CC BY
140
Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 3. Системы управления. Т. 1. 2006. С. 25-33.
V.A. Zuykov
THE ANALYSIS OF DYNAMICS OF THE ADJUSTABLE GAS-DYNAMIC ACTUATION MECHANISM WITH THE REDUCED IMPULSE OF AFTER-EFFECT OF OPERATING FORCE
Questions of the analysis of dynamic characteristics regulated of the gas-dynamic actuation mechanism are considered.
Key words: the gas-dynamic actuation mechanisms, pressure regulators, dynamic characteristics.
Получено 03.10.11
УДК 681.51
А.Г. Ефромеев, асп., (4872) 33-25-08, age47@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТОДИКА ВЫБОРА ВЕНТИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ ДЛЯ ПОСТРОЕНИЯ ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРИВОДА
Рассмотрена математическая модель вентильного двигателя на базе синхронной машины с постоянными магнитами, сформированы критерии подобия физической модели привода с двигателем большой мощности, предложена методика выбора вентильного двигателя для построения физической модели привода.
Ключевые слова: электропривод, вентильный двигатель, физическое моделирование.
Одними из обязательных этапов проектирования приводов являются экспериментальная отработка законов управления исполнительным двигателем и исследование реальных характеристик разрабатываемого привода. Обычно для решения подобных задач создаются специализированные стенды, но если мощность привода достаточно высока, стенд может оказаться слишком дорогим и сложным в эксплуатации. В таких случаях целесообразной является разработка физической модели, которая позволяет проводить экспериментальное исследование характеристик проектируемого привода с силовыми системами меньшей мощности со специально подобранными параметрами.
Рассмотрим получение параметров физической модели вентильного двигателя, построенного на базе синхронной машины с постоянными магнитами на роторе. Обмотки якоря в таком двигателе располагаются неподвижно на статоре и подключаются к источнику постоянного тока по средствам полупроводникового инвертора - коммутатора. Силовые ключи коммутатора, коммутирующие обмотку, управляются по сигналу, посту-
пающему с датчика положения ротора (ДПР). Введение позиционной обратной связи превращает синхронную машину с инвертором в бесконтактный аналог машины постоянного тока.
Для определения критериев подобия необходимо построить математическую модель исследуемого вентильного двигателя.
Уравнения равновесия ЭДС на обмотках статора в неподвижной системе координат базируются на втором законе Кирхгофа:
и - Д і + •
иЛ ЛА 1А^ 5
аі
и„ — • іп +
ис ~ ДС ■ іс +
аі ’ аі ’
где
цгА = ЬА • іА + Ф0 • сов а • і; ¥в = ьб ■ ів +фо ■со§
Ус = Ьс ■ іс +Фо ■со§
' 2 Л
ю-і — п V 3 ,
2
(О-і + — ж
3 у
V
или в векторной форме
и - д І + аі
— Ь8 -г8 +Ф0,
где Ь$ - индуктивность статора; у£ - потокосцепление статора в неподвижной системе координат.
Электромагнитный момент
^ 3 3 і/ - - \ - 3 , 1
м = — ■ р • 2 V 5 х ^ = ^' Р' № ' ^ +ф 5 ^ = -■ р ■ 2 Ф о х ^
Уравнение равновесия на валу машины
а®
*т
аі
где 3- момент инерции на валу машины, учитывающий инерционность как самой машины, так и приведённой к валу инерционности рабочего механизма.
В результате получаем систему векторных уравнений
^8 ^8 ' І8 +
Ф 0 X І8
М = — ■ р ■ 2
Для вычисления векторного произведения
м=3 ■ ^ -|ф ох 4
спроецируем векторы Ф? и /? на оси х и у, как показано на рис. 1.
^ У > А
Ф
X
с; Ш і
Рис.1. Модель вентильной машины в неподвижной системе координат
Учитывая, что
І8 = ІА + ІВ + ІС =
Іх - ІАх + ІВх + ІСх - ІВ • С°8
V 3 у
■ 1С • С°8
V 3 у
І = І, + І„ + І„ = І. - І„ ■ 81И
_у А_у В_у Су А В
ґя'
1С • 81И
У
где ф - угол поворота ротора в эл. градусах; іа , ів и 1С - токи в соответствующих обмотках А, Ви С, вычислим векторное произведение через координаты векторов:
Ф0 X 18
Ф.. Ф,
І І
= Ф • 1 — Ф • 1
х у у х’
М = 3 ■ р -Ф0 ■ (С°Б(ф)- 1у - §1й(ф)- 1х ).
Система в проекциях на оси А, Ви С:
—І
иА = ЯА • іа + ЬА + Се - а- с°в(ю • і),
Жі
и в = &в ' 1в + ЬВ • —~В + Се - о- с°б(ю • і + — л), —і 3
^ ■ т —1С ^ / 2 .
ис = • іс + ЬС • —С + Се с°б(ю • і — л),
Жі 3
М = С
М
с°б (^)-^ 1А - 1В • вій ^
- Бій (^)-^ 1В • С°Б ^
Л
Л
Л Л
3 і ІС ЯйI 3 ,
у у
т
J-----= М - М .
Жі н
Для определения критериев подобия процессов в ВИД преобразуем полученную систему уравнений к виду (для одной фазы ВИД)
—1А 1 &А Се
—— = — иА------------— ■ іа----- -а • с°б(ю • і),
— Ь.
Ьл
Ьл
—1В 1 *В ■ С . 2 .
