Стабілізуючі імпульсні перетворювачі постійної напруги зі змінною структурою та слідкуючим управлінням

Обґрунтована доцільність подальшого розвитку теорії перетворювачів зі змінною структурою, з застосуванням ковзних режимів роботи.

Проведено аналіз способів управління силовими ключами перетворювачей. Показано, що для забезпечення високих динамічних характеристик найбільш доцільно застосовувати асинхронний слідкуючий спосіб управління з контролем змінних стану силової частини схеми.

Доведена ефективність застосовування дискретного метода динамічного програмування для оптимізації динамічних режимів перетворювачів за комплексним критерієм мінімуму часу перехідного процесу з обмеженням управління і припустимих відхилень.

Показано, що використання системи управління перетворювачами, яка побудована за принципом підлеглого регулювання координат, з регуляторами струму дроселя і вихідної напруги, що працюють у ковзному режимі, дозволяє забезпечити високі динамічні властивості перетворювачей з обмеженням струму дроселя.

Визначено умови існування ковзних режимів регуляторів вихідної напруги та струму дроселя в підвищуючому та інвертуючому перетворювачах з фільтрами різних порядків, виконання яких дозволяє одержати лінеаризовані математичні моделі цього класу перетворювачів.

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

Розроблено методику визначення алгоритму оптимального за швидкодією управління стабілізуючими перетворювачами з урахуванням обмеження струму дроселя. Розроблено методику і проведено аналіз впливу коефіцієнтів зворотних зв'язків на динамічні властивості перетворювачів зазначеного класу. При порівнянні динамічних властивостей перетворювачів, які були отримані за допомогою лінеаризованих моделей з апроксимацією контуру регулювання струму і моделей без апроксимації встановлено, що значення коефіцієнтів зворотних зв'язків близькі до оптимальних.

На основі отриманих результатів розробленно приклади практичної реалізації стабілізуючих перетворювачів підвищуючого і инвертирующего типів з оптимальним за швидкодією управлінням та обмеженням струму дроселя. Вироблено практичні рекомендації з розробки і використання перетворювачів зі змінною структурою та слідкуючим управлінням.

Вірогідність та обґрунтованість наукових досліджень, висновки та рекомендації підтверджуються узгодженням теоретичних результатів з експериментальними даними, результатами математичного моделювання і раніш відомими з літературних джерел висновками.

 

 

Баранов А. Н., Кобец Д. В. Линеаризованная модель импульсного преобразователя постоянного напряжения повышающего типа//Техн. електродинаміка. – 2001. – №4. – С. 23-27.

Баранов А. Н., Кобец Д. В. Оптимальное управление импульсными преобразователями электроэнергии с ШИМ//Збірник наукових праць Східноукраїнського державного університету. Під. ред. В. А. Слащова. – Луганськ: Видання Східноукр. держ. ун-ту, 2000. – С. 66 – 68.

Баранов А. Н., Кобец Д. В. Скользящие режимы в преобразователях с переменной структурой//Труды Одесского политехнического университета: Научный и производственно-практический сборник по техническим и естественным наукам. -Одесса, 2001. -Вып. 3 (15). – С. 67-69.

Кобец Д. В. Оптимизация динамических режимов стабилизирующего импульсного преобразователя напряжения понижающего типа//Техн. електродинаміка. – 2002. – №2. – С. 24-29

Баранов А. Н., Кобец Д. В. Скользящие режимы в импульсных преобразователях постоянного напряжения //Матеріали Міжнародної конференції з управління «Автоматика-2001», 10-14 вересня 2001, Одеса, Україна: в 2-х т. – Одеса, 2001. – Т. 1. – С. 12-13.

Кобец Д. В. Оптимизация скользящих режимов в преобразователях с переменной структурой//Збірник наукових праць I Всеукраїнської науково-техн. конф. аспірантів і студентів “Автоматизація технологічних об'єктів і процесів. Пошук молодих. ” 15-16 травня 2001. – Донецьк, ДонГТУ, 2001. – С. 110-112.

 

Кобець Д. В. Стабілізуючі імпульсні перетворювачі постійної напруги зі змінною структурою та слідкуючим управлінням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05. 09. 12 – напівпровідникові перетворювачі електроенергії. – Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2002.

Дисертація присвячена розвитку теорії та практики перетворення параметрів електроенергії. У роботі представлені теоретичні дослідження і результати чисельних і фізичних експериментів в області перетворювальних пристроїв електроенергії, що характеризуються змінною структурою силової частини.

