Повна версія

Головна arrow Інформатика arrow Комп'ютерне моделювання систем електропривода в Simulink

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ВІРТУАЛЬНИЙ ЕЛЕКТРОПРИВІД ЗМІННОГО СТРУМУ З ВЕКТОРНИМ КЕРУВАННЯМ

Розробка на основі інвертора з широтно-імпульсною модуляцією

Реалізація джерела живлення інвертора у вигляді батареї

Ще раз звернемо пильну увагу на блочну схему електроприводу змінного струму (рис. 1.79). Зазначимо основні елементи електроприводу: асинхронний короткозамкнений двигун, інвертор (перетворювач частоти), джерело живлення інвертора і схема векторного керування (регулятори, перетворювачі координат і фаз, обчислювач частоти обертання системи координат і частоти інвертора, моделі структурних елементів двигуна, інформація про яких недоступна для прямого або непрямого вимірювання).

Модель електроприводу з векторним керуванням (Fig5_01)

Мал. 5.1. Модель електроприводу з векторним керуванням (Fig5_01)

На рис. 5.1 приведена схема моделі електропривода з векторним керуванням. Всі складові електроприводу представлені, крім джерела живлення інвертора. Як джерело живлення використаний ідеальний елемент - батарея (акумулятор), здатний віддавати енергію і приймати се.

На рис. 5.2 показані встановлені параметри асинхронного двигуна і трифазного інвертора. Напруга живлення інвертора прийнято 600 В, яке забезпечує елемент VDC. Завдання швидкості забезпечує блок Discrete Timer2 , установка навантаження здійснюється двома блоками: Discrete Timer - установка реактивного навантаження і Discrete Timer1 - введення активного навантаження. Параметри ланцюгів зворотних зв'язків по частоті обертання і току прийняті розрахунковими.

Вікна введення параметрів двигуна і інвертора

Мал. 5.2. Вікна введення параметрів двигуна і інвертора

Процес моделювання в даній моделі прийнятий з фіксованим кроком з використанням комбінованої вирішальною програми. Крок моделювання Ts задається в спеціальному блоці Powergui. У зв'язку з цим форма подання налаштувань блоків моделі спецефичности і в вікні Sample ( Sampling ) Time необхідно вказувати символ Ts. Крім того, для прискорення вирішення може бути використана процедура Accelerator. Після включення моделювання Simulink створює додатковий файл, на що використовується час.

Для візуалізації результатів моделювання використовується осцилограф Scope.

Модель схеми управління приводом Vektor Control

Мал. 5.3. Модель схеми управління приводом Vektor Control

Центральним ланкою електроприводу є схема векторного управління, модель якої представлена на рис. 5.3.

Частина елементів схеми нам вже знайома: це регулятори струму, потоку і швидкості, показані на рис. 5.4 і 5.5. Відмінність цих моделей регуляторів від раніше використаних полягає в застосуванні дискретних інтеграторів та заповненні вікна Sampling time символом Ts. Основні (все) значення параметрів регуляторів занесені без зміни.

Вікна введення параметрів регуляторів струму

Мал. 5.4. Вікна введення параметрів регуляторів струму

На блок Vector Control (див. Рис. 5.3) від двигуна надходять два сигнали, доступні для вимірювання - трифазний струм статора і частота обертання ротора. Решта сигнали обчислює схема векторного управління. Перш за все, повинна бути обчислена частота обертання координат з до (частота інвертора) і поточний кут повороту координат у. Цю функцію виконує блок Gamma Calculation , схема моделі якого показана на рис. 5.6.

Вікна введення параметрів регуляторів потоку і швидкості

Мал. 5.5. Вікна введення параметрів регуляторів потоку і швидкості

Схема моделі блоку Gamma Calculation

Мал. 5.6. Схема моделі блоку Gamma Calculation

Блок реалізує два рівняння (4.9) і (4.7). Так як рівняння записані в абсолютних одиницях, а з т діє в схемі в машинних одиницях, то на вході зі т (рис. 5.6) з'явився підсилювач з коефіцієнтом посилення 10. З цієї ж причини з'явився підсилювач на вході / у з коефіцієнтом посилення 1 / 0,66. Кут повороту системи координат формує дискретний інтегратор, в схемі управління інтегратором передбачено скидання вихідної напруги інтегратора до нульового рівня при досягненні значення 2 до .

Далі, регулятори струму в контурах потоку і швидкості виробляють завдання на струм статора двигуна в двох фазах і під обертається системі координат. Необхідно перевести завдання регуляторів в нерухому систему координат і представити сигнал трифазним. Це завдання виконує блок ху to ABC conversion . В одному блоці поєднані два згадані вище перетворювача (рис. 5.7).

Перетворення йдуть в машинних одиницях, тому масштабні коефіцієнти не вводяться. На виході блоку маємо трифазне завдання на необхідної поточної частоті роботи інвертора.

