Міністерство освіти і науки україни

Національний гірничий університет

Балахонцев Олександр Васильович

УДК 621.313.82

Ідентифікація параметрів І КООРДИНАТ асинхронного електропривода в режимі реального часу

05.09.03 – “Електротехнічні комплекси та системи”

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Дніпропетровськ – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі електропривода Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор

Бешта Олександр Степанович,

Національний гірничий університет (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України, проректор з наукової роботи, завідувач кафедри електропривода.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Садовой Олександр Валентинович,

Дніпродзержинський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, проректор з наукової роботи;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Стяжкін Віталій Павлович,

Інститут Електродинаміки (м. Київ) Національної академії наук України, старший науковий співробітник відділу систем стабілізованого струму.

Провідна установа: | Донецькій національний технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра електропривода та автоматизації промислових установок.

Захист відбудеться “_19_” квітня 2007 р о _14-00_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д .080.07 в Національному гірничому університеті (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України за адресою: 49027, м. Дніпропетровськ, пр. Карла Маркса, 19.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету (м. Дніпропетровськ) Міністерства освіти і науки України.

Автореферат розісланий “_16_” березня 2007 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук | О.О. Азюковський

загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Найбільш гострими проблемами вітчизняної промисловості є енергозбереження та забезпечення якості продукції. Між тим, ефективність систем керування електроприводами, їх надійність та енергетичні властивості істотно впливають на економічні показники виробництва.

В останній час широке застосування набули асинхронні електроприводи з векторним керуванням на базі спостерігачів потокозчеплень і швидкості. Координати електропривода в таких системах визначаються на основі рівнянь, що описують асинхронний двигун, які містять параметри його схеми заміщення.

Відома чутливість бездатчикових електроприводів з векторним керуванням до зміни параметрів електропривода. При невірно заданих параметрах двигуна його потокозчеплення і швидкість обертання визначаються спостерігачами з похибкою. Це призводить до зниження точності регулювання швидкості і суттєвого погіршення динамічних властивостей електропривода. Через значну похибку встановлення активного опору ротора (25% і більше) система може навіть втратити стійкість.

Раціональним шляхом покращення регулювальних властивостей приводів є точне налагодження системи керування приводом у відповідності до реальних параметрів двигуна (активні та реактивні опори схеми заміщення, сумарний момент інерції). В роботах українських та закордонних вчених запропоновані системи ідентифікації параметрів електромеханічних систем в пакетних режимах. Для цього передбачається наявність випробувального обладнання та можливості введення двигуна, що досліджується, в певні перехідні режими. Але існує проблема зміни параметрів електромеханічних систем в робочому режимі, в ході експлуатації. Під час експлуатації електропривода обмотки двигуна піддаються нагріву, змінюються сталі часу та енергетичні показники системи. Особливо піддані зміні активні опори обмоток двигуна. Їх зміна призводить до того, що координати електропривода (потокозчеплення та швидкість) визначаються із похибкою, що призводить до зниження регулювальних показників системи.

Таким чином, необхідна розробка та впровадження систем ідентифікації активних опорів обмоток двигуна в складі електропривода безпосередньо в режимі його експлуатації, тобто в режимі реального часу. Для того, щоб розширити область використання таких систем, необхідно передбачити можливість проведення ідентифікації параметрів без датчика швидкості, з опосередкованим визначенням її через струм та напругу статора.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконані відповідно тематиці держбюджетної науково-дослідної роботи Міністерства освіти і науки України на 2002–2003 роки (тема ГП-292 “Розробка та дослідження методів адаптивної ідентифікації параметрів електроприводів змінного струму”, № держреєстрації 0102U003024). Тема досліджень відповідає напряму “Новітні ресурсозберігаючі технології”, затвердженому Законом України від 16 січня 2003 року №433-IV “Про пріоритетні напрями інноваційної діяльності в Україні”.

Мета і задачі наукових досліджень. Мета роботи полягає в розробці заходів покращення регулювальних властивостей асинхронних електроприводів з векторним керуванням на базі спостерігачів через періодичну ідентифікацію активних опорів статора і ротора асинхронного двигуна.

