовым преобразователем. Для выполнения координатных преобразований требуется высокая интенсивность выборки сигналов и своевременное по отношению к угловому положению ротора выполнение вычислений, затратных по времени, чем ограничивается скорость вращения, которая достижима электроприводом, в том числе, при отработке динамических процессов движения. Это обстоятельство ставит вопрос об увеличении вычислительных ресурсов путем распределения задач управления между двумя микропроцессорными устройствами в составе электропривода, соединенными по быстродействующему интерфейсу.
Материалы и методы. При разработке следящего электропривода с векторным управлением вентильным электрическим двигателем применены методы алгоритмизации процессов управления, методы теории автоматического управления, а также методы разработки и отладки программного обеспечения. При разработке программного обеспечения электропривода применена технология модельно-ориентированного программирования.
Результаты. Дано детализированное описание разработки следящего электропривода с векторным управлением вентильным электрическим двигателем, в котором для увеличения располагаемых вычислительных ресурсов задачи управления распределены между сервоконтроллером и сервоусилителем. Предложено выполнять задачи, связанные с регулированием угла поворота, формированием задания электромагнитного момента во вращающейся системе осей и вычислением заданий фазных токов в неподвижной системе осей с помощью сервоконтроллера. Предложено осуществлять формирование фазных токов при управлении силовым преобразователем с помощью сервоусилителя в неподвижной системе осей. Для этого заданные величины фазных токов в неподвижной системе осей передаются от сервоконтроллера сервоусилителю в виде аналоговых сигналов. Показано, что согласование выполнения вычислений достигается благодаря быстродействию этого аналогового интерфейса и реализации сервоусилителя в неподвижной системе осей.
Выводы. Примененные технические решения позволили выделить вычислительный ресурс сервоусилителя для повышения интенсивности ввода и обработки сигналов, используемых при векторном управлении вентильным электрическим двигателем. Предложенное распределение задач управления между двумя устройствами, соединенными в составе электропривода быстродействующим интерфейсом, при учете используемых ими сигналов и данных способствует улучшению характеристик электропривода, но требует согласованного их выполнения. Сервоусилитель разработан как полноценное устройство, которое может быть применено в составе системы управления движением в количестве, зависящем от числа ее осей. Разработанное программное обеспечение сервоконтроллера может послужить прототипом для многокоординатной системы управления движением.
1. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для вузов / под ред. В.М. Терехова. – М.: Изд. центр «Академия», 2005. – 304 с.
2. Анучин А.С. Системы управления электроприводов. – М.: Изд. дом МЭИ, 2015. – 373 с.
3. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока. – Иваново, 2008. – 298 с.
4. Гусев Н.В., Букреев В.Г. Системы цифрового управления многокоординатными следящими электроприводами: учеб. пособие. – Томск: Изд-во Томского политехн. ун-та, 2007. – 213 с.
5. Розанов Ю.К., Соколова Е.М. Электронные устройства электромеханических систем: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд. центр «Академия», 2004. – 272 с.
6. Терехов В.М. Элементы автоматизированного электропривода: учебник для вузов. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 224 с.
7. Егупов Н.Д. Методы классической и современной теории управления: учебник в 3 т. Т. 2. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. – 736 с.
8. Подбельский В.В., Фомин С.С. Курс программирования на языке С. – М.: ДМК Пресс, 2012. – 384 с.
9. Дьяконов В.П. Matlab 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6 в математике и моделировании. – М.: СОЛОН-Пресс, 2005. – 576 с.
10. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. – М.: Горячая линия–Телеком, 2009. – 608 с.
11. Полющенков И.С. Модельно-ориентированное программирование как инструмент инженера-электромеханика // Вестник ИГЭУ. – 2023. – Вып. 1. – С. 60–70. DOI: 10.17588/2072-2672.2023.1.060-070.
12. Sommerville Ian. Software engineering. – 9th ed. – Wokingham etc.: Addison – Wesley, 2011.
13. Полющенков И.С. Математическая модель задатчика перемещения электропривода и разработка его программного обеспечения // Вестник ИГЭУ. – 2022. – Вып. 5. – С. 63–71. DOI: 10.17588/2072-2672.2022.5.063-071.
14. Полющенков И.С. Модельно-ориентированная разработка программного обеспечения для сохранения и восстановления параметров настройки электропривода // Вестник ИГЭУ. – 2025. – Вып. 2. – С. 59–68. DOI: 10.17588/2072-2672.2025.2.059-068.