Патент на изобретение №2392731

(54) УСТРОЙСТВО ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу. Технический результат заключается в использовании устройства оценивания параметров электродвигателя с асинхронными электродвигателями и увеличении числа оцениваемых параметров электродвигателя. Устройство оценивания параметров электродвигателя содержит асинхронный электродвигатель, параметры которого подлежат оцениванию, датчик частоты вращения, соединенный с валом электродвигателя, датчики продольного тока статора, его производной, поперечного тока статора, его производной, продольного напряжения статора, поперечного напряжения статора, продольного тока ротора, его производной, поперечного тока ротора, его производной, частоты вращения вала, датчик углового ускорения, механически связанный с валом электродвигателя; внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, имеющей продольную и поперечную оси, устройство дифференцирования, умножители, сумматоры, масштабирующие устройства и интеграторы. Использование данного устройства в автоматизированном асинхронном электроприводе допускает реализацию модального, адаптивного и других самонастраивающихся систем управления. 13 ил.

Изобретение относится к автоматизированному асинхронному электроприводу, в частности к автоматизированной идентификации параметров асинхронного электропривода, и может найти применение в адаптивных и самонастраивающихся системах.

Известно устройство оценивания параметров объекта управления, содержащее два блока интеграторов и блок решения системы линейных неоднородных алгебраических уравнений (Методы классической и современной теории автоматического управления. Т.2. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. – Стр.331) [1].

Недостатком устройства является его сложность, связанная с большим числом интеграторов и с необходимостью решения системы уравнений, которая может быть плохо обусловлена.

Прототипом является устройство оценивания параметров электродвигателя (Афанасьев А.Ю., Тарасова И.Т. Устройство оценивания параметров электродвигателя. Патент РФ 2030088, МПК⁶ Н02Р 5/06, опубл. 27.02.95. Бюл. 6), содержащее датчики тока, его производной и частоты вращения выходного вала, сумматор, формирователь сигнала ошибки по напряжению, первую и вторую группы по три умножителя, три масштабирующих устройства, три интегратора, входы которых через масштабирующие устройства соединены с выходами второй группы умножителей. Входы формирователя сигнала ошибки по напряжению подключены к входу электродвигателя и выходу сумматора, а выход соединен со вторыми входами второй группы умножителей, первые входы которых соединены с выходами датчиков тока, его производной и частоты вращения вала электродвигателя соответственно, входы двух первых датчиков соединены с якорной цепью электродвигателя, а третий датчик механически соединен с валом электродвигателя. Выходы интеграторов соединены со вторыми входами первой группы умножителей, первые входы которых соединены с выходами вышеназванных датчиков, а выходы – с соответствующими входами сумматора.

Недостатком данного устройства является то, что оно не работает с асинхронным электродвигателем и дает оценку недостаточного числа параметров, необходимых для эффективного управления электроприводом.

Задачей изобретения является использование устройства оценивания параметров электродвигателя с асинхронными электродвигателями и увеличение числа оцениваемых параметров электродвигателя.

