Разработка математических моделей, методов и алгоритмов цифрового управления режимами двигателей металлообрабатывающих станков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Чжо Ту

• Чжо Ту
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Чжо Ту

Выводы по главе 2

ГЛАВА 3. Математическое моделирование и разработка алгоритмов

системы управления

3.1 Системы управления трехфазным управляемым выпрямителем с ККМ на ЮВТ транзисторах

3.2 Система управления коррекцией коэффициента мощности с двумя повышающими конверторами

3.3 Система управления трехфазным АИН, алгоритмы нахождения сектора и для сверхмодуляции (С/>0.866) на основе пространственно-векторной модуляции

3.4 Система управления скоростью вращения вала асинхронного

электродвигателя с использованием скалярного метода

Выводы по главе 3

ГЛАВА 4. Разработка микропроцессорной системы управления

металлообрабатывающего станка

4.1 Общая характеристика многопроцессорной системы управления приводами на базе асинхронного двигателя для металлообработаывающего станка

4.2 Разработка структурных схем многопроцессорных систем

управления приводами на базе асихронного двигателя

4.3 Разработка структурных и функциональных систем управления приводами на базе двух микроконтроллеров для металлообрабатыващих станков

Выводы по главе 4

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка математических моделей, методов и алгоритмов цифрового управления режимами двигателей металлообрабатывающих станков»

Введение

Одной из наиболее прогрессивно развивающихся отраслей промышленности является станкостроение. Основными тенденциями развития станкостроения в области высокотехнологичного и высокоточного производства являются: повышение гибкости и универсальности металлообрабатывающего оборудования, концентрация в одном виде оборудования все большего числа разнородных технологических операций и существенное увеличение скоростей быстрых перемещений и рабочих подач, а также повышение скорости резания; совмещение в рамках одного станка силовой и финишной обработок, а также повышение энергоэффективности станков.

Таким образом, задачи развития современного металлообрабатывающего оборудования предъявляют повышенные требования как ко всей системе управления электрооборудованием станка в целом, так и к электроприводу как его основной составляющей.

Результатом повышения требований к электроприводам станков являются: высокая максимальная скорость; значительная перегрузочная способность; широкий диапазон регулирования скорости при сохранении рабочих моментов; высокая точность и равномерность движения на всех скоростях вплоть до самых малых; минимальное время отработки задающего воздействия при апериодическом характере переходных процессов разгона и торможения; линейность, стабильность и повторяемость характеристик; высокое быстродействие при изменении нагрузки или при реверсе под нагрузкой на малой скорости; минимальные габаритные размеры электродвигателя при большом вращающем моменте или мощности; высокая надежность и ремонтопригодность а также обеспечение высокого коэффициента полезного действия (КПД) и коррекции коэффициента мощности (ККМ).

Современное состояние системы электропривода металлообрабатывающих станков характеризуется переходом на применение бесконтактных двигателей с использованием цифрового управления. Такому направлению развития способствовало множество факторов, среди которых следует отметить совершенствование элементной базы силовой электроники и микропроцессорной техники.

В качестве приводного двигателя наибольшее распространение находит асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. Современный асинхронный электропривод реализуется на базе силовой полупроводниковой техники с применением микропроцессорного управления. Его возможности позволяют организовать регулирование выходных координат привода в широком диапазоне, с высокой точностью и быстродействием. Однако даже в составе частотно-регулируемого электропривода не всегда обеспечиваются режимы работы с максимальными энергетическими показателями.

Технологические режимы многих производственных механизмов на разных этапах работы требуют движения рабочего органа с различной скоростью, что обеспечивается либо механическим путем, либо путем электрического регулирования скорости электропривода. При этом требования к диапазону и точности регулирования скорости могут изменяться в широких пределах.

Существующие методы проектирования не всегда позволяют до аппаратной реализации достоверно определить параметры проектируемой системы и оценить достижимые возможности.

Для решения сложных и, часто, противоречивых задач, возникающих при проектировании систем управления современными металлообрабатывающими станками, требуется разработка все более совершенных методов моделирования режимов работы двигателей в составе управляющих приводов станков, разработка

5

алгоритмов, обеспечивающих управление и оптимизацию работы двигателя в составе системы, разработка современных систем, реализующих высокоэффективные алгоритмы управления и потребления электроэнергии.

Одним из решений является создание математических моделей, разработка алгоритмов и структур цифровых систем управления приводами с использованием современных микроконтроллеров со специальными функциями управления, наиболее полно приспособленными к управлению подсистемами, приводами и механизмами. Использование программируемого контроллера в каждом контуре управления даёт ряд очень важных преимуществ. Применение контрольно-управляющих средств на основе микропроцессорных устройств с цифровой передачей данных и сигналов позволяет оптимизировать режимы управления процессом обработки деталей. Использование микропроцессоров обусловлено необходимостью произведения большого объема сложных вычислений в режиме реального времени для реализации современных алгоритмов управления.

