Упреждающее управление вентильными преобразователями с естественной коммутацией для быстродействующих электроприводов

Планом развития народного хозяйства СССР на 1981;85г.г.намеченном решениями ХГО съезда КПСС, предусматривается значительное увеличение объема продукции преимущественно за счет интенсификации производства, что неразрывно связано с резким увеличением уровня его автоматизации [i]. Так, в постановлении ХХУ1 съезда КПСС «Основные задачи экономического развития страны на одиннадцатую пятилетку» сказано: «.обеспечить: повышение производительности металлорежущих станков и кузнечно-прессовых машин в 1,3−1,6 раза, а также повышение точности металлорежущих станков не менее, чем на 20−30 $.» [2]. Столь жесткие требования к качеству станков диктуют повышенные требования к качеству станочного электрооборудования [3−7J .

Еще в 1973 году специальным комитетом СЭВ были разработаны и приняты основные технические Требования к электроприводам станков с ЧПУ [в] .В части, касаицейся электроприводов подач, эти требования, в основном, сводятся к следующему:

— момент электродвигателя, Нм 0,5−350.

— номинальная частота вращения вала двигателя, об/мин 300−1000.

— диапазон регулирования частоты вращения до 100 000.

— полоса пропускания,.Гц до 100 .

Современные электроприводы металлорежущих станков, использующие двигатели как постоянного, так и переменного тока, в качестве одного из своих основных элементов предполагают наличие преобразователя — усилителя мощности. При этом, в диапазоне средних и больших мощностей исполнительных двигателей выбор типа преобразователя — тиристорный преобразователь с естественной коммутацией тиристоров — диктуется отсутствием производства полностью управляемых вентилей-транзисторов, могущих коммутировать необходимый поток энергии [б, 9]. Наибольшее распространение получили реверсивные преобразователи с раздельным управлением комплектами, как наиболее экономичные.

Тиристорные преобразователи с естественной коммутацией обеспечивают возможность управления значительным потоком энергии, однако им, как элементам систем авторегулирования, присущи такие недостатки как нелинейность регулировочных характеристик и неполная управляемость вентилей при дискретном характере переработки управляющей информации [Ю-1б]. Эти особенности являются серьезным препятствием к повышению быстродействия, точности и диапазона регулирования вентильных электроприводов (ВЭП) [II-13,15−22], поэтому возможность дальнейшего совершенствования ВЭП видится прежде всего в нейтрализации средствами управления присущих ВП недостатков.

Вопросы линеаризации вентильного преобразователя (ВП) как дискретного элемента, имеющего интервалы неуправляемости, начали разрабатываться в 60-х годах [19,23−25], когда появились устройства упреждающего токоограничения и нелинейной дискретной коррекции, где впервые был применен принцип упреждающего управления ВП. В настоящее время совершенствованием алгоритмов управления и управляющих устройств занимаются практически во всех организациях, разрабатывающих вентильные электроприводы. Это — ЕНИИЭлектропри-вод и ЭНЙМС (г.Москва), ВНЙИР '(г.Чебоксары), НИИКЭ (г.Новосибирск) и другие организации, а также ряд ВУЗов страны [16−18,26−37].

Исторически сложилось так, что разработка систем управления с прогнозированием состояния ВП особенно интенсивно началась в последние годы [l8,26,38−45]. Как следует из известных публикаций, такой подход к организации управления ВП особенно эффективен при реализации процессов конечной длительности при регулировании фазовых координат привода и позволяет существенно расширить полосу пропускания ВЭП [26,27,35,38−40,42,44,46] .

Большой вклад в разработку вопросов проектирования систем управления ВП внесли теоретические и практические исследования В. П. Шипилло, А. Д. Поздеева, О. В. Слежановского, Г. В. Грабовецкого, В. Г. Кагана, Ю. Я. Морговского и других, а также коллективов под их руководством [15,16,18,19,21,23−26,30−32,34,35,37,38,41,47] .