Поставленная задача осуществляется тем, что в устройстве оценивания параметров электродвигателя, состоящем из электродвигателя и подсоединенного к нему устройства оценивания параметров электродвигателя, содержащего датчик частоты вращения, соединенного с валом электродвигателя, согласно изобретению электродвигатель заменен на асинхронный электродвигатель, а устройство оценивания параметров электродвигателя заменено на устройство оценивания параметров асинхронного электродвигателя, содержащее датчики продольного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков продольного тока ротора и его производной первыми входами пятнадцатого, двадцать четвертого, сорок первого, двадцать первого умножителя, вторыми входами сорок восьмого, пятьдесят восьмого умножителей, поперечного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков поперечного тока ротора и его производной с первыми входами восемнадцатого, двадцать третьего, тридцать третьего, двадцать второго умножителей, со вторыми входами сорок седьмого, пятьдесят шестого умножителей, производной продольного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми входами шестнадцатого, тридцать пятого, тридцатого умножителей и вторым входом семьдесят седьмого сумматора, производной поперечного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первыми входами двадцать шестого, сорок третьего, двадцать девятого умножителей и семьдесят восьмого сумматора, продольного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами двадцать пятого, тридцать первого, сорокового, сорок седьмого, пятьдесят четвертого, тридцать седьмого умножителей, поперечного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами семнадцатого, тридцать четвертого, тридцать девятого, сорок восьмого, пятьдесят второго, тридцать восьмого умножителей, производной продольного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами девятнадцатого, тридцать второго, сорок шестого умножителей и первым входом семьдесят пятого сумматора, производной поперечного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами двадцать седьмого, сорок второго, сорок пятого умножителей и первым входом семьдесят шестого сумматора, продольного напряжения статора, второй вход которого соединен с электродвигателем, а на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первым входом шестьдесят второго сумматора, поперечного напряжения статора, второй вход которого соединен с электродвигателем, а на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первым входом шестьдесят пятого сумматора, датчик углового ускорения, механически связанный с валом электродвигателя, выход которого соединен с первыми входами пятидесятого и шестидесятого умножителей, устройство дифференцирования, на вход которого подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми и вторыми входами двадцатого, двадцать восьмого и пятьдесят второго, пятьдесят четвертого умножителей соответственно, а также со вторым входом восьмидесятого сумматора, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала двигателя, а выход восьмидесятого сумматора соединен с первыми входами пятьдесят шестого, тридцать шестого, пятьдесят восьмого, сорок четвертого умножителей, девяносто первый – девяносто седьмой интеграторы, входы которых соединены через восемьдесят четвертое – девяностое масштабирующие устройства с выходами шестьдесят третьего, шестьдесят шестого, шестьдесят девятого, семьдесят второго, семьдесят девятого сумматоров, шестидесятого умножителя, семьдесят четвертого сумматора соответственно, выход девяносто первого интегратора соединен со вторыми входами пятнадцатого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят второго сумматора, двадцать третьего умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят пятого сумматора, выход девяносто второго интегратора соединен со вторыми входами шестнадцатого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят второго сумматора, восемнадцатого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом двадцатого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят второго сумматора, двадцать четвертого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом двадцать восьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят пятого сумматора, двадцать шестого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят пятого сумматора, выход девяносто третьего интегратора соединен со вторыми входами тридцать первого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать девятого умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят первого сумматора, выход девяносто четвертого интегратора соединен со вторыми входами тридцать второго умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать четвертого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят седьмого сумматора, выход которого соединен со вторым входом тридцать шестого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят восьмого сумматора, сорокового умножителя, выход которого соединен с первым входом семидесятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом сорок четвертого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят первого сумматора, сорок второго умножителя, выход которого соединен с третьим входом семьдесят первого сумматора, выход девяносто пятого интегратора соединен со вторыми входами семнадцатого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят первого сумматора, девятнадцатого умножителя, выход которого соединен с пятым входом шестьдесят второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами двадцать первого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят третьего сумматора, тридцатого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят шестого сумматора, и пятьдесят третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятьдесят второго умножителя, двадцать пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен с входом двадцать восьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят пятого сумматора, двадцать седьмого умножителя, выход которого соединен с пятым входом шестьдесят пятого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят шестого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятьдесят четвертого умножителя, двадцать второго умножителя, выход которого соединен с входом шестьдесят третьего сумматора, выход которого соединен через восемьдесят четвертое масштабирующее устройство с девяносто первым интегратором, и двадцать девятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят шестого сумматора, выход которого соединен через восемьдесят пятое масштабирующее устройство с девяносто вторым интегратором, тридцать третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят седьмого сумматора, выход которого соединен со вторым входом тридцать шестого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать пятого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят восьмого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят седьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят седьмого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятьдесят шестого умножителя, сорок шестого умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят второго сумматора, тридцать седьмого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят девятого сумматора, сорок первого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семидесятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом сорок четвертого умножителя, сорок третьего умножителя, выход которого соединен с четвертым входом семьдесят первого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят девятого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят восьмого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятьдесят восьмого умножителя, тридцать восьмого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят девятого сумматора, сорок пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят второго сумматора, сорок девятого умножителя, первый вход которого соединен через восемьдесят первое масштабирующее устройство с выходом семьдесят третьего сумматора, первый – второй входы которого соединены с выходами сорок седьмого и сорок восьмого умножителей соответственно, выход сорок девятого умножителя соединен со вторым входом семьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом шестидесятого умножителя и вторым входом пятьдесят первого умножителя, первый вход которого через восемьдесят третье и восемьдесят первое масштабирующие устройства соединен с выходом семьдесят третьего сумматора, а выход соединен с пятым входом семьдесят девятого сумматора, выход девяносто шестого интегратора соединен со вторым входом пятидесятого умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят четвертого сумматора, третий вход которого соединен через восемьдесят второе масштабирующее устройство с выходом девяносто седьмого интегратора.

Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1-12, где:

Фиг.1 – функциональная схема устройства идентификации параметров электродвигателя,

Фиг.2 – графическое представление закона изменения поперечного напряжения в процессе моделирования,

Фиг.3 – графическое представление закона изменения угловой частоты ₁(t) в процессе моделирования,

Фиг.4 – график переходных процессов идентификации параметров R₁ и R₂,

Фиг.5 – график переходных процессов идентификации параметров L₁ и L₂,

Фиг.6 – график переходных процессов идентификации параметров M_m,

Фиг.7 – график переходных процессов идентификации параметров J,

Фиг.8 – график переходных процессов идентификации параметров М_с,

Фиг.9 – приведены фазовые траектории на плоскости R₁, L₁,

Фиг.10 – фазовые траектории на плоскости R₂, L₂,

Фиг.11 – фазовые траектории на плоскости , M_m,

Фиг.12 – фазовые траектории на плоскости М_с, J.

Фиг.13 – функциональная схема примера выполнения датчиков продольного напряжения статора, продольного тока статора, его производной, поперечного напряжения статора, поперечного тока статора, его производной, продольного тока ротора, его производной, поперечного тока ротора и его производной.

Схема (Фиг.1) содержит асинхронный электродвигатель 1, параметры которого подлежат идентификации, датчики продольного тока статора 2, его производной 3, поперечного тока статора 4, его производной 5, продольного напряжения статора 6, поперечного напряжения статора 7, продольного тока ротора 8, его производной 9, поперечного тока ротора 10, его производной 11, частоты вращения вала 12, углового ускорения 13, устройство дифференцирования 14, умножители 15-60, сумматоры 61-80, масштабирующие устройства 81-90, интеграторы 91-97. Первый вход датчика 2 соединен с электродвигателем 1, на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков 8, 9, с первыми входами умножителей 15, 24, 41, 21, со вторыми входами умножителей 48, 58. Первый вход датчика 3 соединен с электродвигателем 1, на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми входами умножителей 16, 35, 30 и вторым входом сумматора 77. Первый вход датчика 4 соединен с электродвигателем 1, на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков 10, 11, с первыми входами умножителей 18, 23, 33, 22, со вторыми входами умножителей 47, 56. Первый вход датчика 5 соединен с электродвигателем 1, на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первыми входами умножителей 26, 43, 29 и вторым входом сумматора 78. Второй вход датчика 6 соединен с электродвигателем 1, на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а выход соединен с первым входом сумматора 62. Второй вход датчика 7 соединен с электродвигателем 1, на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а выход соединен с первым входом сумматора 65. Первый вход датчика 8 соединен с электродвигателем 1, второй вход соединен с выходом интегратора 95, а выход соединен с первыми входами умножителей 25, 31, 40, 47, 54, 37. Первый вход датчика 9 соединен с электродвигателем 1, второй вход соединен с выходом интегратора 95, а выход соединен с первыми входами умножителей 19, 32, 46, и первым входом сумматора 75. Первый вход датчика 10 соединен с электродвигателем 1, второй вход соединен с выходом интегратора 95, а выход соединен с первыми входами умножителей 17, 34, 39, 48, 52, 38. Первый вход датчика 11 соединен с электродвигателем 1, второй вход соединен с выходом интегратора 95, а выход соединен с первыми входами умножителей 27, 42, 45 и первым входом сумматора 76. Выход датчика 13, механически связанного с валом электродвигателя 1, соединен с первыми входами умножителей 50, 60. На вход устройства дифференцирования 14 подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми входами умножителей 20, 28, вторыми входами умножителей 52, 54 и со вторым входом сумматора 80, первый вход которого соединен с выходом датчика 12, а выход сумматора 80 соединен с первыми входами умножителей 56, 36, 58, 44. Входы интеграторов 91-97 соединены через масштабирующие устройства 84-90 с выходами сумматоров 63, 66, 69, 72, 79, умножителя 60, сумматора 74 соответственно. Выход интегратора 91 соединен со вторыми входами умножителя 15 и 23, выходы которых соединены со вторыми входами сумматоров 62 и 65 соответственно. Выход интегратора 92 соединен со вторыми входами умножителя 16, выход которого соединен с