Таким образом, разработка комплекса научно-технических проблем по созданию цифровых автоматических систем управления, разработка математических моделей, новых методов управления режимами работы двигателей металлообрабатывающих станков и реализация цифровых систем управления на основе скалярного и векторного методов с использованием пространственно-временной модуляции, обеспечивает повышение точности, производительности, эффективности и качества работы станков и оборудования.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод об актуальности создания теоретических основ и прикладных методов анализа и повышения эффективности автоматических систем цифрового управления двигателями

металлообрабатывающих станков.

Разработка новых методов и реализация цифровых систем управления на их основе, обеспечивает повышение эффективности и качества работы станков и оборудования. Важным элементом цифровой системы управления является специализированный микроконтроллер или цифровой сигнальный процессор (DSP). Построение системы управления на базе DSP обусловлено необходимостью произведения большого объема сложных вычислений в режиме реального времени для реализации современных алгоритмов управления. В настоящей работе система управления строится на двухпроцессорной основе. Первый микроконтроллер МП1 выполняет основные функции частотных приводов переменного и постоянного тока (реализация алгоритмов управления выпрямителем, инвертором, опрос датчиков, и т.д.). Второй МП2 обеспечивает работу пульта управления, связь с системой верхнего уровня и другие дополнительные функции. В промышленных приложениях для передачи и обмена данных между компонентами используются шины EtherCAT, Fieldbus, Profixbus, CAN_bus, RS232/485 и др. По сравнению с другими шинами, EtherCAT позволяет реализовать управление для высокопроизводительного оборудования с обменом множества распределенных сигналов в цикле, значительно меньше 100 мкс, обеспечивать высокую эффективность, точность синхронизации, гибкость и безопасность.

Разработка методов анализа и синтеза цифровых систем управления режимами работы станков, разработка алгоритмов и создание цифровых систем управления приводами с использованием современных микроконтроллеров со специальными функциями управления, наиболее полно приспособленными к управлению подсистемами, приводами и механизмами позволяет оптимизировать режимы управления процессом обработки деталей и обеспечивает достижение высоких тактико-технических характеристик.

Целью диссетационной работы является разработка математических

моделей, методов и алгоритмов цифрового управления режимами двигателей,

7

обеспечивающих повышение эффективности и надежности работы металлообрабатывающих станков.

Поставленная цель достигается посредством решения следующих основных

задач:

1. анализ систем управления двигателями и требований к микроконтроллерам;

2. создание математических моделей систем управления асинхронным двигателем с использованием скалярного и векторного методов;

3. анализ методов и особенностей регулирования скорости вращения асинхронного двигателя и управления моментом;

4. анализ характеристик и особенностей двигателей переменного, постоянного тока и серводвигателей;

5. синтез цифровых регуляторов на базе микропроцессорной системы управления;

6. создание математических моделей системы управления активным выпрямителем с ККМ в цифровом виде и автономным инвертором напряжения (АИН) с пространственно-векторной модуляцией (ПВМ);

Методы исследования. Поставленные задачи решались путем теоретических и экспериментальных исследований. Для решения поставленных задач в диссертации использованы: методы математического анализа, методы цифровой обработки сигналов, теория автоматического регулирования, математическое моделирование, методы скалярного и векторного управления, подчиненное регулирование. В работе исследованы: используемые в настоящее время методы, разработанные в пакете МаНаЬ, математические модели, алгоритмы и структуры цифровых автоматических систем управления двигателями металлообрабатывающих станков.

Научная новизна диссертации заключается в предложенных математических моделях, алгоритмах и методах цифрового управления режимами двигателей металлообрабатывающих станков. В работе:

> предложен метод цифрового управления АД при различных режимах работы;

> предложена модель частотного управления АД, которая обеспечивает постоянство момента в заданном диапазоне скоростей, применяемая в металлообрабатывающем станке;

> предложена структурная схема системы управления объектом с обратной связью по скорости и току в цифровом виде;

> предложена модель системы управления ККМ с двумя повышающими конверторами, которая позволяет поддерживать постоянный уровень выходного напряжения при различных нагрузках, уменьшать величину индуктивности и величину пульсаций тока;

> разработаны алгоритмы нахождения сектора для сверхмодуляции (и > 0.866 ) на основе ПВМ;

> разработана структурная схема частотного управления АД с использованием скалярного метода;

> разработаны структурные схемы многопроцессорной системы управления приводами;

> разработаны структурные и функциональные схемы системы управления оборудованием резьбонарезного станка;

> разработана модель, позволяющая поддерживать фактор мощности, управлять им, достигая желаемого значения, и исследовать энергетические и технические характеристики.

Практическую значимость работы имеют:

> математические модели систем управления режимами работы двигателей при различных нагрузках в составе металлообрабатывающих станков;

> результаты моделирования и алгоритмы управления режимами АД металлообрабатывающих станков;

> алгоритмы нахождения углов векторов и секторов в АИН;

> структурные и функциональные схемы системы управления с использованием скалярного и векторного методов управлением двигателем резьбонарезного станка;

> математическая модель системы управления управляемым выпрямителем с ККМ;

> аппаратно-программная модель преобразователя с двумя повышающими конверторами;

> распределенная двухпроцессорная система управления резьбонарезного станка.

