Page 12 - 3-2013

машиностроение и металлообработка

Математическая модель электропривода
серии CSD в пакете Simulink

ООО «Балт-Систем» предлагает для ис- ников, применяющих подобные приводы, и сту- осуществляет 6-канальный пространственно-век-
пользования на металлообрабатывающих дентам профильных вузов для наглядного пред- торный широтно-импульсный модулятор с час-
станках и роботах с повышенными требовани- ставления работы реального электропривода, ис- тотой модуляции 4 кГц.
ями к статическим и динамическим характе- пользуемого на оборудовании в России и СНГ. На рисунке 1 приведена упрощенная модель
ристикам преобразователи серии CSD и син- Программно-аппаратная структура вектор- электропривода СSD-DH16 и электродвигателя
хронные вентильные электродвигатели серии ного управления реализована на основе про- NYS-S20.
NYS и HM с высокоэффективными Nd2Fe14B цессора цифровой обработки сигналов – DSP В ходе разработки модели наиболее сложны-
магнитами. Электропривод на 30 А и электро- фирма TI и программируемой логической ин- ми для идентификации были блоки: 1) Subsystem
двигатели NYS 50Нм и HM 11Нм показаны на тегральной схемы – ПЛИС фирма Altera, кото- PI (ПИ-регулятор составляющих тока Iq и Id); 2)
фото 1. рая позволяет работать в замкнутом контуре dq0_to_abc Transformation (блок обратного пре-
регулирования: образования Парка-Кларка); 3) Three-Phase
1. С обратной связью по току (полоса про- Invertor (трехфазный инвертор); 4) 540 Vdc
пускания регулятора тока не менее 500 Гц и 4.7 kW 2600 rpm PMSM (Permanent Magnet
полный цикл расчета тока 125 мкс) – в качестве Synchronous Motor) (синхронный двигатель).
создания (поддержания) необходимого момен- Блок PI выполняет функцию ПИ-регулятора.
та на валу электродвигателя. Он является подсистемой для того, чтобы объ-
2. С обратной связью по току и скорости (ос- единить все составляющие ПИ-регулятора в один
новной режим, полоса пропускания регулятора элемент. Это позволяет в дальнейшем добавлять
Фото 1 скорости не менее 100 Гц и полный цикл рас- его в другие части модели, не боясь потерять ка-
чета скорости 500 мкс) – при использовании с кой-либо элемент.
В данной статье рассматривается математи- системами ЧПУ или преднабора (и индикации). Блок Three-Phase Invertоr представляет собой
ческая модель электропривода, созданная в па- 3. С обратной связью по току, скорости и по- трехфазный управляемый инвертор. Он постро-
кете Simulink. Модель синтезирована на осно- ложению (полоса пропускания регулятора по- ен на базе трехфазного моста (IGBT-транзисто-
вании реальных алгоритмов работы отдельных ложения не менее 5 Гц и полный цикл расчета ры и диоды), который преобразует постоянное
блоков электропривода и использования паке- положения 1 мс) – при использовании с систе- напряжение в трехфазное синусоидальное или
та System Identification для определения конкрет- мами, имеющими выходное задание в виде пос- наоборот. Сигнал g управляет работой транзис-
ных параметров. Эта модель является составной ледовательности импульсов (цифро-импуль- торов.
частью дипломной работы в Санкт-Петербург- сный преобразователь). Блок dq0_to_abc Transformation выполня-
ском национальном исследовательском универ- Система векторного управления построена ет функцию обратного преобразования Парка-
ситете информационных технологий механики и на основе уравнений динамики синхронного вен- Кларка. Блок преобразует три компонента (пря-
оптики (НИУ ИТМО). Базовый алгоритм вектор- тильного двигателя с постоянными магнитами на мой оси, квадратурной оси и нулевой последова-
ного управления, реализованный в электропри- роторе, записанных относительно тока статора и тельности) в трехфазную систему.
воде, является стандартным и применяется боль- потокосцепления ротора в синхронной вращаю- Блок 540 Vdc 4.7kW 2600 rpm PMSM явля-
шинством фирм-изготовителей. Поэтому данная щейся ортогональной системе координат (d, q), ется моделью синхронного двигателя с постоян-
модель будет полезна для инженерных работ- ориентированной по вектору потокосцепления ными магнитами на роторе, который может ра-
ротора. Это позволяет разде- ботать как в генераторном, так и в двигательном
Рис.1 льно управлять потокосцеп- режиме. Режим работы определяется знаком
лением и электромагнитным механического момента: положительный – для
моментом двигателя в кана- двигательного, отрицательный – для генератор-
лах регулирования реактив- ного режима. На выходе блока можно наблюдать
ной (Id) и активной (Iq) со- за параметрами двигателя: скорость, момент,
ставляющих тока статора. Ну- фазные токи и напряжения и др.
левое задание тока по оси d В электроприводе CSD возможно наблюде-
обеспечивает минимизацию ние за малой группой параметров, при этом не-
тока статора при заданной которые процессы остаются без внимания. В мо-
величине момента нагруз- дели на каждом ее участке можно следить за
ки. Управление драйве- прохождением сигналов и видеть полную кар-
рами IGBT-инвертора тину процессов. В данной системе можно реа-
лизовать различные варианты симуляции, изме-
няя задание регулятора скорости и тока или по-
давая возмущающее воздействие. Для этого ис-
пользуется блок RepeatingSequence – многофун-
кциональный генератор, с помощью которого
можно создавать сигнал любой формы и часто-
ты. Если сравнивать с электроприводом CSD, то
это аналог внутреннего функционального гене-
ратора. Также существует возможность провер-
ки двигателя на критические значения токов, мо-
ментов и напряжений. Модель является универ-
сальной для данного типа управления, что поз-
воляет использовать различные виды двигателей
и приводов.
Более подробно описание модели и сама мо-
дель в ближайшее время будут выложены на на-
шем сайте http://www.bsystem.ru.
10 http://www.znk.by