третьим входом сумматора 62, умножителя 18, выход которого соединен со вторым входом сумматора 61, выход которого соединен со вторым входом умножителя 20, выход которого соединен с четвертым входом сумматора 62, умножителя 24, выход которого соединен с первым входом сумматора 64, выход которого соединен со вторым входом умножителя 28, выход которого соединен с третьим входом сумматора 65, умножителя 26, выход которого соединен с четвертым входом сумматора 65. Выход интегратора 94 соединен со вторыми входами умножителя 31, выход которого соединен с первым входом сумматора 68, умножителя 39, выход которого соединен с первым входом сумматора 71. Выход интегратора 93 соединен со вторыми входами умножителя 32, выход которого соединен со вторым входом сумматора 68, умножителя 34, выход которого соединен со вторым входом сумматора 67, выход которого соединен со вторым входом умножителя 36, выход которого соединен с третьим входом сумматора 68, умножителя 40, выход которого соединен с первым входом сумматора 70, выход которого соединен со вторым входом умножителя 44, выход которого соединен со вторым входом сумматора 71, умножителя 42, выход которого соединен с третьим входом сумматора 71. Выход интегратора 95 соединен со вторыми входами умножителя 17, выход которого соединен с первым входом сумматора 61, умножителя 19, выход которого соединен с пятым входом сумматора 62, умножителя 25, выход которого соединен со вторым входом сумматора 64, выход которого соединен с входом умножителя 28, выход которого соединен с третьим входом сумматора 65, умножителя 27, выход которого соединен с пятым входом сумматора 65, умножителя 33, выход которого соединен с первым входом сумматора 67, выход которого соединен со вторым входом умножителя 36, выход которого соединен с третьим входом сумматора 68, умножителя 35, выход которого соединен с четвертым входом сумматора 68, умножителя 41, выход которого соединен со вторым входом сумматора 70, выход которого соединен со вторым входом умножителя 44, умножителя 43, выход которого соединен с четвертым входом сумматора 71, умножителя 49, первый вход которого соединен через масштабирующее устройство 81 с выходом сумматора 73, первый – второй входы которого соединены с выходами умножителей 47-48 соответственно, выход умножителя 49 соединен со вторым входом сумматора 74, выход которого соединен со вторым входом умножителя 60 и вторым входом умножителя 51, первый вход которого через масштабирующие устройства 83 и 81 соединен с выходом сумматора 73, а выход соединен с пятым входом сумматора 79. Выход сумматора 62 соединен со вторыми входами умножителя 21, выход которого соединен с первым входом сумматора 63, умножителя 30, выход которого соединен с первым входом сумматора 66, и умножителя 53, выход которого соединен с первым входом сумматора 79, а первый вход соединен с выходом сумматора 75, второй вход которого соединен с выходом умножителя 52. Выход сумматора 65 соединен со вторыми входами умножителя 55, выход которого соединен со вторым входом сумматора 79, а первый вход соединен с выходом сумматора 76, второй вход которого соединен с выходом умножителя 54, умножителя 22, выход которого соединен со вторым входом сумматора 63, выход которого соединен через масштабирующее устройство 84 с входом интегратора 91, умножителя 29, выход которого соединен со вторым входом сумматора 66, выход которого соединен через масштабирующее устройство 85 с входом интегратора 92. Выход сумматора 68 соединен со вторыми входами умножителя 57, выход которого соединен с третьим входом сумматора 79, а первый вход соединен с выходом сумматора 77, первый вход которого соединен с выходом умножителя 56, умножителя 46, выход которого соединен с первым входом сумматора 72, умножителя 37, выход которого соединен с первым входом сумматора 69. Выход сумматора 71 соединен со вторыми входами умножителя 59, выход которого соединен с четвертым входом сумматора 79, а первый вход соединен с выходом сумматора 78, первый вход которого соединен с выходом умножителя 58, умножителя 38, выход которого соединен со вторым входом сумматора 69, умножителя 45, выход которого соединен со вторым входом сумматора 72. Выход интегратора 96 соединен со вторым входом умножителя 50, выход которого соединен с первым входом сумматора 74, третий вход которого соединен через масштабирующее устройство 82 с выходом интегратора 97.