На защиту выносится:

> модель частотного управления АД, обеспечивающая постоянство момента в диапазоне скоростей, используемых в металлообрабатывающих станках;

> результаты моделирования и алгоритмы цифрового управления режимами работы двигателей металлообрабатывающих станков.

> структурные функциональные схемы двухпроцессорной системы управления оборудованием резьбонарезного станка. В результате применения цифровой системы управления приводами двигателей резьбонарезного станка становится возможным применение более простых и дешевых редукторов.

> модель системы управления ККМ с двумя повышающими конверторами, позволяющая повысить выходное выпрямленное напряжение, поддерживать фактор мощности, достигая желаемого значения и исследовать энергетические и технические характеристики;

> алгоритмы нахождения сектора для сверхмодуляции (и > о.866 ) на основе ПВМ;

> структурная схема частотного управления АД с использованием скалярного метода.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ряде научно-технических конференций, в частности:

1. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и Информатика», Зеленоград, Москва, 2009 г., 2010 г., 2011 г., 2012 г.

2. Конференция «Научная сессия МИФИ-2011, Сборник научных трудов, Том 1, Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез», (МИФИ, Москва, 2011 г.).

Публикации по работе. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, в том числе три работы в журналах, входящих в список, рекомендованный ВАК. Без соавторов опубликовано 8 работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 57 наименований и приложений. Общий объем диссертации 150 страниц (130 страниц основного текста), содержит 78 рисунков и 8 таблиц. В приложениях приведены документы о внедрении результатов диссертационной работы, результаты аппаратно-программного моделирования, а также фрагменты листингов разработанного программного обеспечения в программе МАТЪАВ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы работы, научная новизна и практическая значимость результатов, сформулированы цели и общие задачи диссертационной работы, представлены основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена анализу развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам, сравнению особенностей асинхронных, синхронных и серводвигателей, применяемых в металлообрабатывающих станках и обзору современных систем асинхронного электропривода с частотным управлением на базе асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, классификацией способов частотного управления, показана актуальность исследований в области создания асинхронных электроприводов.

Анализ развития станочных электроприводов показал, что в настоящее время основное количество современных высокоточных приводов составляют приводы на базе двигателей постоянного тока и переменного тока со скалярным и векторным управлением. Приводы на базе АД с векторным управлением используются в приводах главного движения с возможностью управления скоростью вверх от номинального значения.

С развитием полупроводниковой электроники (разработка и производство ЮВТ транзисторов), появилась возможность производства недорогих микропроцессорных преобразователей частоты (инверторов), с помощью которых стало возможным полноценно управлять скоростью АД в широком диапазоне регулирования (1:1000). Теперь частота вращения АД не зависит от частоты питающей сети, двигатели можно разгонять ниже и выше их номинальной скорости. Также появилась возможность управления моментом асинхронных двигателей.

В результате сделан вывод о том, что АД по сравнению синхронными, щеточными и серводвигателями получается проще, дешевле, надежнее и требует меньше обслуживания. Также следует отметить, что диазазон регулирования и регулировочные характеристи можно существенно улучшить за счет применения высокопроизводительных микропроцессоров. Современный станочный электропривод можно реализовывать на базе АД с короткозамкнутым ротором, питаемого от автономного инвертора напряжения с прямым управлением моментом (ПУМ). В составе системы следует применять аналого-цифровой преобразователь (АЦП), цифро-аналоговый преобазователь (ЦАП), измерительные устройства (датчики тока, положения, температуры и давления). В состав системы должны входить комбинированные регуляторы положения и скорости. Необходимо обеспечить возможность управления магнитным потоком двигателя не только в приводах главного движения, но и в приводах подачи.

Предложенная классификация отражает отличия в принципиальных методах управления, таких как: скалярное управление, векторное управление. Для существующих методов управления показано единство подходов к совершенствованию систем и улучшению их характеристик. Произведен сравнительный анализ систем скалярного и векторного управления, рассмотрены их достоинства и недостатки

При векторном регулировании, в отличие от скалярного, управление скоростью вращения двигателя осуществляется с помощью регулирования амплитуды и фазы моментообразующих векторов двигателя. Такое управление является наиболее точным в динамике и статике, а также более экономичным.

Вторая глава посвящена анализу цифровых регуляторов дивгателей на базе микропроцессороных систем и синтезу цифровых систем регулирования электроприводов с широтно-импульсными преобразователями. Предложенная задача оптимизации системы регулирования состоит в определении параметров регуляторов в зависимости от параметоров объекта регулирования и интервалов дискретности в системе.

Приведена функциональная схема системы электропривода с цифровым регулированием при трехкратных интервалах дискретности и структурные схемы объекта контура регулирования скорости и тока. Для синтеза дискретного регулятора скорости и тока необходимо определить передаточную функцию объекта регулирования в г-области. Для нахождения результирующих передаточных функций используют разложение выражения на элементарные дроби с учетом соответсвия г-преобразований при разных интервалах дискретности. В качестве регулятора скорости электропривода рассматривался интегрально-пропорциональный регулятор (ИП-РС).