Для досягнення поставленої мети розв’язані такі задачі.

- обґрунтування необхідності ідентифікації активних опорів статора і ротора асинхронного двигуна в робочому режимі, як параметрів, що найбільш критично впливають на динамічні показники асинхронного електропривода (АЕП) з векторним керуванням;

- розробка дискретної моделі асинхронного двигуна для отримання співвідношень між його параметрами та миттєвими значеннями координат;

- визначення залежностей між миттєвими значеннями координат АЕП та активними опорами статора і ротора асинхронного двигуна для ідентифікації останніх в режимі реального часу;

- визначення залежностей між струмом, напругою статора та кутовою швидкістю асинхронного двигуна для її опосередкованого визначення в умовах дрейфу активних опорів.

Об’єктом досліджень є динамічні процеси у векторно-керованому асинхронному електроприводі в умовах нестаціонарності активних опорів статора і ротора асинхронного двигуна.

Предметом досліджень є співвідношення між координатами асинхронного двигуна в складі векторно-керованого електропривода та активними опорами статора і ротора, а також його швидкістю в режимі реального часу.

Ідея роботи полягає у використанні співвідношень між миттєвими значеннями струмів та напруг в асинхронному електроприводі та його параметрами для визначення останніх в режимі реального часу.

Методи дослідження. При розв’язанні поставлених задач використовувались наступні методи: диференційного числення, чисельного інтегрування, операторний метод – для укладання моделі та моделювання динамічних процесів в електромеханічній системі асинхронного електропривода, методи аналізу дискретних систем і сигналів – для отримання співвідношень між координатами електропривода та його параметрами, методи планування експеримента та пошуку екстремума – для ідентифікації параметрів АД в пакетному режимі.

Основні наукові положення та результати, їх новизна.

Наукові положення.

1. Активні опори асинхронного двигуна визначаються при довільній формі напруги статора шляхом почергової ітеративної підстановки шуканих параметрів у дискретне рівняння, отримане методом z-форм відносно змінних стану і укладене для двох моментів часу в будь-якому режимі роботи двигуна.

2. В умовах дрейфу активних опорів швидкість асинхронного двигуна опосередковано визначається ітеративним методом на основі дискретної моделі, отриманої методом z-форм відносно змінних стану, яка містить значення активних опорів, що скореговані на попередньому кроці ітерації.

Наукова новизна одержаних результатів.

- Вперше отримані закономірності, які відбивають взаємозв’язок між активними опорами статора і ротора асинхронного двигуна та миттєвими значеннями його координат в довільному режимі роботи, на відміну від методів, які передбачають наявність тестової дії.

- Вперше отримана залежність швидкості асинхронного двигуна від миттєвих значень струму та напруги статора в довільному режимі роботи, на відміну від методів, які передбачають інтегрування рівнянь Парка-Горєва або основані на опосередкованому визначенні потокозчеплень.

Практична цінність роботи.

- Розроблені алгоритми та методи ідентифікації параметрів асинхронного двигуна за даними про напругу та струм статора, які можуть бути використані в сучасних електроприводах для самоналагодження систем автоматичного регулювання в режимі експлуатації електропривода.

- Розроблений спосіб опосередкованого визначення координат асинхронного електропривода (потокозчеплень і швидкості) в умовах нестаціонарності його активних опорів при відсутності датчика швидкості.

Достовірність отриманих в роботі результатів підтверджується:

- даними математичного моделювання,

- результатами експериментальних досліджень в лабораторних та промислових умовах та їх збігом з теоретичними положеннями і результатами моделювання,

- впровадженням розробок у виробництві.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно зробив огляд стану питання ідентифікації параметрів та координат асинхронних двигунів в режимі реального часу, сформулював задачі дослідження, наукові положення і результати, виконав теоретичну частину роботи, уклав план експериментальних випробувань та провів експерименти. Зміст дисертації викладено автором особисто.

Апробація результатів дисертації була здійснена на наукових конференціях “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика” (Алушта, ХДПУ, 2001, 2003), “Форум гірників-2002” (Дніпропетровськ, НГУ, 2002), семінарі “Перетворювальна техніка в гірничій промисловості” (Дніпропетровськ, НГУ, 2001 - 2004).

