«Моделирование в электроприводе» в продолжение к публикации “Векторное регулирование (заметки практика)”
От автора
Можно констатировать, что предыдущая публикация «Векторное регулирование (заметки практика)» вызвала интерес читателя.
Новая книжка «SimInTech – моделирование в электроприводе» (с точки зрения автора):
- исправляет некоторые неточности и неясности изложенного в предыдущей публикации материала по сути векторного регулирования
- более полно рассказывает о структурах систем регулирования различных типов электроприводов
- в немалой части посвящена вопросам цифрового моделирования в среде Симинтек с выходом на автоматическую кодогенерацию программы управляющего контроллера.
Симинтек (SimInTech) – российская среда создания математических моделей, алгоритмов управления, интерфейсов управления и автоматической генерации кода для программируемых контроллеров.
Использование SimInTech и прямое сотрудничество с разработчиками позволяет создавать модели, которые невозможно создать, используя библиотечные блоки Simulink.
Раздел «ЭЛЕКТРОПРИВОД» данной среды создавался автором в содружестве со специалистами компании «3В-сервис» как инструмент, помогающий проектировать современные электроприводы.
Совместно с библиотеками, позволяющими моделировать автоматику, электрику, механику и т.д., раздел дает возможность создавать модели электроприводов, включающие в себя:
- систему управления
- силовой преобразователь
- двигатель
- элементы механики (различные передачи).
Важной особенностью нашей программы является возможность разделения модели электропривода на непрерывную и дискретную части.
К непрерывной части модели относятся модели силового преобразователя, двигателя, элементов механики и нагрузки.
Дискретная часть состоит из модели управляющего алгоритма, который в реальности обычно выполняется цифровым контроллером. Работа этого контроллера характеризуется дискретностью по времени и уровню.
Непрерывная и дискретная части системы могут моделироваться с разным шагом и даже с разными способами счета, при этом осуществляется их синхронизация. Такой подход к построению модели позволяет максимально точно моделировать поведение системы c учетом дискретности управления.
Инструмент генерации кода в SimInTech дает возможность автоматически транслировать модель алгоритма управления в текст программы процессора, управляющего контроллера на языке СИ.
Отмечу, что на уровне СИ-текста полученная программа открыта для пользователя, и он имеет возможность вносить изменения в элементы сгенерированного проекта.
Также важно, что кодогенерация ориентирована и на отечественные процессоры.
Преимущества использования моделирования и кодогенерации
- Ускорение процесса проектирования изделий и более глубокая проработка вариантов рабочих и нештатных ситуаций
- Написание программы на языке СИ можно заменить построением системы в среде моделирования
- Автоматическое создание документации на программу, и, соответственно, сохранение преемственности при исчезновении (как это иногда бывает) программиста.
О целесообразности автоматической кодогенерации
В необходимости моделирования сейчас убеждать никого не надо. Однако среди специалистов продолжается полемика по поводу целесообразности автоматической кодогенерации программы управляющего контроллера.
Аргументы критиков этого подхода сводятся, в целом, к двум тезисам, представленным ниже:
- не может глупая машина из картинки сгенерить оптимальный по объему и быстродействию СИ-текст программы - это можно сделать только ручками
- модель сложного электропривода со всеми защитами, интерфейсами и прочими наворотами превратится в нечитаемые каракули.
Ну что же, если доводить до абсурда, то сторонникам первого тезиса я посоветую написать программу прямо в кодах или хотя бы на ассемблере. Именно в этом случае программа будет оптимальна. Только ведь они откажутся.
Тем, кого пугают каракули, советую правильно иерархически структурировать систему, и проблем не будет.
Ну, а если без крайностей, то автоматическая кодогенерация не отменяет программиста, а дает ему в руки инструмент, существенно облегчающий его работу. Где этот инструмент применить, а где лучше подшлифовать ручками – надо решать по месту.