Визначено умови існування ковзних режимів регуляторів вихідної напруги і струму дроселя в підвищуючому та інвертуючому перетворювачах з фільтрами різних порядків. Отримано алгоритм оптимального за швидкодією управління імпульсними перетворювачами з урахуванням обмеження струму дроселя. Доведено ефективність застосування отриманого алгоритму в підвищуючому та інвертуючому перетворювачах.

Ключові слова: слідкуючий перетворювач, змінна структура, ковзний режим, оптимальне управління.

 

Кобец Д. В. Стабилизирующие импульсные преобразователи постоянного напряжения с переменной структурой и следящим управлением. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 09. 12 – полупроводниковые преобразователи электроэнергии. – Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2002.

Диссертация посвящена развитию теории и практики преобразования параметров электроэнергии. В работе представлены теоретические исследования и результаты численных и физических экспериментов в области преобразовательных устройств электроэнергии, которые характеризуются переменной структурой силовой части.

Показано, что одним из перспективных направлений развития преобразовательной техники и повышения эффективности ее использования является совершенствование способов и алгоритмов управления, основанных на принципе переменности структуры.

В системе управления преобразователями, построенной по принципу подчиненного регулирования координат, в качестве регуляторов тока дросселя и выходного напряжения, предложено использовать асинхронные релейные регуляторы, работающие в скользящем режиме.

Определены условия существования скользящих режимов регуляторов выходного напряжения и тока дросселя в повышающем и инвертирующем преобразователях с фильтрами различных порядков.

Показано, что если в системе подчиненного управления преобразователем с переменной структурой регулятор тока дросселя работает в скользящем режиме, то для упрощения синтеза регулятора выходного напряжения контур регулирования тока можно представить апериодическим звеном первого порядка.

Разработана методика определения алгоритма оптимального по быстродействию управления стабилизирующими преобразователями с учетом ограничения тока дросселя.

Указанная методика разделена на два этапа. На первом этапе преобразователь рассматривается как разомкнутая система, на вход которой подается кусочно-непрерывное входное воздействие, и решается задача определения моментов переключения этого воздействия. В состав разомкнутой системы входят контур регулирования тока дросселя, фильтр и нагрузка. Для определения моментов переключения, обеспечивающих оптимальные динамические характеристики преобразователя по критерию максимального быстродействия, применен дискретный метод динамического программирования.

На втором этапе, руководствуясь тем, что в регуляторе выходного напряжения создается скользящий режим, определяются коэффициенты обратных связей, которые обеспечивают необходимую поверхность переключений.

Разработана методика, и проведен анализ влияния коэффициентов обратных связей на динамические свойства преобразователей. При сравнении линеаризованных моделей с аппроксимацией контура регулирования тока и моделей без аппроксимации показано, что полученные коэффициенты близки к оптимальным. Проведен анализ влияния сопротивления нагрузки на динамические свойства преобразователей с переменной структурой и фильтрами различного порядка. В результате чего показано, что регулятор выходного напряжения обеспечивает статическую ошибку не превышающую единиц процентов, а при бросках нагрузки обеспечивает динамическую ошибку менее 10%.

Приведены примеры практической реализации стабилизирующих преобразователей повышающего и инвертирующего типов с оптимальным по быстродействию управлением и ограничением тока дросселя. Выработаны практические рекомендации по разработке и использованию преобразователей с переменной структурой и следящим управлением.

Ключевые слова: следящий преобразователь, переменная структура, скользящий режим, оптимальное управление.

 

Kobets D. W. Stabilising pulse converters of constant voltage with variable pattern and following control. – Тhe manuscript.

Thesis on competition of a scientific degree of the candidate of engineering science on a speciality 05. 09. 12 – semiconducting converters of the electric energy. – Institute of electrodynamics NAS of Ukraine, Kyiv, 2002.

The thesis is dedicated to development of the theory and practice of conversion of parameters of the electric energy. In activity the analytical investigations and outcomes of numerical and physical experiments are submitted in the field of converting devices of the electric energy, which one are characterised by variable pattern.

The conditions of existence of sliding modes of regulators of voltage output and current of the throttle in boosting and inverting converters with filters of the different orders are determined. The algorithm optimal on response of control of pulse converters is obtained in view of limitation of a current of the throttle. The operational effectiveness of the obtained algorithm in boosting and inverting converters is demonstrated.

Keywords: the following converter, variable structure sliding mode, optimum control.