Публікації. За темою дисертації опубліковані 4 друкованих праці у фахових виданнях, та 2 статті у збірниках матеріалів конференцій.

Структура та осяг дисертаційної роботи. Дисертація складається із вступу, п’яти розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Повний обсяг роботи становить 133 сторінки, в тому числі 118 сторінок основного тексту, 58 рисунків, 9 таблиць, список використаних джерел із 73 найменувань та 9 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі доведена актуальність теми дисертації, сформульовані мета та задачі дослідження, викладена ідея та сутність роботи, наведені одержані результати. Показана наукова новизна результатів дисертації та їх практична цінність.

Перший розділ присвячений обґрунтуванню необхідності впровадження систем поточної ідентифікації параметрів електропривода. Питання ідентифікації параметрів електромеханічних систем змінного набуло актуальності з початком впровадження частотно-регульованих електроприводів з підвищеними вимогами щодо точності регулювання швидкості. В Україні теорія та практичні підходи щодо ідентифікації розвинуті Перельмутером В.М., О.В. Садовим, Д.Й. Родькіним, О.В. Волковим, С.М. Пересадою, А.О. Лозинським та іншими провідними вченими.

Показано, що основною причиною зміни параметрів електромеханічної системи під час експлуатації є тепловий дрейф активних опорів силових кіл. Системи асинхронного електропривода із векторним регулюванням на базі спостерігачів потокозчеплення та швидкості є особливо уразливими до теплового дрейфу активних опорів. Це пов’язано з тим, що за параметрами привода визначаються модуль та кутове положення вектора потокозчеплення.

Проведений аналіз існуючих методів ідентифікації параметрів і координат електропривода, визначені їх недоліки та запропоновані шляхи їх покращення. Також визначені напрямки та сформульовані задачі досліджень.

Недоліком існуючих методів ідентифікації на основі дискретних моделей є необхідність введення електромеханічної системи в певний перехідний режим з наперед заданими параметрами режиму (пуск двигуна, накид навантаження, розмикання статорного кола) та використання спрощених моделей. Це знижує точність методів та обмежує область використання підходів для ідентифікації параметрів в режимі реального часу.

Другий розділ присвячений розробці способу ідентифікації параметрів асинхронного електропривода.

В роботі проведений аналіз впливу зміни параметрів схеми заміщення асинхронного двигуна на характер перехідних процесів. Доведено, що найбільш істотно на характер перехідного процесу впливають: активні опори статорного та роторного кіл R1 та R2, а також індуктивності розсіювання L1 та L2. Між тим, індуктивності силових кіл (в тому числі розсіювання) залежать від конструктивних параметрів двигуна і не змінюються в значній мірі в робочому режимі. Таким чином, активні опори статора і ротора є приоритетними параметрами для ідентифікації в режимі реального часу.

Для вирішення поставленої задачі створена дискретна модель асинхронного двигуна, для чого використаний метод дискретної апроксимації. Суть його полягає у заміні інтегратора певним виразом відносно дискретного оператора z. При використанні метода трапецій цей вираз має вигляд

, (1)

де: - оператор Лапласа; - крок дискретизації.

Після підстановки (1) у рівняння Парка-Горєва і алгебраїчних перетворень отримуємо

, (2)

де: ,

,

,

,

,

,

;

- половина кроку дискретизації;

.

Це рівняння є дискретною моделлю кола струму асинхронного двигуна. З дискретного відображення (2) можна перейти до різницевого рівняння

. (3)

Наведене різницеве рівняння пов’язує просторово-часові комплекси (ПЧК) напруги та струму статора, швидкість АД та параметри схеми заміщення. З нього можна знайти будь який параметр схеми заміщення, зокрема активні опори статора і ротора. Вирази для їх визначення мають вигляд

,

(4)

, (5)

де ,

,

,

,

.

Отже, за виразом (4) або (5) визначається один з активних опорів АД при відомому іншому. Моделюванням доведена висока точність ідентифікації за цими формулами. Похибка ідентифікації R1 не перевищує 3%, R2 – 1,5% в перехідному режимі. Похибка ідентифікації в усталеному режимі за обома формулами практично відсутня.