Проблема линеаризации ВП средствами управления с целью получения предельных значений выходных показателей ВЭП имеет несколько аспектов:

— линеаризация ВП в режиме прерывистого тока нагрузки;

— линеаризация системы регулирования тока нагрузки ВП, сводящаяся к подавлению последствий изменения структуры нагрузки при изменении ее токового режима;

— линеаризация ВП при работе в условиях искаженной сети, т. е. обеспечение инвариантности выходных показателей ВП к искажениям формы и колебаниям амплитуды питающей сети.

Как показывают исследования, проведенные рядом авторов, наиболее эффективно эти вопросы решаются, если в системе управления преобразователем прогнозируется значение регулируемого выходного сигнала ВП [l6,19,23−25,27,39,40,42,44] .

Несмотря на то, что разработке такого рода алгоритмов и систем управления посвящено большое число монографий, статей и изобретений, в совокупности упомянутые выше вопросы не наши удовлетворительного решения. Поэтому задача линеаризации ВП во всех режимах работы, в статике и динамике, при регулировании напряжения и тока, при любом характере нагрузки и искаженном напряжении сети остается актуальной и на сегодняшний день и требует своего решения.

Целью диссертационной работы является разработка и исследование быстродействующих вентильныхэлектроприводов на базе линеаризованных путем упреждающего управления вентильных преобразователей с естественной коммутацией и раздельным управлением комплектами.

Содержание диссертации подчинено решению следующих задач:

1. Сформулировать требования к желаемому закону управления преобразователем при регулировании напряжения и тока нагрузки, и обосновать необходимость его линеаризации.

2. Доказать, что наиболее эффективным методом линеаризации является метод упреждающего управления преобразователем. Выявить основные возмущения, компенсация которых обязательна для линеаризации ВП.

3. Синтезировать алгоритм управления преобразователем, линеаризующий его при регулировании напряжения и тока независимо от ' характера и параметров нагрузки, режима работы ВП и флуктуации ЭДС питающей сети.

4. Теоретически оценить статические и динамические показатели ВП с упреждающим управлением в различных режимах работы.

5. Разработать и провести комплексные испытания ВЭП постоянного тока на базе преобразователя с упреждающим управлением.

Общая методика выполнения «работы. При выполнении работы применялись как теоретические, так и экспериментальные методы исследований. Теоретические исследования проводились методами теории линейных импульсных систем с использованием аппарата разностных уравнений и частотными методами анализа систем автоматического регулирования. Использовались также некоторые методы и теоремы дифференциального и интегрального исчислений, гармонического анализа и логические методы анализа и синтеза уп i. — II равляющих схем с использованием булевой алгебры. Экспериментальные исследования проводились на макетном образце ВЭП с упреж дающим управлением.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулирован желаемый закон управления ВП и показано, что его реализация возможна только в линеаризованном преобразователе. Выявлен наиболее эффективный метод линеаризации ВП как полууправляемого дискретного элемента вентильного электропривода, который заключается в упреждающем управлении преобразователем путем формирования соответствующих опорных сигналов вентилей.

2. Синтезированы алгоритмы упреждающего управления, линеаризующие ВП как регулятор напряжения и тока независимо от характера нагрузки и режима работы при искажениях ЭДС питающей сети.

3. Теоретически показано, что линеаризованный по предложенным алгоритмам преобразователь обладает предельным быстродействием «в малом», а в системе регулирования напряжения и тока реализуются процессы конечной длительности.

Практическая ценность «результатов работы:

1. Алгоритмы управленияпредложенные в работе, могут использоваться при проектировании вентдльных преобразователей с предельными динамическими показателями, инвариантными к флуктуациям ЭДС сети. Показано, что расчет систем ВЭП с использованием подобных преобразователей достаточно точно может производиться методами теории линейных систем автоматического регулирования с идентификацией ВП как безынерционного звена в пределах его теоретически достижимой полосы пропускания.

2. Даны практические рекомендации по построению рациональных структур и расчету параметров систем упреждающего управления вентильным электроприводом постоянного тока. 3. Разработан ряд схемных решений основных узлов систем управления вентильными преобразователями с естественной коммутацией и раздельным управлением, защищенных авторскими свидетель ствами.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Предложенный метод линеаризации ВП как дискретного элемента ВЭП, имеющего интервалы неуправляемости, путем упреждающего управления при•формировании соответствующих опорных сигналов вентилей.

