Математическое описание функций управления двухфазным вентильным двигателем с двухсекционной фазной обмоткой
Ключевые слова:
электропривод, импульсное управление, двухфазный вентильный двигатель, схемы соединения секций, математическое описание управляющих функций
Аннотация
Представлено математическое описание цифрового устройства управления современного электропривода на основе двухфазного вентильного двигателя с двухсекционными фазными обмотками. Для всех возможных схем соединения секций обмоток и основных способов их задействования с учётом использования четырёхстоечного или четырёхключевого усилителя мощности определены циклические последовательности управляющих сигналов и их аналитические выражения, учитывающие вращение ротора двигателя в разные стороны. Получены компактные варианты их представления в виде полинома Жегалкина либо в виде дизъюнктивной формы. Определены аналитические зависимости цифровых сигналов о положении ротора, получаемых с датчиков Холла, и выявлена их связь с базовыми векторами и числом пар полюсов магнита ротора. Сформированы комбинированные способы задействования секций фаз, обеспечивающие равномерность распределения базовых векторов по окружности вращения и минимальные различия их амплитуд. Полученные математические выражения могут быть использованы при проектировании цифрового электропривода и реализации быстродействующих алгоритмов на основе программируемых логических интегральных схем и систем на кристалле.
Литература
1. Кривилёв А.В. Автоматизация формирования характеристик в задачах импульсного управления системой «усилитель мощности – исполнительный двигатель». I. Механические характеристики. – Известия РАН. Теория и системы управления, 2013, № 2, c. 92–104.
2. Кривилёв А.В. Автоматизация формирования характеристик в задачах импульсного управления системой «усилитель мощности – исполнительный двигатель». II. Энергетические характеристики. – Известия РАН. Теория и системы управления, 2013, № 3, c. 133–142.
3. Гридин В.М. Бесконтактные двигатели постоянного тока с дискретным управлением и модуляцией тока по положению ротора. – Электричество, 2021, № 3, с. 60–64.
4. Кривилёв А.В., Дунич Е.А. Управление двухфазным вентильным двигателем с двухсекционной фазной обмоткой. I. Формирование и аналитическое описание базовых векторов – Электричество, 2021, № 10, с. 31–39.
5. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов. Л.: ЛДНТП, 1987, 28 с.
6. Arm®-based microcontrollers (MCUs) – Products. Texas Instruments [Электрон. ресурс], URL: https://www.ti.com/microcontrollers-mcus-processors/microcontrollers/arm-based-microcontrollers/products.html#p887=ARM%20Cortex-M4F (дата обращения 10.05.2021).
7. Z16FMC Series of Motor Control MCUs [Электрон. ресурс], URL: https://www.zilog.com/index.php?option=com_product&task=product&businessLine=152&id=153&parent_id=153&Itemid=105 (дата обращения 10.05.2021).
8. Motor Control ICs [Электрон. ресурс], URL: https://www.infineon.com/cms/en/product/power/motor-control-ics/ (дата обращения 14.05.2021).
9. Микроконтроллеры 32 бит – АО «НИИЭТ» [Электрон. ресурс], URL: https://niiet.ru/product-category/civil/civil-microcont-32-bit/ (дата обращения 14.05.2021).
10. Микроконтроллеры и процессоры. Сайт АО «ПКК Миландр» [Электрон. ресурс], URL: https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/32_razryadnye_mikrokontrollery/ (дата обращения 14.05.2021).
11. Rodriguez-Andina J.J., et al. FPGA: Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Indus-trial Electronics. CRC Press, 2017, 250 p., DOI:10.1201/9781315162133.
12. Intel FPGA [Электрон. ресурс], URL: https://www.intel.ru/content/www/ru/ru/products/programmable.html (дата обращения 14.05.2021).
13. АО «ВЗПП-С» [Электрон. ресурс], URL: https://vzpp-s.ru (дата обращения 14.05.2021).
14. Кривилев А.В. Автоматизированный синтез управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем. – Известия РАН. Теория и системы управ-ления, 2010, № 2, с. 153–163.
15. Кривилев А.В. Методы импульсного управления электрическими двигателями современных приводных систем. – Мехатроника, автоматизация, управление, 2013, № 4, c. 44–49.
16. Гагарин С.А. Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления ис-полнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем: дис. ... канд. техн. наук, 2012, 200 с.
17. Кацман М.М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации. М.: Из-дательский центр "Академия", 2006, 368 с.
18. Пат. RU 2075820 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
19. Пат. RU 2076447 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
20. Пат. RU 2075821 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
#
1. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2013, No. 2, pp. 92–104.
2. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2013, No. 3, pp. 133–142.
3. Gridin V.М. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 60–64.
4. Krivilyov A.V., Dunich E.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 10, pp. 31–39.
5. Belen'kiy Yu.M., Zelenkov G.S., Mikerov A.G. Opyt razrabotki i primeneniya beskontaktnyh momentnyh privodov (Brushless torque drive development experience). L.: LDNTP, 1987, 28 p.