Во второй главе также приведены результаты оптимизации контура регулирования скорости и тока, сравнительная оценка экспериментальных данных с результатми моделирования и моделирование систем регулирования электропривода с учетом реальных свойств широтно-импульсного преобразователя.

Третья глава посвящена математическому моделированию. Разработаны математичекие модели системы управления преобразователем частоты с

13

двухэтапной стратегией на базе асинхронного двигателя. Предложены и исследованы разные режимы управления асинхронным двигателем. Разработана математическая модель системы управления трехфазным активным выпрямителем на ЮВТ транзисторах и повыщающим конвертором с ККМ в пакете МАТЬАВ и проведены исследования. Разработаны математическая модель автомного инвертора напряжения АИН с использованием пространственно-векторной модуляции, математическая модель системы управления асинхронным двигателем и преобразователем частоты. Моделирование систем управления позволяет исследовать и прогнозировать достижимые энергетические и технические характеристики станков при их создании.

Четвертая глава посвящена разработке схем, алгоритмов и программ, и в ней предложены варианты реализации многопроцессорной системы управления резьбонарезным станком, а также проведено математическое моделирование системы управления.

Разработаны структурная схема системы управления оборудованием резьбонарезного станка, функциональная схема электропривода на базе двух микроконтроллеров, распределенная двух микропроцессорная система управления металлообрабатывающим станком и структурная схема системы управления асинхронным электроприводом с двухэтапной стратегией.

Раработаны алгоритм управления вектором тока намагничивания, алгоритм корректировки вектора тока намагничивания, проведено моделирование системы управления АД с использованием векторного метода в пакете МАТЬАВ.

ГЛАВА 1. Анализ развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам.

Одним из решений сокращения потребления энергии двигателями является использование частотных регулируемых приводов (ЧРП) на основе микроконтроллеров с современными алгоритмами.

Развитие современной техники предъявляет все более жесткие требования к электроприводу. Современные технологии требуют от электропривода повышенной точности движения (как в статике, так и в динамике), быстродействия, надежности и др. Это, в свою очередь, требует применения новых, более сложных методов управления электроприводом, что влечет за собой применение совершенных микропроцессорных средств.

Широкое внедрение микропроцессорной техники в процесс управления промышленными электроприводами открывает широкие возможности для улучшения их технико-экономических показателей, из которых для изготовителей важны технологичность производства электропривода с микропроцессорным управлением, снижение затрат на наладку, высокая степень унификации и стандартизации микропроцессорных систем управления; для потребителей -высокая надежность, точность, помехозащищенность, гибкость, удобство эксплуатации; для проектировщиков - снижение трудоемкости и уменьшение сроков проектирования.

Необходимость развития и совершенствования электроприводов с микропроцессорным управлением требует проведения научных исследований как асинхронного электропривода в качестве объекта регулирования, так и в целом частотно-регулируемого асинхронного электропривода с микропроцессорным управлением с целью оптимального использования возможностей силовой и управляющей частей электропривода.

Эти приводы, управляемые по развитым алгоритмам с помощью микроконтроллеров, имеют ряд преимуществ:

•увеличение энергетической эффективности системы — регулирование скорости снижает потери мощности в двигателях;

• усовершенствование функционирования — цифровое управление может

добавить такие свойства, как интеллектуальные замкнутые контуры, изменение частотных свойств, диапазона контролируемых неисправностей и способность к взаимодействию с другими системами;

• упрощение электромеханического преобразования энергии — регулируемые

приводы позволяют устранить необходимость в трансмиссиях, коробках передач, редукторах;

• простота обновления программного обеспечения — системы на базе

микроконтроллеров с флэш-памятью могут быстро изменять при необходимости свой алгоритм и регулируемые переменные.

Последние два десятилетия ознаменовалось значительными успехами силовой электроники — было освоено промышленное производство биполярных транзисторов с изолированным затвором (ЮВТ), силовых модулей на их основе (стойки и целые инверторы), а также силовых интеллектуальных модулей (1РМ) с встроенными средствами защиты ключей и интерфейсами для непосредственного подключения к микропроцессорным системам управления. Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным набором специализированных периферийных устройств, сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления [1].

Преимущественное применение в настоящее время имеют привода с короткозамкнутыми АД. Большинство таких приводов (около 80%) —

нерегулируемые. В связи с резким удешевлением статических преобразователей частоты доля частотно-регулируемых асинхронных электроприводов быстро увеличивается.

В последнее время на базе систем векторного управления разработан ряд приводов с прямым цифровым управлением моментом. Отличительной особенностью этих решений является предельно высокое быстродействие контуров тока, реализованных, как правило, на базе цифровых релейных регуляторов или регуляторов, работающих на принципах нечеткой логики. Системы прямого цифрового управления вращающим моментом ориентированы в первую очередь на транспорт, на использование в кранах, лифтах, робототехнике.

