Автоматическое управление техническими системами. Система «Управляемый преобразователь – машина постоянного тока» как объект управления. Автоматическое регулирование координат электропривода. Частотно токовое управление АД, страница 46

Анализируя электромагнитные процессы в АД, свяжем вращающуюся систему координат (раздел 10) с вектором потокосцепления ротора двигателя таким образом, чтобы . Полученную систему называют полеориентированной и обозначают (как уже говорилось в разделе 10) как (d ; q). Здесь d – продольная, а q – поперечная ось магнитного поля ротора. При использовании системы (d ; q) скорость вращающейся системы координат равна мгновенной скорости вектора потокосцепления ротора:  и система управнений, описывающая работу АД в скалярной форме записи примет вид:

                         (13.7)

здесь Lm – главная индуктивность в классической схеме замещения АД;

  - эквивалентная индуктивность рассеяния.

- координатные преобразования из осей  в оси . Величину  назовем частотой скольжения. Модуль вектора потокосцепления ротора будем называть просто потокосцеплением ротора .

Так как в системе координат, вращающейся синхронно с магнитным полем машины, все электромагнитные переменные в установившемся режиме постоянны, модель статики легко получить, приравняв нулю производные первых трех уравнений и интегрируя предпоследнее:

                                                    (13.8)

Векторная диаграмма АД, соответствующая системе уравнений (13.8), приведена на рис13.4.

Рис. 13.15

D – оператор поворота на 90⁰

Анализируя последнюю систему уравнений, делаем вывод, что продольная составляющая вектора токов статора определяет магнитное состояние машины, характеризующееся величиной , а поперечный ток , умножаясь на текущее значение потокосцепления, создает электромагнитный момент АД. На основе этого заключения формируется так называемый принцип ориентирования по полю или принцип векторного управления АД (Field Oriented Control - FOC):

1.  Законы управления частотно – регулируемым приводом, построенным на базе АД, могут быть синтезированы на методической основе известной из теории ЭП постоянного тока с независимым возбуждением, если управляющие воздействия на регулируемый источник тока  или напряжения формировать во вращающейся системе координат, ориентированной по вектору потокосцепления ротора, а затем преобразовать их в не подвижную (фазную) систему. При этом АД должен рассматриваться как двухканальный объект управления.

2.  Воздействие на поперечную составляющую вектора токов статора АД должно использоваться для управления электромагнитным моментом в канале регулирования координат механического движения электропривода, подобно току якоря в ЭП постоянного тока.

3.  Воздействие на продольную составляющую тока статора должно использоваться для управления магнитным  состоянием  (магнитным потоком) машины с целью обеспечения рациональных режимов электромеханического преобразования энергии, подобно току возбуждения двигателя постоянного тока.

Косвенное ориентирование по полю (Indirect FOC, Feed forward FOC) производится без обработки информации о мгновенных токах и напряжениях двигателя путем вычисления оценки фазы вектора потокосцеплений ротора.

Прямое или косвенное измерение распределения индукции магнитного поля в воздушном зазоре двигателя с помощью датчиков Холла или дополнительных статорных обмоток связано с усложнением конструкции и изменением технологии производства АД, его удорожанием и снижением надежности электропривода  в целом. Поэтому непосредственное ориентирование по полю требует вычисления (наблюдения) оценок мгновенных значений компонент вектора потокосцеплений в неподвижной системе координат по информации о доступных прямым измерениям переменных-токах, напряжениях, скорости вращения ротора, для чего используется стабилизированная модель цепи статора.

Косвенное ориентирование по полю всегда подразумевает вычисление частоты скольжения по модели цепи ротора двигателя и поэтому чрезвычайно чувствительно к ошибкам информации о текущем значении постоянной времени обмотки ротора.

13.3.Функциональная схема системы управления АД при ЧТУ (на примере преобразователя «ИРБИ»)

По закону ЧТУ вся система управления функционально разбивается на два независимых контура управления: контур управления моментом АД (у которого внешним является контур регулирования скорости) и контур управления потоком АД.