ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

В статье рассматриваются особенности анализа и синтеза системы высокодинамичной компенсации «мертвого времени» (МВ) в контуре тока двигателей, запитанных от транзисторных широтно-импульсных преобразователей. В первой части работы приведен краткий анализ существующих технических решений, алгоритмы которых не предполагают изменений или дополнений в силовой части привода, а следовательно, реализуемы c исключительно программными средствами. Показано, что наиболее современными и перспективными можно считать методы адаптивной компенсации с применением, например, эталонных моделей объекта управления. В работе предложена беспоисковая адаптивная система компенсации «мертвого времени», обеспечивающая в контуре тока электродвигателя сигнальную самонастройку, причем компенсация МВ основана не на линеаризации или корректировке нелинейных эффектов и задержек широтно-импульсного преобразователя, а на парировании возмущающих воздействий и помех, обусловленных негативным влиянием «мертвого времени». Особое внимание при работе над статьей уделялось практической направленности предложенного решения, поэтому рассмотренный алгоритм базируется, исключительно, на основных, проверенных практикой, принципах теории управления. Данный подход позволяет обеспечить не только прозрачность теоретических рассуждений, изложенных в статье, но и сократить временные затраты на анализ и синтез контура тока, цель которых в конечном счете – оптимизация высокопрецизионных приводов. С отсутствием итерационных методов математики редуцируются ресурсы микропроцессорных блоков управления, что делает данный метод еще более привлекательным в низкобюджетных приводах, не претендующих на «эксклюзивность» интегральной схемотехники. Предложенный алгоритм был интегрирован в уже существующий контур тока асинхронного электропривода с векторным управлением, который доказал высокую эффективность статической и динамической компенсации не только МВ преобразователя, но и связанных с ним трудноанализируемых нелинейных эффектов. Адаптивная компенсация в сравнении с компенсацией МВ по принципу вольтдобавки позволила увеличить коэффициент полезного действия электрического привода на низких частотах вращения двигателя, а также уменьшить пульсации вращающего момента. Приведена осциллограмма фазного тока реального асинхронного электропривода с компенсацией МВ по принципу параметрической вольтдобавки как наиболее распространенной на практике, а также осциллограмма тока с адаптивным компенсационным воздействием по принципу, рассмотренному в данной статье.

1. Шрейнер Р.Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. – Екатеринбург: УРО РАН, 2000. – 654 с.
2. Искажение выходного напряжения широтно-импульсного преобразователя прецизионного электропривода / В.С. Томасов, С.Ю. Ловлин, С.А. Тушев, Н.А. Смирнов // Вестник ИГЭУ. – 2013. – № 1. – С. 84–87.
3. Методика настройки измерительных каналов электропривода переменного тока с высоким качеством регулирования переменных / А.Б. Виноградов, Н.Е. Гнездов, Н.А. Глебов, С.В. Журавлев // Труды Международной шестнадцатой научно-технической конференции «Электроприводы переменного тока», г. Екатеринбург, 05–09 октября 2015 г. – Екатеринбург: УрФУ, 2015. – С. 55–58.
4. Пересада С.М., Ковбаса С.Н., Дымко С.С. Исследование влияния мертвого времени в преобразователях частоты // Труды Международной научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные проблемы электроэнерготехники и автоматики». – Киев: Политехника, 2009. – С. 35–38.
5. Бураков М.В., Коновалов А.С. Модификация предиктора Смита для линейного объекта с переменными параметрами // Информационно-управляющие системы. – 2017. – № 4. – C. 25–34. – DOI: 10.15217/issn1684-8853.2017.4.25.
6. Schmirgel H., Krah J.O., Berger R. Delay time compensation in the current control loop of servo drives – higher bandwidth at no trade-off // PCIM Europe Proceedings. – Nürnberg, Germany, 2006. – P. 541–546.
7. Klarenbach C., Schmirgel H., Krah J.O. Design of fast and robust current controllers for servo drives based on space vector modulatio // PCIM Europe. – Nürnberg, Germany, 2011. – P. 182–188.
8. Predictive control for a permanent magnet synchronous motor using automatic tuning Smith-predictor with optimal parameter mismatch / Q. Zhang, A. Shen, Q. Tong, H. Qin // 2008 International Conference on Electrical Machines and Systems. – Wuhan, China, 2008. – P. 1520–1525.
9. Patent EP No. WO2011120689A1. Entkopplung der Regelgrössen in einem Fluidfördersystem mit Totzeit / J. Kiesbauer, D. Vnucec, J. Fuchs, U. Konigorski. – 2011.
10. Башарин А.В., Новиков В.А., Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. – Л.: Энергоиздат, 1982. – 382 с.
11. Борцов Ю.А., Поляхов Н.Д., Путов В.В. Электромеханические системы с адаптивным и модальным управлением. – Л.: Энергоатомиздат, 1984. – 216 с.
12. Лебедев А.В., Филаретов В.Ф. Самонастраивающаяся система с эталонной моделью для управления движением подводного аппарата // Автометрия. – 2015. – Т. 51, № 5. – С. 42–52.
13. Schroeder D. Elektrische Antriebe, regelung von antriebssystemen. – Berlin: Springer, 2009. – 1336 p. – DOI: 10.1007/978-3-540-89613-5.
14. Сю Д., Мейер А. Современная теория автоматического управления и ее применение / под ред. Ю.И. Топчеева. – М.: Машиностроение, 1972. – 544 с.
15. Patent Germany No. DE102012111696A1. Verfahren und Vorrichtung zur Totzeitkompensation / Lamsahel H., Zehringer Т., Sworowski Е. – 2014.