В теории обобщенных электрических машин известны уравнения асинхронного электродвигателя в осях d-q:

где u_1d, u_1q – напряжения продольной и поперечной фаз статора обобщенной машины; i_1d, i_1q – токи фаз обмотки статора; i_2d, i_2q – токи фаз обмотки ротора; L_1o, L_2o – индуктивности фаз обмоток статора и ротора; R_1o, R_2o – активное сопротивление фаз обмоток статора и ротора; M_mo – взаимная индуктивность; J₀ – момент инерции подвижных частей; р_П – число пар полюсов; М_с – статический момент нагрузки; ₁ – частота вращения системы координат d-q, эл. рад/с; ₂ – частота скольжения, эл. рад/с.

Вычисление ₂ осуществляется по формуле

В процессе идентификации вырабатываются оценки параметров R₁, L₁, R₂, L₂, M_m, J и M_c. Эти оценки в произвольный момент времени отличаются от истинных значений параметров. Поэтому имеются невязки – отклонения

которые в процессе идентификации должны стремиться к нулю.

Введем функции невязок:

Составим систему дифференциальных уравнений относительно оценок параметров согласно градиентному методу поиска минимума:

Здесь положительные коэффициенты , , , , , , µ_M определяют скорости изменения оценок параметров и выбираются по постоянным времени , , , , , , _M и по средним значениям следующих величин:

Устройство идентификации параметров асинхронного электродвигателя работает следующим образом. В процессе функционирования электродвигателя 1 на датчиках 2-14 вырабатываются сигналы i_1d, i_1q, u_1d, u_1q, i_2d, i_2q, , , ‘, ₁, сумматор 80 формирует сигнал ₂. Умножителями 15-19 формируются произведения R₁i_1d, M_mi_2q, L₁i_1q, сумматор 61 и умножитель 20 формирует сигнал ₁(L₁i_1q+M_mi_2q). На выходе сумматора 62 формируется сигнал (невязка) u_1d, который умножается на сигналы i_1d и на умножителях 21, 30. При помощи умножителей 23-27 формируются произведения R₁i_1q, L₁i_1d, M_mi_2d, сумматор 64 и умножитель 28 формируют сигнал ₁(L₁i_1d+M_mi_2d). На выходе сумматора 65 формируется сигнал (невязка) u_1q, который умножается на сигналы i_1d и на умножителях 21, 30. Сумматором 63 формируется сигнал (u_1di_1d+u_1qi_1q). Сумматором 66 формируется сигнал Умножителями 31-35 формируются произведения R₂i_2d, , M_mi_1q, L₂i_2q, Сумматор 67 и умножитель 36 формируют сигнал ₂(M_mi_1q+L₂i_2q). На выходе сумматора 68 формируется сигнал (невязка) u_2d, который умножается на сигналы и i_2d умножителями 46, 37. При помощи умножителей 39-43 формируются произведения R₂i_2q, L₂i_2d, M_mi_1d, , Сумматор 70 и умножитель 44 формируют сигнал ₂(L₂i_2d+M_mi_1d). На выходе сумматора 71 формируется сигнал (невязка) u_2q, который умножается на сигналы i_2q и умножителями 38, 45. Сумматором 69 формируется сигнал (u_2di_2d+u_2qi_2q). Сумматором 72 формируется сигнал Умножителями 47, 48 формируются произведения i_2di_1q, i_2qi_1d, которые суммируются на сумматоре 73. Выходной сигнал сумматора 73 (i_2di_1q-i_2qi_1d) подается через масштабирующее устройство 81, настроенное на коэффициент на умножитель 49. Сигнал масштабирующего устройства 81 подается на масштабирующее устройство 83, настроенное на коэффициент . Умножителями 50, 49 формируются произведения J‘, Сигнал М_с масштабируется устройством 82, настроенным на коэффициент р_п. Сумматором 74 формируется сигнал (невязка) M. Полученный сигнал умножается на сигналы и ‘ умножителями 51 и 60. Умножителем 52 формируется сигнал ₁i_2q, который суммируется на сумматоре 75 с сигналом . Умножителем 53 формируется сигнал умножителем 56 формируется сигнал ₁i_2d, который суммируется на сумматоре 76 с сигналом Умножителем 53 формируется сигнал Умножитель 52 формирует сигнал ₂i_1q, который суммируется на сумматоре 77 с сигналом Умножителем 53 формируется сигнал Умножитель 58 формирует сигнал ₂i_ld, который суммируется на сумматоре 78 с сигналом Умножителем 59 формируется сигнал Сумматором 79 формируется сигнал

