Розробка та оцінювання варіативності керування синхронним двигуном з постійними магнітами

Abstract

Мета роботи: Підвищення енергетичної та динамічної ефективності електромеханічних систем шляхом розробки, порівняльного аналізу та обґрунтованого вибору оптимального алгоритму керування синхронним двигуном з постійними магнітами (СДПМ) залежно від специфічних умов експлуатації та вимог технологічного процесу, а також дослідження, проектування та компаративний аналіз різних топологій систем автоматичного керування синхронними двигунами з постійними магнітами (СДПМ) для вибору оптимального алгоритму регулювання швидкості, потокозчеплення та моменту в прецизійних і високодинамічних електроприводах. Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання: Проаналізувати математичну модель СДПМ у декартовій обертовій системі координат (d, q), жорстко зв'язаній з ротором двигуна. Провести математичне моделювання електромагнітних та електромеханічних процесів у СДПМ у системі координат, що обертається синхронно з ротором. Дослідити та спроектувати систему скалярного керування для низьковимогливих додатків та визначити межі її стійкості. Розробити структурні та імітаційні моделі класичних і сучасних систем керування: векторного керування з орієнтацією по полю (Field-Oriented Control, FOC) та прямого керування моментом (Direct Torque Control, DTC). Розробити структуру системи векторного керування (Field-Oriented Control — FOC) із контурами регулювання струмів, швидкості та положення, використовуючи перетворення Кларк і Парка. Синтезувати контури регулювання струмів, швидкості та потокозчеплення з використанням лінійних ПІ-регуляторів та нелінійних релейних алгоритмів. Дослідити алгоритм прямого керування моментом (Direct Torque Control — DTC) на базі гістерезисних регуляторів та таблиць перемикання інвертора. Дослідити ефективність роботи систем у режимах послаблення поля (Flux Weakening) для досягнення швидкостей, вищих за номінальну. Оцінити можливості впровадження бездатчикових (Sensorless) методів визначення положення ротора за допомогою математичних спостерігачів стану. Здійснити багатокритеріальне оцінювання розроблених варіантів за показниками швидкодії, перерегулювання, величини пульсацій електромагнітного моменту та загального коефіцієнта корисної дії приводу. Виконати порівняльне оцінювання розроблених варіантів за критеріями динамічної точності, пульсацій моменту, складності апаратної реалізації та вартості.