Стабілізуючі імпульсні перетворювачі постійної напруги зі змінною структурою та слідкуючим управлінням

вперше запропоновано в системі підлеглого управління перетворювачами, яка побудована за принципом підлеглого регулювання координат, в якості регуляторів струму дроселя та вихідної напруги використовувати релейні регулятори, які працюють в ковзному режимі;

отримано раніш невідомі умови існування ковзного режиму в перетворювачах зі змінною структурою;

на основі аналізу електромагнітних процесів в перетворювачах зі змінною структурою вперше встановлено, що математичні моделі цього класу перетворювачів при роботі у ковзному режимі можуть бути лінеаризовані;

вперше показано, що в запропонованій системі управління для спрощення синтезу регулятора напруги контур регулювання струму можна представити аперіодичною ланкою першого порядку.

Практичне значення одержаних результатів. У результаті проведених досліджень

запропоновано методику синтезу оптимального за швидкодією алгоритму управління стабілізуючими перетворювачами зі змінною структурою та слідкуючим управлінням, з урахуванням обмеження струму дроселя;

запропоновано методику аналізу впливу коефіцієнтів зворотних зв'язків на динамічні характеристики перетворювачів;

розроблено пакет програм для обчислення оптимальних коефіцієнтів зворотних зв'язків регулятора вихідної напруги та аналізу впливу отриманих коефіцієнтів на динамічні характеристики перетворювачів.

Реалізація результатів роботи в народному господарстві здійснювалася шляхом використання їх при виконанні держбюджетних робіт і господарського договору 2-62/1503/20 з ВАТ «Алчевьсккокс».

Особистий внесок здобувача. Самостійно розроблений спосіб управління стабілізуючими ІППН зі змінною структурою і слідкуючим управлінням, що забезпечує виникнення ковзних режимів. Здобувачу належить методика одержання лінеаризованих математичних моделей перетворювачів зі змінною структурою; алгоритм управління ІППН зі змінною структурою, який синтезовано за критерієм максимальної швидкодії з урахуванням обмеження струму накопичувального дроселя. Здобувачем складені всі програми та отримані результати аналізу перехідних процесів у ІППН, що дозволяють визначити динамічні характеристики отриманих систем при параметричних збурюваннях.

У спільних роботах, опублікованих по темі дисертації особисто здобувачу належить: у роботі /1/ – методика одержання лінеаризованих математичних моделей перетворювачів зі змінною структурою; у роботі /2/ – алгоритм оптимального управління імпульсних перетворювачів напруги; у роботі /3/ – умови існування ковзного режиму в перетворювачах зі змінною структурою.

Апробація роботи. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на: 8-й Міжнародній конференції з автоматичного управління «Автоматика – 2001» (м. Одеса, 2001), 1-й Всеукраїнській науково-технічній конференції аспірантів і студентів «Автоматизація технологічних об'єктів і процесів. Пошук молодих» (м. Донецьк, 2001), на науково-технічних конференціях Донбаського гірничо-металургійного інституту (м. Алчевськ, 2001, 2002)

Публікації. Основні результати роботи відображені в 6 друкованих працях, з яких 4 статті в фахових виданнях, 2 тези доповідей.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку літератури і додатків. За-гальний обсяг дисертації складає 173 сторінки, у тому числі: 109 сторінок основного тексту, 57 рисунків, список літературних джерел з 129 найменувань та 5 додатків.

 

 

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано мету та задачі досліджень. Викладено основні наукові й практичні результати, отримані в роботі, а також основні положення, що виносяться на захист.

У першому розділі сформульовано основні вимоги, що пред'являються до стабілізуючих ІППН, проведено їхній короткий аналіз і виділені ті з них, що мають основне значення для досліджених у дисертаційній роботі перетворювачів.

Проведено порівняльний аналіз способів управління стабілізуючими перетворювачами. Показано, що одним з перспективних напрямків розвитку перетворювальної техніки та підвищення ефективності її використання є удосконалювання способів і алгоритмів управління, заснованих на принципі змінності структури. На підставі проведеного огляду зроблено висновок про те, що з існуючих способів управління переважним є слідкуючий релейний асинхронний принцип управління із контролем змінних стану силової частини схеми, який найбільш повно відповідає вимогам щодо можливості забезпечення високих динамічних характеристик.

Розглянуто основні критерії і методи оптимізації режимів роботи перетворювачів, що забезпечують високу якість вихідної напруги в динамічних режимах. Показано, що для оптимізації динамічних режимів перетворювачів доцільно застосовувати комплексний критерій мінімуму часу перехідного процесу з обмеженням управління і припустимих відхилень.

Існуючі методики синтезу систем управління за даним критерієм задовільно ефективні лише при низькому (не більш другого) порядку об'єкта регулювання (силової частини перетворювача), зі збільшенням же порядку силової частини ці методики надзвичайно ускладнюються.

Серед відомих методик синтезу регуляторів слідкуючих перетворювачів найбільш розповсюдженими є також ітераційні методики з апріорним завданням закону управління (час-імпульсного перетворення). Зазначені методики практично незастосовні для об'єктів регулювання високого порядку в зв'язку з неоднозначністю напрямків пошуку при параметричній оптимізації регуляторів.

Внаслідок аналізу вимог до ІППН як замкнутої системи автоматичного регулювання обрана методика синтезу системи управління. Показано, що для синтезу алгоритмів управління, що забезпечують оптимальні динамічні характеристики перетворювача за обраним критерієм якості, найбільше доцільно застосовувати дискретний метод динамічного програмування Беллмана.

Другий розділ присвячений аналізу асинхронних релейних систем управління перетворювачами зі змінною структурою і можливості використання в них ковзних режимів.

Високі динамічні показники систем зі змінною структурою вдається одержати на основі наступного підходу. Передбачається, що система складається з декількох безупинних підсистем чи структур, причому кожна з них може виявитися неприйнятною з погляду якості процесу управління. У моменти зміни структури праві частини диференціальних рівнянь, що описують рух системи, зазнають розривів на деяких поверхнях у просторі координат системи. Задача синтезу в