Полученные сигналы (u_1di_1d+u_1qi_1q), (u_2di_2d+u_2qi_2q), ‘M и M масштабируются устройствами 84-90, настроенными на коэффициенты , p_пµ_M соответственно, а затем интегрируются интеграторами 91-97. На выходах интеграторов 91-97 формируются текущие значения оценок R₁, L₁, R₂, L₂, M_m, J и M_c, которые являются выходными сигналами устройства идентификации.

Моделирование процесса оценивания параметров электродвигателя на ПЭВМ системе Turbo Pascal 7.0 подтвердило работоспособность и эффективность устройства идентификации. В программе приняты следующие истинные значения параметров:

R₁=8,9779 Ом, L₁=0,5168 Гн, R₂=5,7426 Ом, L₂=0,5194 Гн,

M_m=0,4962 Гн, J=0,025 кг·м², М_с=0,250 Н·м,

Моделирование проводилось при условии, что продольное напряжение равно нулю, поперечное напряжение изменялось по закону, представленному на Фиг.2, угловая частота ₁(t) изменялась по закону, представленному на Фиг.3.

В программе приняты следующие параметры функций u_1q(t) и ₁(t):

U_1o=50 В, U_1m=25 В, Гц,

_1o=300 рад/с, _1m=150 рад/с, Гц.

На Фиг.4-8 приведены графики сигналов R₁(t), R₂(t), L₁(t), L₂(t), M_m(t), J(t) и M_c(t) получены при отклонении всех параметров от истинных значений на 75%. Отметим, что значения параметров R₂, J и М_с принимались на 75% меньше истинных, а значения параметров R₁, L₁, L₂, M_m – на 75% больше истинных. Длительность процессов идентификации составляет 280 с, после чего все параметры достигают своих истинных значений.

На Фиг.9 приведены фазовые траектории на плоскости R₁, L₁; на Фиг.10 – фазовые траектории на плоскости R₂, L₂; на Фиг.11 – фазовые траектории на плоскости M_m; на Фиг.12 – фазовые траектории на плоскости М_с, J при различных сочетаниях начальных значений этих величин.

Датчики продольного напряжения статора, продольного тока статора, его производной, поперечного напряжения статора, поперечного тока статора, его производной, продольного тока ротора, его производной, поперечного тока ротора, его производной построены на базе преобразования координат. Системы уравнений преобразования значений токов i_A, i_B, i_C и напряжений u_A, u_B, u_C неподвижной обмотки в значения токов i_1d, i_1q и напряжений u_1d, u_1q фаз обмотки обобщенной машины имеют вид:

Токи короткозамкнутого ротора не подлежат непосредственному измерению, поэтому значения токов ротора i_2d, i_2q восстанавливаются вычислительным устройством на основании сигналов потокосцеплений _d и _q, поступающих от датчиков магнитного поля. Восстановить информацию о токах i_2d, i_2q можно следующим образом:

;

Для реализации (18) необходимо сигнал оценки M_m, вырабатываемый системой оценивания, подавать на ВУ. Используя четыре устройства дифференцирования, можно найти , , , .

Таким образом, одним из вариантов реализации датчиков токов, их производных и напряжений обобщенной машины является использование трех первичных датчиков фазных токов i_A, i_B, i_C напряжений u_A, u_B, u_C, датчика магнитного поля, преобразователей координат по формулами (14), (17), блока вычислений по формулам (18) и четырех устройств дифференцирования. Пример выполнения показан на Фиг.13.

Если рассматривать квазиустановившиеся процессы, то устойчивость процессов идентификации можно определить с помощью функции Ляпунова:

Функция F является определенно положительной, она строго больше нуля, если оценка хотя бы одного из параметров R₁, L₁, R₂, L₂, M_m, J, М_с отличается от истинного значения. В квазистационарном режиме можно положить , , , , , , постоянными.

Производная этой функции во времени в силу уравнений идентификации (7)-(13) градиентным методом имеет вид:

Таким образом, согласно методу анализа устойчивости с помощью функций Ляпунова существование определенно положительных функций от фазовых координат, производная от которых по времени в силу дифференциальных уравнений движения определенно отрицательная, обеспечивает асимптотическую устойчивость движения.