Усложнение структур управления приводами потребовало резкого увеличения производительности центрального процессора и перехода к специализированным процессорам с объектно-ориентированной системой команд, адаптированной к решению задач цифрового регулирования в реальном времени. Ряд фирм (Intel, Texalnstruments, AnalogDevices, Microchips, Atmel, Infineon и др.) выпустили на рынок новые микроконтроллеры для управления двигателями (из серии векторного управления) на базе процессоров для обработки сигналов (DSP-микроконтроллеры). Они не только обеспечивают требуемую производительность центрального процессора (более 20 млн.оп/сек.), но и содержат ряд встроенных периферийных устройств, предназначеных для оптимального сопряжения контроллера с инверторами и датчиками обратных связей. Среди встроенной периферии особое место занимают универсальные генераторы периодических сигналов, обеспечивающие самые современные алгоритмы управления инверторами, в частности, алгоритмы векторной широтно-импульсной модуляции.

Рост вычислительных возможностей встроенных систем управления приводами сопровождается расширением их функций. Кроме прямого цифрового

управления силовым преобразователем, реализуются дополнительные функции поддержки интерфейса с пользователем (через пульт оперативного управления), а также управления технологическим процессом [2,3].

На рис.1 показна блок-диаграмма микропроцессороного управления двигателями.

Рис. 1.1. Блок-диаграмма микропроцессорного управления двигателями

Поддерживаемые интерфейсы — графа, показывающая, какими сетевыми возможностями обладает представленный электропривод.

Датчик положения - специальное устройство, позволяющее с высокой точностью определять положение вала двигателя с помощью аналогового сигнала или оптических меток. Следует отметить, что работа некоторых типов электроприводов принципиально не возможна без наличия датчика положения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чжо Ту, 2014 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Козаченко В. Основные тенденции развития встроенных систем управления двигателями и требования к микроконтроллерам // Chip News. — 1999. — № 1. — С. 2-9.

2. Козаченко В.Ф., Грибачев С.Я. Новые микроконтроллеры фирмы Texas Instruements TMS320x24x для высокопроизводительных встроенных систем управления электроприводами // Chip News. — 1998. — № 11-12. — С. 2—6.

3. Микропроцессорные системы автоматического управления / Бесекерский В.А. и др. - Л.¡Машиностроение, Лен. отд., 1988 - 365с.

4. Микропроцессорное управление электроприводами станков с ЧПУ. / Тихомиров Э.Л. и др. - М.: Машиностроение, 1990.

5. Чиликин М. Г. Общий курс электропривода. Учебник для вузов. Изд. 5-е доп. и переработ. М., « Энергия », 1971. 432 с. с илл.

6. Масандилов Л. Б., Москаленко В. В. М 31 Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп.—М.: Энер- гия, 1978. — 96 е., ил. (Б-ка электромонтера; Вып. 469).

7. Андреев В.И., Сабинин Ю.А. Основы электропривода. - М.-Л.: Гос-энергоиздат, 1963. - 772 с.

8. Сандлер А. С, Сарбатов Р. С. Частотное управление асинхронными двигателями . - М.: Энергия, 1966. - 144 с.

9. Шенфельд Р., Хабигер Э. Автоматизированные электроприводы / Пер. с нем. - Л.: Энергоатомиздат, 1985. - 464 с.

Ю.Браславский И.Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 224 с.

11. Мерфи Дж. Тиристорное управление двигателями переменного тока / Пер. с англ.-М.: Энергия, 1979.-256 с.

12.Протанский С.А. Частотно-импульсное управление двигателями переменного тока. — Львов: Вища школа, 1988. - 144 с.

13.0нищенко Г. Б. Электрический привод. Учебник для вузов - М.: РАСХН. 2003.- 320. Ил.

14. Кондратьев Д.Е., Обухов С.Г. Управление трёхфазным активным выпрямителем при искажениях напряжений сети // Электричество. - 2007. -№6. - стр 21-32.

15. Щагин А.В, д.т.н., профессор, Чжо Ту, Йе Тун Тэйн. Коррекция коэффициента мощности на IGBT транзисторах в системе управления трехфазным выпрямителем. Научно-технический журнал « Известия Высших Учебных Заведений ЭЛЕТРОНИКА » - 2013, М.:МИЭТ, С.82-86.

16. Щагин А.В, д.т.н., профессор, Чжо Ту. Система управления скоростью нарезания резьбы с использованием скалярного метода. Научно-технический журнал « Известия Высших Учебных Заведений ЭЛЕТРОНИКА » - 2014, М.:МИЭТ, С.81-85.

17. Борис Карлов, Евгений Есиц. Современные преобразователи частоты: методы управления и аппаратная реализация. Силовая Электроника, № 1, 2004.

18. W. Shepherd, L. N. Hulley and D. Т. W. Liang. Power Electronics and Motor Control, Cambridge University Press, Second Edition, 1995. 536 с

19. С. Schauder, «Adaptive speed identification for vector control of induction motor without rotational transducers», in Conf. Rec. 1989 IEEE IAS Ann. Mtg., pp. 493 -99.

