Оптимизация контура тока в simulink

Расчёт параметров регуляторов тока при идеальном источнике тока

Расчётная схема контура тока показана на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 — Структурная схема контура тока Контур содержит идеальный инвертор с передаточной функцией:

где K_I = U_фт/U_ymax = (220·)/10 = 31,11 — коэффициент усиления инвертора;

U_s=U_ф — модуль пространственного вектора фазного напряжения статора;

U_ymax =10 В — максимальное напряжение управления инвертором; T_I = 0,5(1/f_i) = 0,0002 c — постоянная времени инвертора;

f_i = 2500 Гц — несущая частота (коммутации) инвертора.

(3.1).

Нагрузка инвертора представлена эквивалентным сопротивлением статорной обмотки R=5,503 Ом и эквивалентной постоянной времени T_s' = 0,0123 c.

Придаточная функция нагрузки (цепи обмотки статора):

(3.2).

Придаточная функция фильтра Filtr1:

(3.3).

где Т_f1 = 0,2 с — постоянная времени фильтра, которая соответствует периоду опроса данных о реальном тока 40 мкс.

Коэффициент обратной связи по току был вычислен и равен:

(3.4).

Расчет параметров регулятора тока произведем по модульному оптимуму. Все необходимые условия выполнены.

При одной большой постоянной времени рекомендуется применение пропорционально-интегрального регулятора с передаточной функцией вида:

(3.5).

где.

T_s' = T_из=0,0123 с — большая постоянная времени, равная времени изодрома Т_из; с эквивалентная малая пистонная времени контура тока; а_к = 2 — коэффициент оптимизации.

Таким образом, рассчитав все параметры контура тока (3.1−3.5), разработаем модель в Simulink и представим ее на рис 3.2.

Рисунок 3.2 — Схема модели контура тока Модель реализована на элементах библиотеки Simulink, за исключением регулятора тока Current PI Controller, схема модели которого показана на рис. 4.3.

Рисунок 3.3 — Схема модели ПИ — регулятора.

В блок Proportional в место параметра P заноситься коэффициент усиления регулятора, в блок Gain в место параметра I подставляем время изодрома, коэффициент интегратора I= вычисляется при инициализации регулятора.

Используемые параметры введены заведомо большого значения, чтобы исключить насыщения и обеспечить работу регулятора в линейном режиме.

Блок Current задает ток преобразователя (инвертора). Ток задаётся в виде напряжения. Для установленных параметров в задающему напряжению в ±10 В соответствует ток статора по осям ±15,13 А =10,7.

Проведем исследование спроектированного контура в линейном режиме без ограничения выходных напряжений регулятора рис. 3.4.

Рисунок 3.4 — Оптимизированный переходной процесс в контуре тока С целью упрощения процедуры обработки полученных результатов моделирования можно представить переходной процесс в машинных единицах (вольтах). Тогда схема эксперимента принимает вид 3.5.

Рисунок 3.5 — Видоизмененная схема исследования контура тока Результаты моделирования в машинных единицах (В) представлены на рис. 3.6.

Рисунок 3.6 — Переходной процесс в контуре тока (В) Имеющиеся в Simulink инструменты обработки диаграмм позволяют с наименьшими затратами времени и с большой наглядностью получить нужные результаты. Например, по диаграмме на рис. 3.6 после использования инструмента определения координаты нужной точки, располагаемой на расчетной кривой, следует, что перерегулирование составляет 4,4% при теоретическом значении 4,3 [6]. Строго говоря, на этот результат влияет фильтр. Этот результат свидетельствует о том что расчет параметров регулятора произведен правильно. Какие-то детальные исследования соответствия полученных результатов не имеют смысла. Необходимые данные, если они требуются для дальнейшего проектирования, можно взять из таблиц приведенных в [6].