С помощью компьютерного моделирования проводилось исследование влияния величины весового коэффициента на характер переходных процессов идентификации, а также их устойчивость. Установлено, что при изменении величин u_1d(t), u_1q(t) и ₁(t), имеющих параметры в соответствии с временными диаграммами на Фиг.2 и 3, величина весового коэффициента не оказывает определяющего влияния на характер процессов идентификации и их устойчивость. Кроме того, установлено, что идентификация осуществляется даже при , равном нулю, а сам процесс идентификации продолжает оставаться устойчивым. В таком случае отсутствие пятого слагаемого в уравнении (11) можно рассматривать как наличие постоянно действующего возмущения, при котором устойчивость есть, но не асимптотическая.

Устройство оценивания параметров электродвигателя дает возможность его использование с асинхронными электродвигателями и увеличивает число оцениваемых параметров за счет того, что введены внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, имеющей продольную и поперечную оси, датчики продольного напряжения статора, поперечного напряжения статора, поперечного тока статора, его производной, продольного тока статора, его производной, продольного тока ротора, его производной, поперечного тока ротора, его производной, углового ускорения, угла поворота вала двигателя, устройство дифференцирования, двадцать сумматоров, сорок шесть умножителей, десять масштабирующих устройств и семь интеграторов. Использование данного устройства в автоматизированном электроприводе допускает реализацию модального или адаптивного управления.