—В =— иВ---------------В ■ ів------ -а • с°б(ю • і + — л),
Жі Ь в Ь‘ в Ь'в 3
—1С 1 &С ■ С 2
—С = — иС--------------С • іс------ • а • с°б(ю • і — л),
Ь
‘С С
Г (
С°Б (ф)-
Ь
М = См •
V
л
- Бій (ф)
V
Л
1„ • С°Б \ — I- 1С • С°Б | —
Л
У У
da
3----= М - М .
dt н
Произведём замену переменных по зависимостям
t = 7§ • I, / = /§ • /,
где Т5, /5 - постоянные величины той же размерности, что и 1, 1, а I, /
безразмерные величины.
После замены переменных получим уравнения
ЗГ ЬА ■ 15
и
т
Зі Ьв ■15
5 и„• и -
и
З и
т
Зі Ьс ■ 15
м = см • 15-
5 и _ ^ *8 . і _ ис т С
се • т
иА • 15
се • т
и в ■ 15
се • т
и
с
Ю • 008(® • Тді ),
- 2
Ю • 008(® • Т5і + —ж),
- 2
' Ю • 008(® • Т5і - —ж),
008 (^)
- 8ІП (^)
Ою 1 м 5 -
—м —-•м„.
Ґ
Ґ -гг- Л
тт
іА - ів • 8ІП
V
V 3 У
- іс • 8ІП
Л
к
чЗуу
і„ • 008
чЗу
- іс • 008
у
Зі 3
3
Выделим все обобщённые параметры:
л Т л Тз Я . Се • 7§ 4 =—^-; а2 = -^-; Аз =——-; 1 ь ■ /5 2 ь 3 ь • /5
А4 = см '18'Т8 ; А5 = т^м&; Аб = т5.
М ^ 5
4 3 5 3
В силу произвольности базисных величин выберем их таким образом, чтобы как можно больше обобщённых параметров обратились в единицу:
15= Ь ;Г5= 1,
тогда
А, = 1; А2 = Я; А3 = Се; А4 = Сы^. а5 = 3; А6 = 1.
Таким образом, получаем критерии подобия
Я Сы Ы 5
а1=ь ’ а2 = Се; аз = 3Ыь; а4 =3 •
Масштабы моделирования переменных равны отношению значений базисных величин, которые они принимают в моделируемом объекте и в модели:
Ьь
т = —,
1 ь
где Ь - соответствующие параметры оригинала; Ь - модели.
Проведём моделирование 3 - фазного вентильного двигателя ДБ-120 в системе 81ши11пк. В соответствии с ранее полученной математической моделью составим БтиПпк-схему (рис.2) для такого привода.
Рис.2. ЗтиНнк-моделъ трёхфазной вентильноймашины
Предположим, что необходимо подобрать параметры физической модели двигателя таким образом, чтобы величина токов фаз в физической модели была в 2 раза ниже чем в оригинале, т. е.
т. = — = 2 г Ь '
Тогда в соответствии с критериями подобия
я:=2. се_=х.сы_=1; з=1. ык=1
я 9 се ’Сы ’3' 2' Ы'н 2'
Результаты расчета оригинала и модели в системе 81ши11пк представлены на рис. 3 и 4.
с г, с
а б
Рис.3. Переходный процесс по скорости для исходного двигателя (а)
и его физической модели (б)
г, с 1,с
а б
Рис.4. Переходный процесс по току в обмотках статора для исходного двигателя (а) и его физической модели (б)
Как видно из графиков, переходные процессы по току фазы в оригинале и в модели одинаковы по своему виду, но отличаются по амплитуде в 2 раза. Переходные процессы по скорости полностью совпадают.
Таким образом, полученные искомые критерии подобия физической модели вентильного двигателя позволяют выбрать двигатель, аналогичный исследуемому, но меньшей мощности.
Список литературы
1. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МЛТЬЛВ 6.0: учеб. пособие. СПб.: КОРОНА-принт, 2001. 320 с.
2. Ефромеев А.Г., Степаничев Д.И. Разработка методики выбора вентильно-индукторного двигателя для построения физической модели
привода большой мощности // Вестник ТулГУ. Сер. Системы управления. Вып.1. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 245 с.
A. G. Efromeev
THE AC CONVERTER-FED MOTOR SELECTION TECHNIQUE FOR PHYSICAL MODEL OF DRIVE
The ac converter-fed motor mathematical with permanent magnet model is considered, similarity criterions of ac converter-fed motor drive physical model is stated, ac converter-fed motor selection technique for physical model of electric drive is suggested.
Key words: electric drive, ac converter-fed motor, physical model.
Получено 03.10.11
УДК 629.7.062.2
A.M. Селиванов, канд. техн. наук, доц., (499) 252-05-17, nselivanova2000@mail.ru,
А.С. Алексеенков, асп., atovus@yandex.ru,
А.В. Найденов, асп., naydenov.alexey@gmail.com (Россия, Москва, МАИ)
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ
Предлагается новая схема автономного электрогидравлического привода для системы управления самолетом, отличающаяся использованием дроссельного или объемного/электромоторного управления скорости в зависимости от величины сигнала управления. Рассматриваются его схема и работа, а также достоинства и недостатки в сравнении с электрогидростатическим приводом.
Ключевые слова: привод, автономный, электрогидравлический, дроссельное, объемное, электромоторное, комбинированное, регулирование, скорость.
В современной авиации все больше проявляется интерес к созданию полностью электрифицированных самолетов, которые позволят снизить стоимость жизненного цикла воздушного судна, его массу и упростят его обслуживание. В таком самолете предполагается отказ от организации сложных и громоздких централизованных гидравлических систем, требующих повышенного внимания при эксплуатации. В связи с невозможностью полного отказа от гидроавтоматики, обладающей радом специфических положительных качеств для приводных систем самолета, наблюдается переход к автономным гидравлическим приводам (АГП), получающим энергию от централизованной электросистемы самолета и содержащим в своем составе насосную станцию. В случае высококачественного авиаци-