В реальному випадку (коли невідомі обидва опори) слід скористатись ітеративним методом пошуку R1, R2, суть якого полягає в наступному. Задається початкове значення одного з невідомих параметрів, наприклад, R2. Потім, за дискретним рівнянням (5) визначається значення R1. За знайденим значенням опору статора уточнюється значення опору ротора. Це робиться за допомогою рівняння (4), але укладеного для іншого моменту часу. За отриманими значеннями R2 уточнюється значення R1 і так надалі. Процес продовжується до тих пір, поки прирощення невідомих параметрів не стануть менше наперед заданої величини.

Алгоритм ітеративного пошуку одночасно опорів і статора і ротора графічно представлений на рис. .

Моделюванням встановлено, що чіткий перетин геометричних місць точок, що задовольняють рівнянням стану, може бути досягнутий, якщо укладати ці рівняння для різних моментів часу. Розбіг залежить від величини кроку дискретизації та режиму роботи двигуна, в якому зчитані струм, напруга та швидкість. В усіх режимах для забезпечення точності визначення опорів 2,5% за десять ітерацій достатньо укласти рівняння, зсунуті на 0,01 с при частоті живлення 50 Гц.

Таким чином, отриманий новий метод визначення активних опорів асинхронного двигуна, який не потребує тестових режимів роботи або спеціальної форми живильної напруги.

В третьому розділі проведений аналіз роботи системи асинхронного електропривода із векторним керуванням в умовах теплового дрейфу активних опорів. Розглядається електропривод на основі спостерігачів потокозчеплення та швидкості.

Різницеве рівняння (3) може бути використане для опосередкованого визначення швидкості обертання АД:

, (6)

де ,

,

,

.

Моделювання свідчить, що за формулою (6) швидкість АД визначається з великою точністю незалежно від наявності навантаження на валу двигуна. На рис. представлений графік похибки встановлення швидкості за формулою (6) впродовж розгону двигуна та накиду навантаження. Похибка розрахована відносно дійсного значення швидкості.

Аналіз даних моделювання свідчить, що похибка встановлення швидкості не перевищує 2% під час розгону привода і фактично відсутня у сталому режимі. Крім того, стрибок похибки встановлення швидкості, що виникає при накиді статичного навантаження, не перевищує 0,5%.

Таким чином, отриманий новий метод визначення швидкості асинхронного двигуна, який оснований на його дискретній моделі. До розрахунку швидкості залучаються миттєві значення напруги та струму статора. Перевагами цього метода є його велика точність (у порівнянні з існуючими методами), а також те, що він дозволяє визначати швидкість в любому режимі роботи привода, в тому числі при невідомому навантаженні.

Для одночасного визначення і параметрів, і швидкості АД в режимі реального часу запропоновано використати почергову ідентифікацію параметрів та швидкості двигуна. Тобто на певному інтервалі часу параметри електромеханічної системи вважаються сталими і за даними про їх значення здійснюється моніторинг швидкості. Періодично проводиться корекція параметрів ЕМС. Під час корекції залучається значення швидкості двигуна, отримане на попередньому кроці ітерації.

Графічно цей підхід наведений на рис. .

В пакетному режимі здійснюється попереднє визначення всіх параметрів схеми заміщення АЕП. Ці параметри використовуються як початкові значення для їх подальшої корекції та моніторингу швидкості. В робочому режимі, за рівнянням (6) визначається швидкість обертання АД. Через деякий час за даними про швидкість, струм та напругу статора здійснюється корекція активних опорів статорного та роторного кіл. При чому на період ідентифікації система моніторингу повинна продовжувати розраховувати швидкість за попередніми даними про опори R1, R2. Це є принциповою відмінністю методики, що пропонуються.

Ключовим аспектом в даному випадку є періодичність здійснення ідентифікації параметрів, а також тривалість цієї процедури. Проведена оцінка точності регулювання при різних значеннях періодичності. Моделюванням встановлена оптимальна періодичність ідентифікації, вона складає 0,025 с.