2. Разработанные алгоритмы упреждающего управления ВП при регулировании напряжения и тока нагрузки.

3. Рекомендации по организации рациональных структур и расчету параметров систем упреждающего управления ВЭП.

4. Схемотехнические решения основных узлов систем управления ВП с естественной коммутацией и раздельным управлением.

Результаты внедрения:

Теоретические исследования, проведенные при выполнении работы, нашли применение при разработках электроприводов многокоординатных динамических моделирующих стендов, выполненных при непосредственном участии автора, защищенных рядом авторских свидетельств и применяемых в научно-исследовательском институте автоматических систем (НИИАС, г. Москва).

Диссертация является результатом работы автора в составе группы сотрудников отраслевой научно-исследовательской лаборатории электромеханических систем воспроизведения движений НЭТИ по хоздоговорной тематике с рядом организаций министерств станкостроительной и авиационной промышленности, целью которой была разработка комплектных быстродействующих электроприводов постоянного и переменного тока.

Основания для проведения работы:

1. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР гё 104−348 от 19.12.75. «Разработка высокодинамичных электромеханических моделирующих стендов с использованием управляющих ЭВМ» .

2. Постановление ЦК КПСС и СМ СССР № 145 от 18.02.80. «О повышении конкурентоспособности металлообрабатывающего оборудования» .

3. Постановление ГКНТ СМ СССР и Госплана СССР В 526/260 от 22.12.80.

4. Программа ГКНТ СМ СССР № 211/425 от 06.II.81 (этап 0§.01.03. 02 — «Создать и освоить в производстве комплектные электроприводы для механизмов подач»).

5. План важнейших научно-исследовательских работ по Новосибирскому электротехническому институту на 1976;1980г.г. и 1981;1985 г. г.

I. ОРГАНИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА РАБОТЫ УСТРОЙСТВА УПРАВЛЕНИЯ КАК СРДЦСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ЖЕЛАЕМЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ВП.

Современные требования к вентильному преобразователю как к элементу системы электропривода весьма жестки и сводятся прежде всего к необходимости повышения динамической точности при отработке задающего сигнала. Однако попытки повышения полосы цропускания ВП до значений, близких к теоретически достижимой величине, сдерживаются тем, что преобразователь представляет собой дискретное устройство, имещее интервалы неуправляемости |х5, Хб| .В принципе возможны два пути решения этой задачи:

— снижение величины интервала неуправляемости путем повышения пульсности силовой схемы ВП или частоты его источника питания, что позволяет снизить требования к качеству алгоритма управления;

— совершенствование алгоритмов управления преобразователем с целью наиболее полной нейтрализации негативных последствий его дискретности.

Первый путь, связанный с увеличением количества силового оборудования, веса и габаритов ВП, малоэкономичен. Поэтому наиболее перспективными являются попытки синтеза новых алгоритмов работы устройств управления преобразователями. Цель, к которой при этом следует стремиться, можно сформулировать так [4в]: комплекс «система унравления-преобразователь» должен быть инвариантен к возмущениям со стороны нагрузки и питаадей сети и представлять собой силовой элемент системы авторегулирования с нормализованными параметрами. Здесь под нормализацией понимается получение таких параметров ВП, которые позволяли бы оценивать его подобно обычному линейному усилителю мощности, а именно: статический коэффициент передачи, полоса пропускания и т. д.

I.I. Особенности ВП как объекта управления. Цель управления и краткая характеристика способов управления преобразователем.

В силу дискретного характера работы ВП его выходной сигнал принято характеризовать величиной «полезной» составляющей 11,12. Заметим, что в качестве регулируемой выходной величины преобразователя (или выходной координаты) может выступать как напряжение, так и ток нагрузки. Для определенности будем считать, что регулируемой координатой ВП является напряжение на его выходе. Тогда на некотором ftом интервале дискретности полезную составляющую выходного напряжения можно определить соотношением t (n+1) йвшспгтгтг, f uBbJt) dt (i.i).

-(пн> Чп) t (n) где icn+i) и t (n) — моменты включения (н + i) -ого и пого вентилейUSb/x (i}- мгновенные значения выходного напряжения ВП.

