Синтез на основе линеаризации векторного управления скоростью асинхронного электродвигателя без датчика скорости

Цель работы – параметрический синтез векторного бездатчикового (без датчика скорости) управления электроприводом с асинхронным электродвигателем. Структура системы основана на применении адаптивной модели оценивания вектора потокосцепления ротора и скорости. Скорость оценивается по рассогласованию тока статора и величины тока, вычисляемого в модели. В этой известной структуре, полученной на основе функций Ляпунова, гарантируется устойчивость, однако остается проблематичным расчет параметров регуляторов и адаптивной модели для обеспечения качественной динамики системы. Для системы векторного управления асинхронным электродвигателем без датчика скорости с адаптивной моделью предложена линеаризованная структура в синхронно вращающейся системе координат. Это позволяет рассчитать с помощью метода модального управления параметры управления для обеспечения показателей качества в каждом из замкнутых контуров системы. Такой параметрический синтез основан на допущении, что потокосцепление ротора поддерживается постоянным, и поэтому взаимным влиянием каналов управления потокосцеплением и моментом можно пренебречь. Расчет параметров управления (регуляторов и канала адаптации) базируется на способе назначения корней характеристических полиномов контуров таким образом, чтобы каждый внутренний контур имел быстродействие выше, чем внешний по отношению к нему. Метод является приближенным, однако позволяет принять во внимание основные причинно-следственные связи в динамике и получить простые расчетные выражения. Моделирование системы выполнено с использованием имитационной модели, которая учитывает цифровой программно-алгоритмический способ формирования сигнала управления микроконтроллером, а также электромагнитные процессы в условиях широтно-импульсной модуляции в преобразователе электрической энергии и электродвигателе, применение оцениваемого моделью значения вектора потокосцепления ротора в координатных преобразованиях системы, формирование пространственного вектора напряжения преобразователя. Анализ синтезированной системы управления скоростью методом имитационного моделирования подтверждает эффективность предложенного способа параметрического синтеза и приемлемую точность оценивания скорости.

1. Blaschke, F. Das Verfahren der Feldorientierung zur Regelung der Asynchronmaschine / F. Blaschke. Siemens-Forsch und Entwicklungsber, 1972. No 1. S. 184–193.

2. Фираго, Б. И. Векторные системы управления электроприводами / Б. И. Фираго, Д. С. Васильев. Минск: Выш. школа, 2016. 159 с.

3. Kubota, H. Speed Sensorless Field-Oriented Control of Induction Motor with Rotor Resistance Adaptation / H. Kubota, K. Matsuse // IEEE Transactions on Industry Applications. 1994. Vol. 30, Iss. 5. P. 1219–1224. https://doi.org/10.1109/28.315232.

4. Orlowska-Kowalska, T. Stator-Current-Based MRAS Estimator for a Wide Range Speed-Sensorless Induction-Motor Drive / T. Orlowska-Kowalska, M. Dybkowski // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2010. Vol. 57, Iss. 4. P. 1296–1308. https://doi.org/10.1109/TIE.2009.2031134.

5. Sensorless Passivity Based Control for Induction Motor Via an Adaptive Observer / R. Salim [et al.] // ISA Transactions. 2019. Vol. 84. P. 118–127. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2018.10.002.

6. Morawiec, M. Nonadaptive Rotor Speed Estimation of Induction Machine in an Adaptive Full-Order Observer / M. Morawiec, P. Kroplewski, Ch. Oden // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2022. Vol. 69, Iss. 3. P. 2333–2344. https://doi.org/10.1109/TIE.2021.3066919.

7. Маляр, В. С. Математическая модель и характеристики асинхронного двигателя при питании от источника тока / В. С. Маляр, А. В. Маляр // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2021. Т. 64, № 5. С. 421–434. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2021-64-5-421-434.

8. Опейко, О. Ф. Тяговый электропривод с бездатчиковой системой векторного управления / О. Ф. Опейко, А. И. Пташник, В. И. Хильмон // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2010. № 6. С. 37–43.

9. Mehazzem, F. Real Time Implementation of Backstepping-Multiscalar Control to Induction Motor Fed by Voltage Source Inverter / F. Mehazzem, A. L. Nemmour, A. Reama // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, Iss. 28. P. 17965–17975. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.035.

10. In-Depth Cross-Coupling Analysis in High-Performance Induction Motor Control / L. A. Amézquita-Brooks [et al.] // Journal of the Franklin Institute. 2018. Vol. 355, Iss. 5. P. 2142–2178. https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2018.01.002.

11. Keyser, A. D. Real-Time Energy-Efficient Actuation of Induction Motor Drives Using Approximate Dynamic Programming / A. D. Keyser, H. Vansompel, G. Crevecoeur // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2021. Vol. 68, Iss. 12. P. 11837–11846. https://doi.org/10.1109/TIE.2020.3044791.

12. Online-Identification of Electromagnetic Parameters of an Induction Motor / V. K. Tytiuk // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2020. Т. 63, № 5. С. 423–440. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-423-440.

13. Фрадков, А. Л. Адаптивное управление в сложных системах / А. Л. Фрадков. М.: Наука, 1990. 296 с.

14. Discrete-Time Field Oriented Control for Induction Motors / I. E. Dueñas [et al.] // IFAC-Papers Online. 2017. Vol. 50, Iss. 1. P. 15760–15765. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2017.08.2310.

15. Опейко, О. Ф. Синтез регулятора тока системы векторного управления асинхронным электродвигателем / О. Ф. Опейко // Вісник КДУ імені Михайла Остроградського. 2014. Вип. 1 (84). С. 9–14.