Доведено, що використання періодичної ідентифікації та спостерігача швидкості на основі рівняння (6) призводить до зменшення похибки встановлення модулю та кута потокозчеплення. Це покращує характеристики асинхронного електропривода з векторним керуванням.

Четвертий розділ присвячений експериментальній перевірці розроблених підходів. Встановлена працездатність методик ідентифікації параметрів та опосередкованого визначення швидкості, досліджена їх точність.

В роботі надані рекомендації щодо обробки сигналів в цифрових системах ідентифікації. Поряд із апаратними методами, рекомендовано використовувати цифрову фільтрацію експериментальних даних. Встановлено, що найкраще сполучення швидкодії та фільтрації завад досягається при використанні еліптичного фільтру.

Ключовим аспектом цифрових систем є крок дискретизації. Його зменшення призводить до підвищення точності дискретної апроксимації, але робить систему більш чутливою до завад. Моделюванням встановлено, що при використанні розроблених методів ідентифікації оптимальна частота зчитування становить 2 кГц. Отже, апаратна частота дискретизації повинна бути якомога більшою, після зчитування сигналів слід використати фільтрацію. Потім, програмним шляхом частота дискретизації знижується до 2 кГц і отримані “розріджені” дані використовуються в дискретній моделі. Похибка ідентифікації R1,R2 при цьому не перевищує 2,5%.

На основі експериментальних даних зроблений аналіз методів ідентифікації параметрів схем заміщення АД у пакетних режимах. Для попередньої ідентифікації параметрів в пакетному режимі рекомендовано використовувати метод повного аналізу поверхні відгуку.

Для експериментальної перевірки розроблених методів ідентифікації проведені лабораторні та промислові випробування асинхронних двигунів потужністю 2,5 та 68 кВт. Проведена як попередня ідентифікація у пакетному режимі, так і ідентифікація активних опорів та швидкості в реальному часі. Встановлено, що похибка експериментальної ідентифікації активних опорів статора і ротора не перевищує 5%, при чому R2 визначається точніше, ніж R1.

Експериментально перевірений також спостерігач швидкості на основі рівняння (6). Для цього порівняний вихід спостерігача та сигнал датчику швидкості під час пуску АД. Встановлено, що спостерігач є працездатним при ковзанні двигуна меншим 0,45. При цьому похибка опосередкованого визначення швидкості не перевищує 5% в перехідних режимах і фактично відсутня в усталених. Відмітимо, що в системах частотного керування асинхронні двигуни не працюють с ковзанням 0,45 і більше.

В п’ятому розділі розглядаються питання практичної реалізації розроблених підходів. Методи ідентифікації параметрів асинхронних двигунів, представлені в роботі, можуть бути реалізовані у складі вимірювально-діагностичного комплексу (ВДК), а також бути закладені в алгоритми керування сучасних перетворювачів частоти.

Структура ВДК та параметри його складових зумовлені вимогами, які висувають методи ідентифікації в пакетному режимі. До складу ВДК входять два датчика напруги, два датчика струму, пристрій аналого-цифрового перетворення та персональний комп’ютер (Laptop). Наявність перетворювача необов’язкова.

При реалізації алгоритмів ідентифікації активних опорів та координат у складі векторно-керованого електропривода, апаратна структура останнього не змінюється, розширюється лише алгоритм керування.

Вимоги до швидкодії та розрядності цифрових елементів сформульовані із розрахунку кількості елементарних операцій, необхідних для ідентифікації параметрів та спостереження за координатами.

Розроблено оригінальне програмне забезпечення, яке реалізує зчитування та фільтрацію експериментальних даних, а також алгоритми ідентифікації активних опорів та опосередкованого визначення швидкості асинхронних двигунів.

