Выбор алгоритма бездатчикового управления - Бездатчиковое управление электроприводом

Существует множество, способов оценки положения ротора синхронной машины без помощи датчика положения ротора. Среди них можно выделить два подхода: использование противо-ЭДС, наводимой магнитами ротора в обмотках статора, которая однозначно определяет положение ротора, и использование магнитной несимметричности ротора (разность магнитных сопротивлений и ).

Первый способ более прост, чем второй, но качество определения положения ротора зависит от величины противо-ЭДС, поэтому он плохо работает в области низких и средних скоростей, где эта величина мала и определяется датчиками с большой погрешностью. Кроме того, противо-ЭДС нельзя измерить непосредственно, поэтому на результаты измерений будут влиять дополнительные факторы, в частности трансформаторные ЭДС.

Второй способ подразумевает использование дополнительного тестового сигнала, который накладывается на основной. Затем САУ проводит анализ отклика на тестовый сигнал и по заданной математической модели определяет положения ротора.

При этом второй способ является более сложным, требует более серьезных затрат процессорного времени, чем первый, реализации точных математических моделей и качественных измерительных каналов. По сравнению с ним, первый - способ, основанный на измерении противо-ЭДС, показывает менее точные результаты и работает в меньшем диапазоне скоростей, но является более простым в реализации, не требует сложных алгоритмов и больших вычислительных мощностей процессора.

Исходя из требований, предъявляемых к приводу, в данной работе будет взят за основу способ, основанный на оценке положения ротора по сигналу противо-ЭДС.

В рамках данного подхода существует несколько типов алгоритмов определения положения ротора. Среди них можно выделить два: расчетный подход, при котором, противо-ЭДС рассчитывается по значениям электрических величин электропривода и заложенным в САУ уравнениям и компенсационный подход, при котором в систему заложены уравнения наблюдателей.

При этом второй подход является более сложным по сравнению с первым, требует более сложного математического аппарата и более мощного микроконтроллера. А т. к. к САУ предъявляются невысокие требования по точности управления, имеет смысл использовать первый подход.

При таком подходе существует два основных способа оценки положения ротора синхронного двигателя без помощи датчика положения. Первый из них предполагает решение одной из систем уравнений, описывающих состояние двигателя, и нахождение вектора ЭДС, фаза которого связана с положением ротора. А затем используя выражение

Которое описывает связь между векторами ЭДС и потокосцепления ротора, находим вектор потокосцепления ротора и непосредственно положение ротора. Если принять, что ротор вращается с угловой скоростью то ЭДС фазы, например, фазы А изменяется по закону

Тогда противо-ЭДС этой фазы:

Такой способ сложен для программной реализации, особенно на фоне работы ШИМ-регуляторов фазных токов, потому уравнения часто упрощают, путем отбрасывания незначительных составляющих, или принимают сильные допущения, которые позволяют получить более простое решение, роме того, этот способ очень чувствителен к типу используемой математической модели и параметрам двигателя и нагрузки.

Второй способ эффективен только при использовании реверсивной парной коммутации фаз. При такой коммутации двигателя все время подключены только дне фазы, что обеспечивает комбинацию из шести векторов при двухфазной реверсивной коммутации, на каждом такте коммутации всегда есть отключаемая фаза, в которой ток спадает. Если измерять ЭДС каждой фазы на интервале нулевого тока, то можно получить достаточно точную информацию о положении ротора в момент прохождения ЭДС через ноль. Таким образом, положение ротора может быть определено в середине каждого текущего такта коммутации, т. е. 6 раз на электрический оборот, что достаточно для организации режима автокоммутации двигателя. Ограничение, связанное с парной коммутацией незначительно снижает КПД двигателя и электромагнитный момент, поэтому рассматриваемый метод управления можно рекомендовать для систем малой и средней мощности (до нескольких кВт) при невысоких требованиях к качеству и диапазону регулирования скорости (до 10:1).

В связи с тем, что предлагаемый метод основан на оценке противо-ЭДС, его нормальное функционирование возможно только начиная с определенной скорости. Однако он не может дать информацию о начальном положении ротора, ни осуществить разгон привода до определенной скорости. Для этих целей необходимо использовать другие алгоритмы. Поэтому задача бездатчикового управления разбивается на три подзадачи:

Определение начального положения ротора двигателя

Разгон двигателя до момента устойчивой идентификации положения ротора по кривой выделенной ЭДС.

Перевод двигателя в режим автокоммутации по идентифицированному положению ротора и работа в режиме бездатчикового управления.

Похожие статьи




Выбор алгоритма бездатчикового управления - Бездатчиковое управление электроприводом

Предыдущая | Следующая