20. Виноградов А.Б. Векторное управление электроприводами переменного тока / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина».- Иваново, 2008 - 298 с. ISBN.

21. http://www.intechnics.ru/articlel4.htm.

22. http://www.vecgroup.com/files/rew/40/ACDC%20Drives.pdf.

23. Е.М. Берлин, Б.А. Егоров, В.Д. Кулик, И.С. Скосырев. Системы частотного управления синхронно-реактивными двигателями. Библиотека по втоматике. Выпуск 327, Издательство: Энергия, Год: 1969, Страниц: 132.

24. http://model.exponenta.ru/epivod/glv 050.htm.

25.WEG Transforming Energy into solutions Av. Pref. Waldemar Grubba, Synchronous motors,3000 - 89256 - 9000- Jaragua do Sul - SC. www.weg.com.br.

26. Jim Murphy, Senior Application Engineer PM & Large Motors Commercial Leader LEESON Electric Corp., Grafton, Wis. Understanding AC induction, Permanent magnet and Servo motor technologies: Operation, Capabilities and Caveats. http://www.leeson.com/documents/PMAC Whitepaper.pdf.

27.Hapkins, Minn. Dc motors speed controls servo systems : an engineering handbook . Electro-craft Corporation, 5th Edition, 1980,

28.KEBAntriebstechnik. Трехфазныйпривод. Основы. - Издательство: KEBAntriebstechnikGmbH, 1996. - 88 с.

29. ООО «ГлобалДевайс» Преобразователи частоты Описание, применение и основные характеристики Телефон/факс [phone] www.electrotechnica.ru

30. SEWEURODRIVE. Практика приводной техники - Сервоприводы. Издание 09/2006. 11322853/RU. www.sew-eurodrive.com.

31. http://model.exponenta.ru/epivod/glv 100.htm.

32. Алексеев К.Б., Палагута К.А. Микроконтроллерное управление электроприводом: Учебное пособие.- М.: МГИУ, 2008. - 298 c.ISBN 978-52760-1414-2.

33. Чжо Ту, Мо Зо Тве Йе Тун Тэйн, Со Лин Маунг. Микропроцессорное устройство управления модулем двигателей постоянного тока. « Етественные и технические науки », No.4, 2012 г., с.279 - 281.

34.АнхимюкВ.Л., ОпейкоО.Ф., МихеевН.Н.. Проектирование систем автоматического управления электроприводами. - Мн.: Выш. Шк., 1986. -143 е.: ил

35. Старостин С. С. Оптимизация микропроцессорного регулятора тока электропривода по требуемому быстродействию регулирования // Електромашинобудуванная та електрообладнання : Республиканский м1жвщомчий науковотехничний зборник. - К.: Техника, 1997. — Вип.49. -С.43 -48.

36.Коцегуб П. X., Баринберг В. А. Синтез двукратноинтегрирующей цифровой системы подчинённого регулирования электропривода с двумя периодами квантования.- Известия вузов. Электромеханика, 1991, №9.- С. 11-17.

37. Щагин А.В, д.т.н., профессор, Чжо Ту. Двигатель постоянного тока в цифровом контуре. Сборник нучных трудов по материалам, Международной заочной научно-практической конференции 31 мая 2012 г. Чась 1, С.145-149.

38.Джури Э. Импульсные системы автоматического регулирования. — М.: Физматгиз, 1963. -456 с.

39. Jay Stokes and Guy R. L. Sohie. Digital Signal Processors. Implementation of PID Controllers on DSP. APR5/D, Rev.l. http://research.microsoft.com/en-us/um/people/istokes/implementationofpidcontrollersapr5.pdf.

40. Денисенко В. В. ПИД- регуляторы: принципы построения и модификации // Современные технологии автоматизации. 2006. № 4. С. 66-74; 2007. № 1. С. 78-88.

41. http://model.exponenta.ru/epivod/glv 100.htm.

42. http://www.ingener.info/pages-page-34.html.

43. Сергей Германович Герман-Галкин.Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб.: КОРОНА-Век, 2008. - 368 с. ISBN 978-5-903383-39-9.

44. Кондратьев Д.Е., Обухов С.Г. Прямое управление мгновенной мощностью трёхфазных AC-DC преобразователей с коррекцией коэффициента мощности //Практическая силовая электроника. - 2008 - №29. - стр. 25-33.

45. Richard Newell. Electric motor efficiency depends upon power factor. Part 1, Part 2 // www.industrialcontroldesienline.com.

46. Воронин П. А. Силовые полупроводниковые ключи: семейства, характеристики, применение. М.: Издательский дом Додэка-XXI. - 2005,-384с.

47. Обухов С.Г., Чаплыгин Е.Е., Кондратьев Д.Е. Широтноимпульсная модуляци я в трёхфазных инверторах напряжения //Электричество. — 2008. - №7. - стр. 23-31.