6. Arm®-based microcontrollers (MCUs) – Products. Texas Instruments [Electron. Resource], URL: https://www.ti.com/microcontrollers-mcus-processors/microcontrollers/arm-based-microcontrollers/products.html#p887=ARM%20Cortex-M4F (Date of appeal 10.05.2021).
7. Z16FMC Series of Motor Control MCUs [Electron. Resource], URL: https://www.zilog.com/index.php?option=com_product&task=product&businessLine=152&id=153&parent_id=153&Itemid=105 (Date of appeal 10.05.2021).
8. Motor Control ICs [Electron. Resource], URL: https://www.infineon.com/cms/en/product/power/motor-control-ics/ (Date of appeal 14.05.2021).
9. Mikrokontrollery 32 bit (32 Bit Microcontrollers). АО «НИИЭТ» [Electron. Resource], URL: https://niiet.ru/product-category/civil/civil-microcont-32-bit/ (Date of appeal 14.05.2021).
10. Mikrokontrollery i protsessory (Microcontrollers and processors). Website of JSC "PKK Milander" [Electron. Resource], URL: https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/32_razryadnye_mikrokontrollery/ (Date of appeal 14.05.2021).
11. Rodriguez-Andina J.J., et al. FPGA: Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Industrial Electronics. CRC Press, 2017, 250 p., DOI:10.1201/9781315162133.
12. Intel FPGA [Electron. Resource], URL: https://www.intel.ru/content/www/ru/ru/products/programmable.html (Date of appeal 14.05.2021).
13. JSC "VZPP-S" [Electron. Resource], URL: https://vzpp-s.ru (Date of appeal 14.05.2021).
14. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2010, No. 2, pp. 153–163.
15. Krivilev A.V. Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie – in Russ. (Mechatronics, Automation, Control), 2013, No. 4, pp. 44–49.
16. Gagarin S.А. Avtomatizirovannyy sintez tsifrovyh algoritmov impul'snogo upravleniya ispolnitel'nym mekhanizmom privoda s tryohfaznym ventil'nym dvigatelem: dis. ... kand. tekhn. nauk (Authomated Synthesis of Impulse Control Digital Algorithms for Servomechanism of Drive with brushless DC Motor: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)), 2012, 200 p.
17. Katsman М.М. Elektricheskie mashiny pribornyh ustroystv i sredstv avtomatizatsii (Electric Machines of Instrument Devices and Automatic Tools). М.: Izdatel'skiy tsentr "Akademiya", 2006, 368 p.
18. Pat. RU 2075820 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
19. Pat. RU 2076447 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
20. Pat. RU 2075821 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
2. Кривилёв А.В. Автоматизация формирования характеристик в задачах импульсного управления системой «усилитель мощности – исполнительный двигатель». II. Энергетические характеристики. – Известия РАН. Теория и системы управления, 2013, № 3, c. 133–142.
3. Гридин В.М. Бесконтактные двигатели постоянного тока с дискретным управлением и модуляцией тока по положению ротора. – Электричество, 2021, № 3, с. 60–64.
4. Кривилёв А.В., Дунич Е.А. Управление двухфазным вентильным двигателем с двухсекционной фазной обмоткой. I. Формирование и аналитическое описание базовых векторов – Электричество, 2021, № 10, с. 31–39.
5. Беленький Ю.М., Зеленков Г.С., Микеров А.Г. Опыт разработки и применения бесконтактных моментных приводов. Л.: ЛДНТП, 1987, 28 с.
6. Arm®-based microcontrollers (MCUs) – Products. Texas Instruments [Электрон. ресурс], URL: https://www.ti.com/microcontrollers-mcus-processors/microcontrollers/arm-based-microcontrollers/products.html#p887=ARM%20Cortex-M4F (дата обращения 10.05.2021).
7. Z16FMC Series of Motor Control MCUs [Электрон. ресурс], URL: https://www.zilog.com/index.php?option=com_product&task=product&businessLine=152&id=153&parent_id=153&Itemid=105 (дата обращения 10.05.2021).
8. Motor Control ICs [Электрон. ресурс], URL: https://www.infineon.com/cms/en/product/power/motor-control-ics/ (дата обращения 14.05.2021).
9. Микроконтроллеры 32 бит – АО «НИИЭТ» [Электрон. ресурс], URL: https://niiet.ru/product-category/civil/civil-microcont-32-bit/ (дата обращения 14.05.2021).
10. Микроконтроллеры и процессоры. Сайт АО «ПКК Миландр» [Электрон. ресурс], URL: https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/32_razryadnye_mikrokontrollery/ (дата обращения 14.05.2021).
11. Rodriguez-Andina J.J., et al. FPGA: Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Indus-trial Electronics. CRC Press, 2017, 250 p., DOI:10.1201/9781315162133.