Висновки

В дисертації, яка є завершеною науковою роботою, виконане розв’язання науково-прикладної задачі покращення регулювальних властивостей асинхронних електроприводів з векторним керуванням в умовах дрейфу активних опорів статора і ротора АД. Мета роботи досягнута через здійснення періодичної ідентифікації активних опорів та опосередковане визначення швидкості обертання асинхронного двигуна. За методом z-форм отримані різницеві рівняння, які відбивають залежності між координатами асинхронного двигуна, що доступні вимірюванню (струм та напруга статора) та активними опорами. Встановлено, що дискретна модель АД, яка отримана методом z-форм, може бути використана для опосередкованого визначення швидкості при невідомому навантаженні на валу. Доведено, що в умовах дрейфу активних опорів швидкість та потокозчеплення асинхронного двигуна можуть бути визначені з використанням періодичного коригування значень активних опорів. Розроблені наукові підходи дозволяють підвищити динамічні показники та точність регулювання швидкості асинхронних електроприводів з векторним керуванням без датчику швидкості.

1. Активний опір статора або ротора може бути визначений в довільному режиму роботи двигуна за допомогою дискретної моделі, укладеної методом z-форм відносно змінних стану. Для ідентифікації необхідні дані про просторово-часові комплекси струму, напруги статора, та швидкості асинхронного двигуна. Похибка у визначенні активного опору ротора за цією моделлю не перевищує 1,5% у перехідному режимі, активного опору статора – 3%. В сталому режимі похибка метода фактично дорівнює нулю.

2. Активні опори статора і ротора асинхронного двигуна можуть бути одночасно визначені ітеративним методом на основі дискретної моделі АД. Метод полягає у використанні двох пакетів експериментальних даних (струм, напруга статора, швидкість), записаних для двох моментів часу. Задається початкове значення активного опору ротора, через це значення на основі дискретної моделі розраховується значення опору статора, потім для розрахунку опору ротора використовується модель, укладена для іншого моменту часу і так далі. Процес триває до тих пір, поки величина прирощення активних опорів не стане меншою за задану величину.

3. Традиційні методи опосередкованого визначення потокозчеплень двигуна та його швидкості, які основані на інтегруванні рівнянь стану, є непрацездатними при тепловому дрейфі активних опорів. При похибці у визначенні R1,R2 у 25% спостерігачі потокозчеплень можуть втратити стійкість.

4. Швидкість асинхронного двигуна може бути розрахована за допомогою дискретної моделі через миттєві значення струмів та напруг статора асинхронного двигуна. Похибка встановлення швидкості за цим методом не перевищує 2% в перехідних режимах і фактично відсутня в усталеному. Швидкість визначається незалежно від рівня навантаження.

5. В умовах дрейфу активних опорів АД, швидкість може бути визначена ітеративним методом, який полягає у визначенні координат електропривода на основі параметрів, встановлених на попередньому кроці. Потім здійснюється ідентифікація параметрів двигуна і відповідне корегування параметрів спостерігачів. Моделюванням доведена працездатність такого підходу. Оптимальна періодичність ідентифікації параметрів складає 0,025 с при зміні активних опорів до подвоєного значення за 30 с.

6. В реальних умовах доцільно використовувати еліптичну фільтрацію експериментальних даних. Найвища точність ідентифікації параметрів спостерігається при програмному зниженні частоти дискретизації до 2 кГц.

7. Похибка експериментального визначення R1 та R2 не перевищує 5% в перехідному режимі і фактично відсутня в усталеному.

8. При експериментальній перевірці спостерігача швидкості доведено, що метод опосередкованого визначення швидкості є працездатним при ковзанні, меншім 0,45. В цьому діапазоні спостерігач швидкості відтворює дійсний сигнал в перехідних та усталених режимах з похибкою не більше 5%.

Основні наукові положення та результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Бешта А.С., Куваев Ю.В., Желдак Т.А., Макуха Ю.Н., Балахонцев А.В. Определение параметров схемы замещения асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором по переходному процессу в обмотке статора //Научные труды КрГПИ “Проблемы создания новых машин и технологий”. Кременчуг. - 2000. - №1(8). - С. 157 – 161.

2. Бешта О.С., Балахонцев О.В., Худолій С.С. Ідентифікація опорів обмоток асинхронного двигуна в робочому режимі за допомогою універсальної дискретної моделі струму статора // Наукові праці КрДПУ “Проблеми створення нових машин та технологій”. Кременчук-.–2002.– №1 (12).– С.295 – 297.