48.Карасев А. В., Смирнов В. М.ГОУВПО «Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарева», г. Саранск. Некоторые особенности управления трехфазным выпрямителем с коррекцией коэффициента мощности.— 2009-3.

49.ШрейнерР. Т., ЕфимовА. А, КалыгинА. И, Корюков. Н., МухаматшинИ. А. Конпцепцияпостроения двухзвенных непосредственных проеобзователей частоты для электроприводов переменного // Электротехника. 2002. № 12.

50. Ефимов А. А., Шрейнер Р. Т. Активные преоброзователи в регулируемых электроприводах переменного тока / Под общей ред. д-ра техн.наук, профе. Р. Т. Шрейнера. Ново-уральск: Изд-во НГТИ.2001.

51. Валерий Мелешин, Денис Овчинников. Применение микропроцессоров в системах управления транзисторных выпрямителей. Силовая Электроника, № 4'2005.

52. Power Factor Correction and Harmonic Control for DC Load. PQSoft Case Study.

53. Vinaya Skanda,Microchip Techonology Inc, AN1106. Power Factor Correction in Power Conversion Applications Using the dsPIC. 2007. C01106A-page26.

54. Rakesh Parekh, Microchip Technology Inc. VF control of 3-Phase Induction Motor Using Space Vector Modulation. 2005, page 26.

55.K. Zhou, D. Wang, "Relation between space-vector modulation and three-phase carrier-based PWM", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 49, No. 1, pp 186-196, February 2002.

56.A.M. Trzynadlowski, R.L. Kirlin, S.F. Legowski. Space vector PWM technique with minimum switching losses and a variable pulse rate, IEEE Transactions on Industrioal Electronics, vol. 44, no. 2, pp. 173-181, 1997.

57. Infineon Technologies. Optimized Space Vector Modulation and Over-modulation with the XC866, V 2.0, Sept.2005. www.infineon.com.

58. http://www.stankopress.ru/?mod=Goods&act=2&good id=421.

59. W. Leonhard, "Control of electrical drives", 2nd Ed, Springer, 1996.

60. Vas P. Sensorless Vector and Direct Torque Control. - Oxford\ Oxford University Press. - 1998.

61.F.A. Toliyat, S.G. Campbell, "DSP-based electromechanical motion control", CRC Press, 2004.

62. http://en.wikipedia.org/wiki/Alpha%E2%80%93beta_transformation.

63. Боровский Г.В. Развитие машиностроения Рос- сии на основе технологического перевооружения. - М.: изд-во «ИТО», 2009.

64. Аналитический отчет Ассоциации «Станкоинст- румент». - 2009. 3. Итоги международной станкостроительной вы- ставки «ЕМО-Милан-2009». - 2009.

65. Итоги международной станкостроительной выставки « ЕМО-Милан-2009.

66. Каталог продукции Nakamura-Tome 2010.

Команды фрагментов для управления АД скалярным методом в программе MATLAB.

% vector control of IM [SI] <imvfl.m> DATA (SI)

Vll=400 ; % линейное напряжение [в] HP=4.0 ; %Horsepowerrating [hp] Rs=0.294 ; % сопротивление статора (Ohm) Rr=0.144 ; % сопротивление ротора (Ohm) fo=80 ; % основная частота (Hz) wo=2*pi*fo ; % основная угловая скорость (rad/s) Lsl=0.00139; % индуктивностьстатора (H) Lrl=5.4e-4;% индуктивностьротора (Н) Lm=0.0353 ; % общаяиндуктивность (Н) р=2; % количество чила пор полюсов J=0.1 ;% момент инерции (kg.mA2) TLf=15; % Момент на валу [N.m] Bm=0.02; %Dampingconstant

ifround(p/2 )~-р/2;

warndlgC p must be even','error');

break

end

if nl<0,nl=0; end

Vn=Vll/sqrt(3); % фазное напряжение [rms] Zmag=Rr+j * wo * (Lm+Lsl);

Imag=abs(Vn/Zmag); % токнамгничивания в базовой напряжения f=[nl:dn:n2]; % входная частота в системе единицы [ри] v=abs((l-d)*f+d); % регулируемое входное напряжение в системе единицы

[ри]

Команды фрагментов для расположения координаты

co=['bbgmcmybgcrkkkcybgrmck']; %colorscheme figureCUnits';Normalized';'Position',[0.2 .1 .6 .79],...