Аналогична можно определить полезную составляющую задающего сигнала «Lf^cn) на Пом интервале дискретности ten**) tTTU, J чаш ci.2).

Очевидно, что ошибки в отработке полезной составляющей задающего сигнала не будет (рис. 1.1), если справедливо равенство (коэфа) а).

К определению полезной составляющей.

Рис. 1.1.

К формулировке желаемого закона управления в).

Рис. 1.2.

— 17 фициент пропорциональности опущен) vL*>-uiM ^.

Точная реализация закона управления (1.3), выражающаяся в определении моментов переключения вентилей t (h)VL, возможна при наличии информации о законе изменения задающего сигнала и^ ft). Это следует из уравнения, получаемого подстановкой (I.I) и (1.2) в (1.3). Поэтому при случайном характере изменения сигнала задания отработка без ошибки его полезной состав-лящей в регулируемом координате ВП невозможна.

Простейший путь получения информации о задающем сигнале заключается в измерении его мгновенных значений. При этом возможен упрощенный алгоритм управления ВП, призванный обеспечивать на каждом /7 -ом интервале дискретности выполнение равенства t (n+4) tjrtcn) I U’b" Wt — Uy (iM) CI .4) t (n) где U^ (t (n)) — величина задающего сигнала в момент включения.

Пго вентиля. Длительность интервала дис! фетности to (n) ~ t (n*f) ~ t (п) (1.5) входящая в (1.4), является переменной величиной, зависящей от характера изменения сигнала задания. Действительно (рис. 1.2).

То (п) = при Щ ('cnj)^ (t (n+*)).

То (п)<�Т0 при Щ (tW) < Щ (tcn+o) (1.6).

То (п) > Го При где-То — период напряжения питающей сети;

— 18 т — пульсность силовой схемы ВП- - интервал дискретности «в стационарном режиме работы или нормированный интервал дискретности. Поскольку длительность интервала дискретности не определена, то вычисление из (1.4) момента включения пого вентиля ^^не представляется возможным и, значит, использовать алгоритм управления (1.4) без некоторого дополнительного условия нельзя.

Это дополнительное условие можно получить, если принять во внимание свойство дискретности, присущее ВП. Момент начала.

Мого интервала дискретности определяется моментом включения вентиля t (п) (рис.I.2). Этот интервал закончится при включении очередного вентиля в момент времени t (n+i) • Следовательно, длительность интервала^о (п) (после включения tlого вентиля) однозначно зависит от момента включения (п*1) -ого вентиля t (п*а, т. е. от величины сигнала задания U^ (t (n-ni). При случайном законе изменения Uj. (t), после момента t (n) задающий сигнал равновероятно может измениться или остаться постоянным. Если допустить последнее, то в соответствии с (1.6) длительность интервала дискретности будет равна tQ — а закон управления ВП определится равенством tw+To.

Цыхсп) J ивым (t)dt (iM) (I.?) t (n).

Здесь введен показатель Цвыхсп), который назовем нормированным средним значением выходного напряжения (выходной координаты), или просто средним выходным напряжением. Из сопоставления (1.7) и (I.I) следует, что нормированное среднее значение выходной координаты есть значение ее полезной составлявшей при нормированном интервале дискретности ВП, равном Z0.

При постоянном задающем сигнале UyConstzossm управления (1.7) тождественен «идеальному» закону управления (1.3). В динамических режимах применение (1.7) приводит к возникновению ошибки в отработке полезной составляющей сигнала задания. Эта ошибка, однако, не столь велика. Ее величина незначительна благодаря вариации длительности интервалов дискретности относительно нормированной величиныТ0.

Как видно из рис. 1.2.соотношение полезных составляющих задающего и выходного сигналов ВП примерно соответствует соотношению мгновенных значений задающего сигнала в начале интервала дискретности и нормированного среднего значения выходного сигнала на этом интервале.

Следовательно, закон управления ВП (1.7), реализацию которого необходимо обеспечить, можно сформулировать так: нормированное среднее значение выходной координаты ВП на данном интервале дискретности должно быть пропорционально мгновенному значению задающего сигнала, измеренному в начале этого интервала. Тогда быстродействие ВП будет близко к предельному, поскольку переход от одного заданного значения регулируемой координаты к другому будет происходить за один интервал дискретности. В этом случае в стационарном режиме преобразователь есть линейное звено, полезные составляющие входного и выходного сигналов которого связаны между собой через постоянный коэффициент. Значит, условие предельного быстродействия эквивалентно условию линеаризации и выполнение всех требований к ВП по быстродействию и точности связано прежде всего с необходимостью его линеаризации.