Формула изобретения

Устройство оценивания параметров электродвигателя, состоящее из электродвигателя и подсоединенного к нему устройства оценивания параметров электродвигателя содержащее датчик частоты вращения, соединенный с валом электродвигателя, отличающееся тем, что электродвигатель заменен на асинхронный электродвигатель, а устройство оценивания параметров электродвигателя заменено на устройство оценивания параметров асинхронного электродвигателя, содержащее датчики продольного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков продольного тока ротора и его производной, первыми входами пятнадцатого, двадцать четвертого, сорок первого, двадцать первого умножителей, вторыми входами сорок восьмого, пятьдесят восьмого умножителей, поперечного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с третьими входами датчиков поперечного тока ротора и его производной, с первыми входами восемнадцатого, двадцать третьего, тридцать третьего, двадцать второго умножителей, со вторыми входами сорок седьмого, пятьдесят шестого умножителей, производной продольного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми входами шестнадцатого, тридцать пятого, тридцатого умножителей и вторым входом семьдесят седьмого сумматора, производной поперечного тока статора, первый вход которого соединен с электродвигателем, а на второй вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первыми входами двадцать шестого, сорок третьего, двадцать девятого умножителей и семьдесят восьмого сумматора, продольного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами двадцать пятого, тридцать первого, сорокового, сорок седьмого, пятьдесят четвертого, тридцать седьмого умножителей, поперечного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами семнадцатого, тридцать четвертого, тридцать девятого, сорок восьмого, пятьдесят второго, тридцать восьмого умножителей производной продольного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами девятнадцатого, тридцать второго, сорок шестого умножителей и первым входом семьдесят пятого сумматора производной поперечного тока ротора, первый вход которого соединен с электродвигателем, второй вход соединен с выходом девяносто пятого интегратора, а выход соединен с первыми входами двадцать седьмого, сорок второго, сорок пятого умножителей и первым входом семьдесят шестого сумматора продольного напряжения статора, второй вход которого соединен с электродвигателем, а на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первым входом шестьдесят второго сумматора поперечного напряжения статора, второй вход которого соединен с электродвигателем, а на первый вход подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, выход соединен с первым входом шестьдесят пятого сумматора, датчик углового ускорения, механически связанный с валом электродвигателя, выход которого соединен с первыми входами пятидесятого и шестидесятого умножителей, устройство дифференцирования, на вход которого подается внешний сигнал угла поворота системы ортогональных координат, а его выход соединен с первыми и вторыми входами двадцатого, двадцать восьмого и пятьдесят второго, пятьдесят четвертого умножителей, соответственно, а также со вторым входом восьмидесятого сумматора, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения вала двигателя, а выход восьмидесятого сумматора соединен с первыми входами пятьдесят шестого, тридцать шестого, пятьдесят восьмого, сорок четвертого умножителей, девяносто первый – девяносто седьмой интеграторы, входы которых соединены через восемьдесят четвертое – девяностое масштабирующие устройства с выходами шестьдесят третьего, шестьдесят шестого, шестьдесят девятого, семьдесят второго, семьдесят девятого сумматоров, шестидесятого умножителя, семьдесят четвертого сумматора, соответственно, выход девяносто первого интегратора соединен со вторыми входами пятнадцатого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят второго сумматора, двадцать третьего умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят пятого сумматора, выход девяносто второго интегратора соединен со вторыми входами шестнадцатого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят второго сумматора, восемнадцатого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят первого сумматора, выход которого соединен со вторым входом двадцатого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят второго сумматора, двадцать четвертого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом двадцать восьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят пятого сумматора, двадцать шестого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят пятого сумматора, выход девяносто третьего интегратора соединен со вторыми входами тридцать первого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать девятого умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят первого сумматора, выход девяносто четвертого интегратора соединен со вторыми входами тридцать второго умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать четвертого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят седьмого сумматора, выход которого соединен со вторым входом тридцать шестого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят восьмого сумматора, сорокового умножителя, выход которого соединен с первым входом семидесятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом сорок четвертого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят первого сумматора, сорок второго умножителя, выход которого соединен с третьим входом семьдесят первого сумматора, выход девяносто пятого интегратора соединен со вторыми входами семнадцатого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят первого сумматора, девятнадцатого умножителя, выход которого соединен с пятым входом шестьдесят второго сумматора, выход которого соединен со вторыми входами двадцать первого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят третьего сумматора, тридцатого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят шестого сумматора и пятьдесят третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят пятого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятьдесят второго умножителя, двадцать пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом двадцать восьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом шестьдесят пятого сумматора, двадцать седьмого умножителя, выход которого соединен с пятым входом шестьдесят пятого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят шестого сумматора, второй вход которого соединен с выходом пятьдесят четвертого умножителя, двадцать второго умножителя, выход которого соединен с входом шестьдесят третьего сумматора, выход которого соединен через восемьдесят четвертое масштабирующее устройство с девяносто первым интегратором и двадцать девятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят шестого сумматора, выход которого соединен через восемьдесят пятое масштабирующее устройство с девяносто вторым интегратором, тридцать третьего умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят седьмого сумматора, выход которого соединен со вторым входом тридцать шестого умножителя, выход соединен с третьим входом шестьдесят восьмого сумматора, тридцать пятого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом шестьдесят восьмого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят седьмого умножителя, выход которого соединен с третьим входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят седьмого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятьдесят шестого умножителя, сорок шестого умножителя, выход которого соединен с первым входом семьдесят второго сумматора, тридцать седьмого умножителя, выход которого соединен с первым входом шестьдесят девятого сумматора, сорок первого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семидесятого сумматора, выход которого соединен со вторым входом сорок четвертого умножителя, сорок третьего умножителя, выход которого соединен с четвертым входом семьдесят первого сумматора, выход которого соединен со вторыми входами пятьдесят девятого умножителя, выход которого соединен с четвертым входом семьдесят девятого сумматора, а первый вход соединен с выходом семьдесят восьмого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятьдесят восьмого умножителя, тридцать восьмого умножителя, выход которого соединен со вторым входом шестьдесят девятого сумматора, сорок пятого умножителя, выход которого соединен со вторым входом семьдесят второго сумматора, сорок девятого умножителя, первый вход которого соединен через восемьдесят первое масштабирующее устройство с выходом семьдесят третьего сумматора, первый – второй входы которого соединены с выходами сорок седьмого и сорок восьмого умножителей, соответственно, выход сорок девятого умножителя соединен со вторым входом семьдесят четвертого сумматора, выход которого соединен со вторым входом шестидесятого умножителя и вторым входом пятьдесят первого умножителя, первый вход которого через восемьдесят третье и восемьдесят первое масштабирующие устройства соединен с выходом семьдесят третьего сумматора, а выход соединен с пятым входом семьдесят девятого сумматора, выход девяносто шестого интегратора соединен со вторым входом пятидесятого умножителя выход которого соединен с первым входом семьдесят четвертого сумматора, третий вход которого соединен через восемьдесят второе масштабирующее устройство с выходом девяносто седьмого интегратора.

РИСУНКИ