Вікно введення параметрів блоку Discrete PWM Generator 1

Мал. 5.8. Вікно введення параметрів блоку Discrete PWM Generator 1

Трифазний сигнал завдання, необхідної частоти і амплітуди струму статора з максимальним значенням ± 10 машинних одиниць (вольт), надходить в блок управління інвертором Discrete PWM Generator 1, у якого максимальний вхідний сигнал ± 1 В. Тому для узгодження рівнів сигналів блоків введений масштабний підсилювач з коефіцієнтом посилення 0,1. Вікно установки параметрів блоку управління інвертором показано на рис. 5.8. Особливістю схеми управління інвертором є завдання несучої частоти 1250 Гц, в два рази меншого значення частоти комутації (пульсацій). Максимальне значення амплітуди вхідного сигналу завдання будь-якої полярності 1 В.

Вихідні сигнали блоку Discrete PWM Generatorl забезпечують управління шістьма транзисторами інвертора (трьома парами транзисторів), упаковані в мікропроцесорну шину і забезпечують несиметричне управління по ШІМ-закону.

Інвертор відпрацьовує завдання: на обмотках двигуна з'являється напруга і струм. Управління струмове, тому регулятори струму керують струмами статора по осях х та у такий спосіб, що б швидше відпрацювати завдання при обмеженні струму на допустимому рівні.

Сигнал зворотного зв'язку по дійсному току статора, квантований і затриманий після обробки на обумовлені раніше значення, надходить на блок ABC to ху conversion і перетворюється в двофазний і перекладається в обертову систему координат. Схема моделі блоку показана на рис. 5.9. Перетворення здійснюються в машинних одиницях.

Схема моделі блоку ABC to ху conversion

Мал. 5.9. Схема моделі блоку ABC to ху conversion

Отримані після вироблення сигнали зворотних зв'язків за струмом (за своїми осях), квантовані за рівнем і затримані на час обробки, надходять в ланцюг порівняння з заданими значеннями на регулятори струму.

Так як елементів зворотного зв'язку по магнітному потоку немає, то доводиться ланцюг намагнічування двигуна моделювати за даними розрахунку схеми заміщення. Схема моделі ланцюга намагнічування двигуна представлена на рис. 5.10.

Модель складена відповідно до вираження (4.10). Єдина відмінність полягає в наявності коефіцієнта зворотного зв'язку, щоб перевести машинний ток Isx в абсолютний. Сигнал, сформований на виході цього блоку, використовується як зворотний зв'язок по потоку в контурі потоку. Квантування і запізнювання, введені в ланцюг зворотного зв'язку, характеризують витрати часу на обрахування моделі з певною точністю.

Схема моделі ланцюга намагнічування двигуна

Мал. 5.10. Схема моделі ланцюга намагнічування двигуна

І, нарешті, останній блок Edit Scope , що входить в схему векторного управління приводом Vector Control. Цей блок дозволяє відкрити головне меню графічної діаграми, створюваної в процесі моделювання. Головне меню відкриває всі передбачені Simulink можливості редагування та обробки створеної діаграми. Для виклику меню необхідно до моделювання викликати порожній екран Scope і зробити моделювання. На екрані з'являється зображення результату моделювання і головне меню.

Всі попередні обговорення закінчені, переходимо до моделювання. На рис. 5.11 і 5.12 продемонстровані результати пуску приводу з векторним керуванням на номінальну (максимальну) частоту обертання ± 100 1 / с. Привід, в цілому, задовільно впорався з поставленим завданням.

Привід чітко відпрацьовує задану частоту обертання, але пусковий момент (а, отже, і пусковий струм) під час пуску кілька непостійний. Потік поводиться нормально, внутрішні обурення істотно не проявляються. Такий же висновок можна зробити, аналізуючи процеси пуску і реверсу на частоту обертання ± 50 1 / с (див. Рис. 5.13 і 5.14).

Аналізуючи роботу приводу на малій частоті обертання (див. Рис. 5.15 і 5.16), можна стверджувати, що такий електропривод виконує всі функції: чітко формує задану частоту обертання, відновлює задану частоту обертання після збурень по навантаженню (момент реактивний не перевищував номінальне значення). Розроблений електропривод можна реалізувати, якщо розрахункові операції нс будуть прсви-

шать за часом введених значень і при обробці інформації будуть застосовані АЦП і ЦАП відповідної розрядності.

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 100 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.11. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 100 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 100 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.12. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 100 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 50 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.13. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 50 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 50 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.14. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 50 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 0,01 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.15. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 0,01 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 0,01 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

Мал. 5.16. Пуск і реверс приводу з векторним керуванням на ± 0,01 1 / с з різним порядком дії реактивних навантажень

 
<<   ЗМІСТ   >>