3. Бешта О.С.Балахонцев О.В.Худолій С.С.Федоренко В.В.Худий Є.Г. Експериментальна перевірка методів ідентифікації параметрів електропривода, що основані на його дискретних моделях. // Науковий вісник НГУ, Вип. 3. Дніпропетровськ – 2004. С.42-46.

4. Бешта А.С., Балахонцев А.В., Худой Е.Г. Идентификация координат асинхронного двигателя в условиях дрейфа активных сопротивлений. // Науковий журнал Запорізького національного технічного університету “Електротехніка та електроенергетика”, Вип. . Запоріжжя – 2005. С.59-64.

5. Бешта О.С., Воробйов О.А., Балахонцев О.В., Худолій С.С. Дослідження поверхні відгуку квадратичного критерію якості для процесу пуску асинхронного двигуна. //Матеріали конференції “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. – Харьков: Основа, 2001. С.132 – 135.

6. Півняк Г.Г., Бешта О.С., Балахонцев О.В., Худолій С.С. Дискретна модель частотно-регульованого асинхронного електропривода для задач ідентифікації. //Матеріали конференції “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - Вестник ХГПУ. Харьков: Основа. – 2003. С.34-36.

В роботі [1] здобувачем запропонована схема експерименту та розроблений математичний опис перехідного процесу струму в асинхронному двигуні при подачі постійної напруги на дві послідовно з’єднані обмотки статора. Робота [2] присвячена розробці методів визначення параметрів асинхронного двигуна в складі частотно-регульованого електропривода на основі дискретних моделей. Автором особисто розроблені дискретні моделі, які описують взаємозв’язок між миттєвими значеннями струму, напруги статора та його параметрами. Здобувачем також запропонований метод визначення одного з параметрів схеми заміщення та ітераційний метод визначення активних опорів статора і ротора, представлені результати моделювання. В роботі [3] надані результати експериментальної перевірки методів ідентифікації активних опорів асинхронного двигуна. Автором складена програма та розроблена методика експерименту, проведений аналіз експериментальних даних. Робота [4] присвячена питанням визначення швидкості та потокозчеплень асинхронного векторно-керованого електропривода в умовах теплового дрейфу активних опорів. Здобувачем розроблений дискретний спостерігач швидкості та алгоритм його адаптації до зміни параметрів об’єкту керування. В роботі [5] розглянута поведінка середньоквадратичного критерію якості для прямого пуску асинхронного двигуна при зміні параметрів схеми заміщення. Здобувачем виконане математичне моделювання та побудова поверхні відгуку. В роботі 6 здобувачем отримана модель електромеханічної системи асинхронного електропривода з урахуванням силового кола частотного перетворювача та отримані співвідношення для ідентифікації сталих часу електропривода.

Анотація

Балахонцев О.В. Ідентифікація параметрів і координат асинхронного електропривода в режимі реального часу. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – “Електротехнічні комплекси та системи”. – Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2007.

Дисертація присвячена питанням ідентифікації параметрів асинхронного двигуна та опосередкованого визначення його координат у складі векторно-керованого електропривода.

В роботі вперше отриманий метод визначення активних опорів статора і ротора асинхронного двигуна через миттєві значення струму, напруги статора та швидкості обертання. Залежність між даними координатами та активними опорами отримана основі дискретної моделі двигуна методом z-форм відносно змінних стану.

На відміну від існуючих, метод не потребує тестових сигналів або спеціальних режимів роботи двигуна. Це дозволяє використовувати запропонований метод в режимі реального часу без втручання в технологічний процес.

В дисертації вперше отриманий метод опосередкованого визначення швидкості асинхронного двигуна в умовах нестаціонарності його активних опорів. Визначення швидкості здійснюється через миттєві значення струму та напруги статора. Ця залежність отримана на основі дискретного рівняння, яке описує коло струму АД. На відміну від існуючих методів визначення швидкості, представлений спостерігач дозволяє відновлювати швидкість незалежно від режиму роботи двигуна і не потребує визначення потокозчеплень.