Призываю коллег-оппонентов не стоять на пути прогресса и не отрицать, что скоро программы будут вполне успешно писаться другими программами, и процесс уже пошел … - диалектика, … псс …
С наилучшими пожеланиями читателю,
Ю.Н. Калачев
ОГЛАВЛЕНИЕ
1 Предисловие 4
1.1.. Раздел «Электропривод» среды SimInTech 5
1.1.1... Кодогенерация. 5
1.1.2... Состав раздела. 5
1.1.3... Функции раздела. 6
1.1.4... Преимущества использования. 7
1.2.. О целесообразности автоматической кодогенерации 7
1.3.. Прежде чем читать дальше …... 8
2 О векторном регулировании 9
3 Преобразователи координат 10
3.1.. Обобщенный вектор и трехфазная система координат 10
3.2.. Неподвижная Декартова система координат 11
3.3.. Вращающаяся Декартова система координат: XY 13
3.3.1... Геометрический вывод формул преобразований Парка 14
3.3.2... Смысл системы координат XY.. 14
3.4.. Преобразователи координат АВС=>dq и dq=>ABC 15
4 Модели двигателей переменного тока 17
4.1.. Синхронный электродвигатель с постоянными магнитами 17
4.1.1... Принцип работы.. 17
4.1.2... Векторная диаграмма и момент СДПМ 17
4.1.3... СДПМ с неявнополюсным ротором.. 20
4.1.4... Уравнения равновесия статора СДПМ 21
4.1.5... Модель электромагнитных процессов СДПМ 23
4.1.6... Модель СДПМ в SimInTech. 24
4.2.. Безколлекторный электродвигатель постоянного тока (БДПТ) 26
4.2.1... Конструкция и принцип работы БДПТ 26
4.2.2... Уравнения равновесия статорных обмоток в системе АВС 27
4.2.3... Вывод формулы для расчета электромагнитного момента 31
4.2.4... Датчик положения ротора (ДПР) 32
4.2.5... Модель БДПТ в SimInTech. 32
4.3.. Модель синхронного двигателя в системе АВС 34
4.4.. Асинхронный двигатель (АД) 36
4.4.1... Схема замещения асинхронного двигателя 36
4.4.2... Векторная диаграмма асинхронного двигателя 37
4.4.3... Уравнения равновесия статора и ротора 39
4.4.4... Момент асинхронного двигателя. 40
4.4.5... Уравнения модели электромагнитных процессов 41
4.4.6... Модель АД в SimInTech. 44
5 Широтно-импульсная модуляция 45
5.1.. Некоторые алгоритмы ШИМ.. 48
5.1.1... Синусная ШИМ. 48
5.1.2... Алгоритмы ШИМ с полным использованием напряжения 50
5.1.3... Немного о векторных алгоритмах ШИМ 54
5.2.. Рекомендуемые алгоритмы ШИМ.. 54
6 Векторные системы управления моментом СДПМ и АД 56
6.1.. Контур тока статора в осях dq. 56
6.1.1... Структура контура тока. 56
6.1.2... Блок компенсации перекрестных связей СДПМ 57
6.1.3... Блок компенсации перекрестных связей АД 58
6.1.4... Вычислитель скорости. 59
6.1.5... Ограничитель напряжения в осях dq 60
6.2.. Управление моментом СДПМ (неявнополюсный ротор) 61
6.3.. Управление моментом АД (ψR=const) 62
6.3.1... Связь между моментом и скоростью скольжения 63
6.3.2... Намагничивающая составляющая тока статора 64
6.3.3... Моментообразующая составляющая статорного тока 65
6.3.4... Выбор потока ротора. 65
6.3.5... Структура системы управления моментом 67
7 Управление моментом БДПТ 71
7.1.. Самосинхронизация. 71
7.2.. Структура системы управления моментом 73
8 Управление скоростью 76
9 Управление положением 77
9.1.. Трехконтурная структура. 77
9.2.. Двухконтурная структура. 78
9.3.. Формирователь траектории. 79
10 Пакетное построение моделей 83
10.1 Модель непрерывной части электропривода 83
10.2 Модель дискретной части электропривода 83
10.3 Связь проектов модели. 83
10.4 Нормализация (переход к относительным единицам) 84
10.5 Интерфейсные блоки и их модели. 84
10.5.1. Аналоговые датчики в SimInTech. 84
10.5.2. Цифровые датчики в SimInTech. 85
10.5.3. Блоки АЦП.. 85
10.5.4. Блок нормализации. 86
10.6 Пример пакета проекта модели. 86
10.6.1. Модель дискретной системы управления 86
10.6.2. Модель непрерывной части электропривода 87
10.6.3. Совместная работа моделей в пакете 89
11 Список литературы……………………………………………………….……90
Книга доступна по ссылке: /files/modelirovanie_red2.2.pdf