Нужно заметить, что момент включения очередного вентиля t (n, однозначно можно найти по (1.7) лишь при известной временной функции выходного сигнала USb/x (t). В преобразователях с.

раздельным управлением, которые анализируются здесь, возможны несколько режимов работы, где выходная координата определяется по-разному. Эти режимы различаются. соотношениями длительностей проводящего состояния вентиля Zn и интервала дискретности ТоСп) (рис. 1.2):

— режим предельно-непрерывного тока (РБНТ) Zn = Zo (n) ;

— режим прерывистого тока (PUT) Zn <

— режим непрерывного тока (PHT) Zn > Zo (n). Существование нескольких режимов, особенности которых будут рассмотрены ниже, сильно осложняет реализацию оптимального закона управления. Несмотря на большое разнообразие способов управления ВП, единого решения до сих пор не найдено. Поэтому есть смысл рассмотреть основные группы способов управления и выявить их недостатки.

В общем случае в состав системы управления (СУ) ВП с естественной коммутацией и раздельным управлением комплектами вентилей входят следующие функциональные блоки (рис. 1.3):

— система импульсно-фазового управления (СИФУ), осуществляющая преобразование непрерывного задающего сигнала в одну или несколько последовательностей импульсов dicLk, фаза которых относительно напряжений питающей сети зависит от величины и полярности сигнала управления;

— распределитель импульсов (Рй), предназначенный для распределения импульсов с выхода СИФУ по вентилям, и производящий их логическую обработку в соответствии с сигналами датчика состояния вентилей (ДСВ) ?>i и таким образом, чтобы реализовать функцию раздельного управления;

Функциональная схема системы управления ВП.

Г СУ.

U*.

1СИФУ d< скк И.

1 У/ .

РИ: ВЛ.

Ym ч h Ila s лев ггяяв.

Th п.

Гис.1.3.

Функциональная схема СИФУ, работающей по вертикальному принципу.

Цъ и, on е:

ГОК.

Рис. 1.4.

— 22.

— датчик состояния вентилей (ДСВ), осуществляющий по сигналам 7/. 7 м, поступающим непосредственно из силовой части ВП, формирование логических сигналов? z,?n, которые характеризуют состояние (проводящее или нет) обоих вентильных комплектов. Импульсы управления вентилями Vi. 1/m с выхода системы управления поступают на ВП, который работает на нагрузку Н .

Элементом СУ, ответственным за реализацию того или иного алгоритма управления, является система импульсно-фазового управления, поскольку именно здесь осуществляется операция преобразования сигнала задания в фазу управляющих импульсов. Поэтому, имея ввиду известные принципы построения СИФУ, все многообразие современных способов управления ВП можно разделить на два класса [34]: программные и следящие.

В конечном итоге система управления в совокупности с.

О с 1 U силовои частью подвергает входной задающий сигнал таким промежуточным преобразованиям, чтобы получить желаемую зависимость «вход-выход» ВП. При построении СИФУ по наиболее распространенному принципу вертикального управления [48], задающий сигнал соответствует требуемому значению регулируемой координаты ВП. Импульсы управления d генерируются в общем случае в моменты равенства опорного сигнала Uon, который разворачивает по определенному закону во времени возможные значения углов управления вентилей, и некоторого преобразованного сигнала задать ния U^ (рис. 1.4). Эти моменты фиксируются нуль-органом НО. Таким образом, в зависимости от характера функций преобразования генератора опорного напряжения (ГОН) F и звена в канале сигнала задания? , СИФУ может реализовывать различные алгоритмы управления. Деление известных способов управления на программные и следящие осуществляется по этим же признакам. Следует отметить, что такая классификация касается только собственно ВП, и не зависит от того, что преобразователь, как правило, включен в замкнутую систему ВЭП. Действительно, в этом случае в функции сигналов внешних контуров обратных связей происходит лишь изменение задающего сигнала, который должен максимально точно отрабатываться в регулируемой координате.