Проведена експериментальна перевірка розроблених методів, обґрунтована їх працездатність та доведена висока точність. Надані рекомендації щодо практичної реалізації системи ідентифікації параметрів та координат АД.

Ключові слова: асинхронний векторно-керований електропривод, дискретна модель, ідентифікація параметрів, спостерігач швидкості.

Аннотация

Балахонцев А.В. Идентификация параметров и координат асинхронного электропривода в режиме реального времени. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2007.

Диссертация посвящена вопросам идентификации параметров асинхронного двигателя и косвенного определения его координат в составе электропривода с векторным управлением.

Актуальность вопроса идентификации связана с широким применением асинхронных электроприводов на основе наблюдателей потокосцепления и скорости. Известно, что для эффективной эксплуатации таких систем требуется точная настройка наблюдателей и регуляторов системы автоматического регулирования в соответствие с реальными параметрами асинхронного двигателя. При эксплуатации электропривода происходит тепловой дрейф активных сопротивлений, что приводит к возникновению ошибки в определении модуля и положения вектора потокосцепления. В результате этого снижается точность регулирования скорости, падают динамические показатели системы.

В работе впервые получен метод определения активных сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя через мгновенные значения тока, напряжения статора и скорости вращения. Зависимость между данными координатами и активными сопротивлениями получена на основе дискретной модели двигателя методом z-форм относительно переменных состояния. Для идентификации необходимы значения пространственно-временных комплексов напряжения и тока статора, а также скорость асинхронного двигателя.

В отличие от существующих, метод не требует тестовых сигналов или специальных режимов работы двигателя. Это позволяет использовать предлагаемый метод в режиме реального времени без вмешательства в технологический процесс.

В диссертации впервые получен метод косвенного определения скорости асинхронного двигателя в условиях нестационарности его активных сопротивлений. Скорость определяется через мгновенные значения тока и напряжения статора. Эта зависимость получена на основе дискретного уравнения, описывающего цепь тока АД. В отличие от существующих методов определения скорости, представленный наблюдатель позволяет восстанавливать скорость независимо от режима работы и не требует определения потокосцеплений.

Проведена экспериментальная проверка разработанных подходов, обоснована их работоспособность и доказана высокая точность. Даны рекомендации касательно практической реализации системы идентификации параметров и координат АД.

Ключевые слова: асинхронный электропривод с векторным управлением, дискретная модель, идентификация параметров, наблюдатель скорости.

Abstract

O.Real-time parameters and coordinates identification of asynchronous electric drive. – Manuscript.

Thesis for candidate of technical sciences degree in specialty 05.09.03 – “Electrical engineering complexes and systems”. – National Mining University, Dnipropetrovsk, 2007.

Thesis deals with identification of induction motor’s parameters and indirect estimation of its coordinates under maintenance in vector-controlled electric drive.

A new method for identification of stator and rotor ohmic resistances of induction motor is presented. The method is based on AC motor’s discrete model which was obtained by z-form discrete approximation relative to state variables. Resistances identification requires only data about stator current and voltage and motor speed.

Unlike existing approaches the method proposed does not requires special testing signals or procedures. This allows its running in real-time mode without interfering in manufacturing process.

A new approach to indirect estimation of induction motor speed under drift of its ohmic resistances is proposed. The speed is observed via instant values of motor’s voltage and current. The observer is obtained on the basis of discrete equation describing current circuit of induction motor. Unlike existing observers, the approach proposed estimates speed despite of motor’s operating mode and does not require flux determination.

The approaches and methods were verified experimentally. Their high efficiency and accuracy are proven. Recommendations for practical introduction of identification system are given.

Key words: asynchronous vector-controlled electric drive, discrete model, parameters estimation, identification, speed observer.

БАЛАХОНЦЕВ Олександр Васильович

Ідентифікація параметрів І КООРДИНАТ асинхронного електропривода в режимі реального часу

(Автореферат)

Підписано до друку 14.03.2007. Формат 60х90\16

Папір офсетний. Ризографія. Ум. друк. арк. 0,9.

Обл.-вид. арк. 0,9. Тираж 120 прим. Зам.№

Національний гірничий університет

49005, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 10