12. Intel FPGA [Электрон. ресурс], URL: https://www.intel.ru/content/www/ru/ru/products/programmable.html (дата обращения 14.05.2021).
13. АО «ВЗПП-С» [Электрон. ресурс], URL: https://vzpp-s.ru (дата обращения 14.05.2021).
14. Кривилев А.В. Автоматизированный синтез управляющих булевых функций мехатронного модуля привода с трёхфазным вентильным двигателем. – Известия РАН. Теория и системы управ-ления, 2010, № 2, с. 153–163.
15. Кривилев А.В. Методы импульсного управления электрическими двигателями современных приводных систем. – Мехатроника, автоматизация, управление, 2013, № 4, c. 44–49.
16. Гагарин С.А. Автоматизированный синтез цифровых алгоритмов импульсного управления ис-полнительным механизмом привода с трёхфазным вентильным двигателем: дис. ... канд. техн. наук, 2012, 200 с.
17. Кацман М.М. Электрические машины приборных устройств и средств автоматизации. М.: Из-дательский центр "Академия", 2006, 368 с.
18. Пат. RU 2075820 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
19. Пат. RU 2076447 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
20. Пат. RU 2075821 C1. Бесконтактный двигатель постоянного тока / Д.А. Ицков, 1997.
#
1. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2013, No. 2, pp. 92–104.
2. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2013, No. 3, pp. 133–142.
3. Gridin V.М. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 3, pp. 60–64.
4. Krivilyov A.V., Dunich E.A. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2021, No. 10, pp. 31–39.
5. Belen'kiy Yu.M., Zelenkov G.S., Mikerov A.G. Opyt razrabotki i primeneniya beskontaktnyh momentnyh privodov (Brushless torque drive development experience). L.: LDNTP, 1987, 28 p.
6. Arm®-based microcontrollers (MCUs) – Products. Texas Instruments [Electron. Resource], URL: https://www.ti.com/microcontrollers-mcus-processors/microcontrollers/arm-based-microcontrollers/products.html#p887=ARM%20Cortex-M4F (Date of appeal 10.05.2021).
7. Z16FMC Series of Motor Control MCUs [Electron. Resource], URL: https://www.zilog.com/index.php?option=com_product&task=product&businessLine=152&id=153&parent_id=153&Itemid=105 (Date of appeal 10.05.2021).
8. Motor Control ICs [Electron. Resource], URL: https://www.infineon.com/cms/en/product/power/motor-control-ics/ (Date of appeal 14.05.2021).
9. Mikrokontrollery 32 bit (32 Bit Microcontrollers). АО «НИИЭТ» [Electron. Resource], URL: https://niiet.ru/product-category/civil/civil-microcont-32-bit/ (Date of appeal 14.05.2021).
10. Mikrokontrollery i protsessory (Microcontrollers and processors). Website of JSC "PKK Milander" [Electron. Resource], URL: https://ic.milandr.ru/products/mikrokontrollery_i_protsessory/32_razryadnye_mikrokontrollery/ (Date of appeal 14.05.2021).
11. Rodriguez-Andina J.J., et al. FPGA: Fundamentals, Advanced Features, and Applications in Industrial Electronics. CRC Press, 2017, 250 p., DOI:10.1201/9781315162133.
12. Intel FPGA [Electron. Resource], URL: https://www.intel.ru/content/www/ru/ru/products/programmable.html (Date of appeal 14.05.2021).
13. JSC "VZPP-S" [Electron. Resource], URL: https://vzpp-s.ru (Date of appeal 14.05.2021).
14. Krivilev A.V. Izvestiya RAN. Teoriya i sistemy upravleniya – in Russ. (Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Control Systems and Theory), 2010, No. 2, pp. 153–163.
15. Krivilev A.V. Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie – in Russ. (Mechatronics, Automation, Control), 2013, No. 4, pp. 44–49.
16. Gagarin S.А. Avtomatizirovannyy sintez tsifrovyh algoritmov impul'snogo upravleniya ispolnitel'nym mekhanizmom privoda s tryohfaznym ventil'nym dvigatelem: dis. ... kand. tekhn. nauk (Authomated Synthesis of Impulse Control Digital Algorithms for Servomechanism of Drive with brushless DC Motor: Dis. … Cand. Sci. (Eng.)), 2012, 200 p.
17. Katsman М.М. Elektricheskie mashiny pribornyh ustroystv i sredstv avtomatizatsii (Electric Machines of Instrument Devices and Automatic Tools). М.: Izdatel'skiy tsentr "Akademiya", 2006, 368 p.
18. Pat. RU 2075820 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
19. Pat. RU 2076447 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
20. Pat. RU 2075821 C1. Beskontaktnyy dvigatel' postoyannogo toka (Brushless DC Motor) / D.А. Itskov, 1997.