'NameVCONSFANT Volts/Ileitz CHARACTERISTICS OI;

lM7NumberTitle','on')

L=length(f);

for k=2:L

if abs(f(k))>l, v(k)=l; end if f(k)==0, f(k)=.0001; end

n=nl:.001:f(k)+0.01;

Zr=Rr * f(k) ./(f(k)-n+eps)+1 i * Lrl * wo * f(k);

Zf=j*wo*Lm*f(k).*Zr./(j*Lm*wo*f(k)+Zr+eps);

Zin-Rs+j * wo*Lsl*f(k)+Zf; Rf=real(Zf);

Is=v(k)*Vn./Zin; %rms Te=1.5*p*(Is.*conj(Is)./(f(k)+eps)/wo.*Ri); определение вращающего момента Is=abs(Is);

Tm(k)=max(Te);

q=fmd(max(Te)==Te); speed=n*120*fo/p;// определение скорости вращения статора nm(k)=speed(q); spd2=n2* 120*fo/p; spdl=nl * 120*fo/p;

Tm(l)=NaN; subplot(211);

plot(speed,Te,co(k)),title(' control of induction motorVcolorVrVfontsize',13),

xlabel('SPEED [rpm] '),ylabel('TORQUE [N-m]'),hold on,grid plot(nm,Tm,'~b')

set(gca,'Xlim',[spdl spd2],'Ylim',[0 inf+10])

if p<4, incr=250; else incr=250; end

set(gca,'Xtick',[spdl:incr:spd2])

set(findobj(gca,'typeVline','colorVr'),'linewidth',2)

text(140*(k-3),-30,['f ',num2str(f(k))],'color',coC^/FontSize'J/FontWeight','bold')

text(140*(k-3),-41,['v ',num2str(v(k))],'color',co(k),'FontS ize',l,'I-ontWeight','bold')

legend('Tmax') subplot(212)

plot(speed,Is,co(k)),grid,title('Steady-statc characteristics','color','r','fontsizc',13) xlabel('SPEED [rpml '),ylabel('CURRENT [A]'),hold on set(gca,'Xlim',[spdl spd2]) if p<4, incr=250; else incr=250; end set(gca,'Xtick',[spdl:incr:spd2]) set(findobj(gca,'type','line','color','r'),'lmewidth',2) pause(l)

line([spdl spd2],[Imag Imag],''color','rVlinestyleV:') text(20,Imag+l 1,'-Imag','color','r')

uicontrol('Units','normalized',... 'Style',TushButton',... 'BackgroundColor',[.5 .5 .5],... 'Callback','edit imvfl',... 'FontSize',10,... 'FontWeight','bold',... 'ForegroundColor',[l 1 1],... 'Position',[0.08 0.01 0.07 .04],... 'String','Edit',... TooltipString','edit'); uicontrol('Units','normalized',... 'Style'/PushButton',... 'BackgroundColor',[.5 .5 .5],... 'Callback','closc all,clc,clear',... 'FontSize',10,...

'FontWeiglit','bold',... 'ForcgroundColor',[l 1 1],... 'Position',[0.9 0.01 0.07 .04],. 'String','Close',... 'TooltipString','close'); uicontrol(' Units',' normalized', 'Style','PushButton',... 'BackgroundColor',[.5 .5 .5],. 'Callback','imvll',... 'FontSize',10,... 'FontWcight','bold',... 'ForegroundColor',[l 1 1],... 'Position',[0.2 0.01 0.07 .04],. 'String','Run',... 'TooltipString','run'); uicontrol(' Units','normalized', 'Style','PushButton',... 'BackgroundColor',[.5 .5 .5],. 'Callback','labclvf,...

TontSize',10,... 'FontWcightVbold',... 'ForegroundColor',[l 1 1],... 'Position',[0.78 0.01 0.07 .04],... 'String','Info',... TooltipStringyinfo');

figure('Units','Normalized','Position',[.625 .29 .36 .56],...

'Name','Applied voltage','NumbcrTitle','on')

plot(Pfo,v*Vn,'b',f*fo,f*Vn,'--g',fo,0,'or',fo,Vn,'or'),xlabel('Frequency [Hz]'),ylabel('Applied Voltage [V]'),...

title('Applied voltage as function of frequency','color','r','fonlsize', 12),grid

legend('Ajusted voltage','V/f constant',2)

text(2,.9*d*Vn,'boost','color',*m')

text(fo,l .03* Vn,'Rated voltage','color','m')

text(fo-l0,0.03*Vn,'Rated frequency','color','r')

РЕЗЬБОНАРЕЗНОЙ СТАНОК С МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ СИСТЕМОЙ УПРАВЛЕНИЯ

Пульт управления резьбонарезным станком

Команды фрагментов для управления АД векторным методом в программе МАТЪАВ.

v4hp, 440V, ?pole, ьпк? induction not о г clear

-(si) Rs=0.087 Rr=0.228 Lsl=0.8e-3 Lrl=0.8e-3 Lm=34.7e-3 p=2 ; J=1.662 Bm=0.1 ; ktune=l.0

LOtator resistance (Ohm) : Rotor rosic;tdncp (Ohm) iStatcr leakage inductance (Henry) "Rotor leakage mductdiice (Henry)

; Magnetizing inductance (Henry) «number of poles 'Koment of inertia (кд.т^г) ¿Torque speed coefficient ituninq coefficient

Lr=Lm+Lrl; taur=Lr/Rr;

' 1С

"Rotor time constant (s)

load('ICP.mat') * these IC's are only valid for the parameters given above.

i,

o -> Tf you change ktune, be sure to save this data file.

°============> close this window & Restart the firiulation