В программных системах управления функции преобразования У и F фиксированы [34]. При этом работа ГОН синхронизирована с питающей сетью таким образом, чтобы развернуть во времени для каждого вентиля полный диапазон изменения его возможных углов управления. Таким образом, в программных системах величина углов управления вентилей определяется путем модуляции времени задержки моментов их включения относительно моментов синхронизации ГОН, жестко связанных с питающей сетью. Точность в отработке задающего сигнала преобразователем с программным управлением зависит от качества программы преобразования сигнала задания Щ во временное положение импульсов управления VJ-. Vm, которая строитсятак, чтобы получить требуемую величину выходного сигнала ВП. Очевидно, что удовлетворительное качество регулирования при жестко заданной программе, т. е. при вполне определенных функциях преобразования звеньев СИФУ У и F у может быть обеспечено только в случае возможности установления строго однозначного соотношения между задающим сигналом и регулируемой координатой ВП. Как следует из (1.7), такого соотношения установить нельзя из-за того, что выходной сигнал Um (t)может меняться в зависимости от возмущений, действующих на преобразователь. В число этих возмущений входят, прежде всего, изменения токового режима работы ВП и флуктуации напряжения питающей сети. Следовательно, управление по программному принципу не может обеспечить реализацию желаемого закона (1.7).

Дня повышения точности регулирования комплекс «СУ-ВП» может быть охвачен корректирующей обратной связью (ОС) по регулируемой координате [34,48]. Поскольку выходной сигнал ВП (напряжение или ток), помимо полезной составляющей, определяемой входным сигналом СУ, содержит значительную долю «шума», возникающего в результате дискретной переработки управляющей информации в ВП, то возникает потребность в выделении полезной составляющей выходного сигнала. С этой целью в цепь ОС необходимо включать фильтр [34], что наряду с позитивным эффектом приводит к снижению быстродействия ВП из-за запаздывания, вносимого этим фильтром. Различные модификации таких систем, где функции фильтрации пульсаций сигнала ОС возлагаются на регулятор, не решают противоречия между требованиями быстродействия и статической точности [з4,48−5о]. Кроме того, затруднительно обеспечение устойчивости таких систем при приемлемом быстродействии ВП, что связано со скачкообразным изменением коэффициента передачи преобразователя при различных частотах входного сигнала, а также при переходе из режима прерывистых в режим непрерывных токов нагрузки [21,34,51,52]. Таким образом, применение принципа регулирования по отклонению не позволяет скорректировать несовершенство программы работы СИФУ и линеаризовать ВП.

Другой класс способов управления, называемых следящими, основан на оценке величины ошибки в отработке задающего сигнала на каждом интервале дискретности. В следящих системах функции преобразователя звеньев СИФУУ и F (рис. 1.4) неизменны. Однако, в отличие от программных систем, здесь на вход звена У поступает сигнал ошибки.

Вых (t) а импульсы управления вентилями вырабатываются при условии равенства нулю либо мгновенного значения ошибки, либо некоторого функционала от нее, вычисляемого в течение интервала дискретности [34,37,48,53]. Поскольку оценка ошибки ведется на каждом интервале дискретности, то в следящих системах работа звеньев J и F синхронизирована с границами интервалов [34,48,49,54,55] Причем, сигнал ГОН разворачивает по закону, определяемому функцией преобразования F, величину временного интервала, прошедшего от момента включения очередного вентиля. Поэтому при следящем споообе управления модулируется интервал времени между моментами включения двух соседних вентилей, т. е. длительность интервала дискретности. Из-за отсутствия синхронизации ГОН с определенными точками питающей сети такие системы называют также асинхронными 48] .

Очевидно, что следящие системы, базирующиеся на принципе регулирования по отклонению, работоспособны только в замкнутом по регулируемой координате контуре. Как в любой замкнутой системе, здесь возникают противоречия между требованиями обеспечения необходимой устойчивости и статической точности. При различных алгоритмах слежения получается либо малая статическая точность при приемлемых динамических показателях — из-за пульсаций сигнала обратной связи [48,53], либо малое быстродействие при отсутствии статической ошибки — в силу наличия в тракте сигнала управления интегрирующих звеньев [48,56−58]. Основной недостаток следящих систем заключается в том, что условия их устойчивости и максимального быстродействия зависят от положения «рабочей точки» ВП [36,37,48,49,54,55]. Последний факт свидетельствует, что при использовании следящих принципов управления так же не удается линеаризовать преобразователь.

Таким образом, при программном способе управления, заключающемся в определении углов управления вентилей с помощью жестко заданной программы, линеаризация ВП невозможна, поскольку возмущения, действующие на преобразователь, требуют непрерывного изменения этой программы. Применение следящих способов управления, состоящих в определении такой длительности интервалов дискретности, при которой собственно ошибка в отработке задающего сигнала либо ее функционал были бы минимальны, также не позволяет линеаризовать преобразователь, поскольку информация о выходном сигнале ВП запаздывает по крайне мере на один интервал дискретности. Действительно, для реализации закона управления (1.7) при определении момента включения очередного вентиля t (n) необходимо знать временную функцию регулируемой координаты U6hlx (t), которая будет иметь место уже после включения этого вентиля.

С целью сохранения достоинств программного и следящего способов управления при одновременном устранении присущих им недостатков были предложены две разновидности комбинированных алгоритмов управления. При использовании первого алгоритма ВП в стационарном режиме управляется по следящему принципу с интегральным законом слежения, а в переходном — по программному принципу [30−32,59]. Это позволяет стабилизировать статический коэффициент передачи при сравнительно высоком быстродействии. При использовании второго алгоритма система строится как программная, причем программа в зависимости от внешних возмущений перестраивается так, чтобы наилучшим образом скомпенсировать последствия их влияния на выходной сигнал ВП. Все изменения последнего под действием неучтенных возмущений или из-за несовершенства программы компенсируются за счет охвата преобразова.

— 27 теля обратной связью по регулируемой координате [бо]. Такой способ управления позволяет существенно повысить быстродействие, сохранив высокую статическую точность, поскольку основную роль в формировании динамических качеств преобразователя играет программная часть СУ.

Своеобразие последнего подхода к решению задач управления заключается в том, что здесь предпринята попытка компенсации возмущений, влияющих на регулируемую координату ВП. Такой метод будет использоваться далее для решения задач, поставленных в данной работе.

Основные результаты работы, полученные в соответствии с поставленными задачами, заключаются в следующем:

1. Сформулирован делаемый закон управления преобразователем при регулировании напряжения и тока нагрузки. Показано, что реализация этого закона возможна только при линеаризации ВП как дискретного элемента ВЭП, имеющего интервалы неуправляемости.

2. Эффективным методом линеаризации ВП является упреждающее управление, состоящее в формировании опорных сигналов вентилей таким образом, чтобы в их величине прогнозировались последствия влияния на регулируемую координату основных возмущений, нарушающих линейность ВП. К числу возмущений, компенсация которых обязательна, относятся флуктуации ЭДС питающей сети и вариация свойств ВП и нагрузки при изменении его режима работы.

3. Разработаны алгоритмы управления, позволяющие линеаризовать ВП при регулировании напряжения и тока нагрузки независимо от режима работы и флуктуаций ЭДС питающей сети.

4. Теоретически исследованы динамические показатели преобразователя с упреждающим управлением при работе на активно-индуктивную нагрузку, содержащую источник постоянной противоЭДС, и якорную цепь двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. В результате показано, что ВП обладает предельным быстродействием «в малом», а в системе регулирования напряжения и тока ВЭП реализуются процессы конечной длительности.

5. Даны практические рекомендации по выбору рациональной структуры и расчету параметров системы упреждающего управления ВЭП.

6. Разработан ряд схемных решений основных узлов системы управления ВП с естественной коммутацией и раздельным управлением, нашедших применение в ВЭП постоянного тока для многокоординатных динамических моделирующих стендов. 7. Проведенные испытания макетного образца ВЭП постоянного тока, выполненного на базе вентильного преобразователя с упреждающим управлением, подтвердили достоверность результатов, полученных теоретически, и эффективность применения алгоритмов управления, предложенных в работе.

— 209 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ.