Таким образом, в результате проведенных исследований и выполненной работы были сделаны выводы о недопустимости применения линейной модели 4-квадрантного привода постоянного тока для синтеза системы управления в связи со значительным расхождением заданных динамических параметров и полученных в процессе моделирования. Также был предложены структура нечеткой системы управления, методы построения базы логических правил нечеткого регулятора и разработаны рекомендации оценки работоспособности систем управления с регуляторами данного типа.

Использование аналитических методов исследования характеристик ППЭП ПТ требует достаточно больших затрат времени. Современные средства имитационного моделирования, такие как пакеты прикладных программ (ППП) MatLab-Simulink, Multisim, ANSYS, позволяют решать задачи подобного класса значительно быстрее.

В настоящей работе рассматривается порядок проведения имитационных экспериментов в ППП MatLab 7.01 – Simulink 6.1 генераторных режимов работы электроприводов постоянного тока на примере двигателей независимого возбуждения серии 4ПФ в диапазоне мощности от 5,5 до 68 кВт. В качестве силового преобразователя используется в первом случае трехфазный полностью управляемый тиристорный преобразователь, а во втором случае – импульсный преобразователь повышенной частоты на силовых гибридных транзисторах (IGBT).

На рисунке 1,а представлена обобщенная структурная схема ППЭП ПТ с тиристорным преобразователем ТП, позволяющим обеспечивать работу привода как в двигательном, так и в генераторных режимах.

Здесь особенностью источника соизмеримой мощности (ИСМ) является наличие внутреннего сопротивления, величина которого соизмерима с эквивалентным сопротивлением нагрузки.

На рисунке 1,б изображена структурная схема ППЭП ПТ с широтно-импульсным преобразователем ШИП в режиме динамического торможения, которая характеризуется наличием блока ограничения напряжения БОН [1].

Каждая из представленных схем как объектов исследования представляет собой совокупность преобразователя, характеризующегося дискретностью действия, и электромеханической системы, процессы в которой носят непрерывный характер [2].

Задача исследования статических характеристик ППЭП ПТ – механических, электромеханических, регулировочных, а также динамических – переходной характеристики и логарифмических (ЛАЧХ и ЛФЧХ) для схем, изображенных на рисунках 1,а и 1,б, обусловлена как необходимостью синтеза систем автоматического регулирования, так и проектирования устройств защиты и ограничения предельных параметров электропривода.

Использование ЛАЧХ и ЛФЧХ при исследовании электропривода позволяет линеаризовать компоненту его неизменной части «канал управления – электромагнитный момент, скорость (ток якоря)». Однако возможности набора инструментов ППП MatLab-Simulink ограничены при работе с дискретными моделями [3]. В связи с этим получение ЛАЧХ и ЛФЧХ моделей электропривода, содержащих ТП и ШИП, по каналу управления представляет достаточно большую сложность.

Важнейшим этапом в подготовке имитационного эксперимента является выбор численного метода решения и его оптимальных параметров, а также установка начальных условий в соответствии с поставленной задачей.

Исследование статических характеристик реализуется путем регистрации выходного параметра в функции аргумента, линейно изменяемого от 0 до максимального значения на протяжении установленного времени моделирования с последующим анализом полученных результатов.

В этих условиях предлагается следующая методика проведения имитационного эксперимента с автоматизированным определением статических характеристик электропривода в ППП MatLab-Simulink.

1. Выбор метода интегрирования. Для нелинейных динамических звеньев типа «силовой полупроводниковый преобразователь» рекомендуется использование метода ode23tb – одношаговый явный метод Рунге-Кутта 2-го и 3-го порядка [4].

2. Выбор шага интегрирования. С целью минимизации времени проведения эксперимента целесообразно применение метода интегрирования с переменным шагом. Опыт проведения имитационных экспериментов с силовыми полупроводниковыми элементами позволяет рекомендовать ограничение только максимального значения шага интегрирования, в этом случае минимальный шаг интегрирования задается автоматическим.

Значение максимального шага интегрирования выбирается из следующих условий:

- шаг не должен превышать 0,1 минимальной постоянной времени исследуемой системы;

- для случая с ТП величина шага не должна превышать некоторого значения, определяемого из соотношений диапазона регулирования, частоты промышленной сети напряжения, режима работы и схемы силовой части электропривода;

- для случая с ШИП величина шага не должна превышать значения, определяемого из соотношений диапазона регулирования и частоты коммутации импульсного преобразователя.

В таблице приведены рекомендуемые значения максимального шага интегрирования для имитационного моделирования ППЭП ПТ машин и механизмов, рассмотренных в [5].

3. Обоснование допустимой погрешности измерения. Выбор абсолютной погрешности зависит от ожидаемых максимальных значений сигналов. Рекомендуемое соотношение составляет 0,01-0,001 максимального значения сигнала тока и напряжения в схеме [3].

4. Задание периода моделирования. Период моделирования задается начальным и конечным значениями времени протекания исследуемого процесса.

При снятии статических характеристик моделей, содержащих, в том числе типовые динамические звенья, интенсивность изменения задающего линейно изменяемого воздействия определяется необходимостью минимизировать влияние динамических процессов, протекающих в электромеханической части двигателя, на статические характеристики ППЭП ПТ.

На рисунке 2 представлена обобщенная функциональная схема имитационной модели ППЭП ПТ, предназначенная для исследования статических характеристик.

1 – формирователь задающего линейно изменяемого управляющего воздействия;

2 – ОИ – объект исследования, НУ – начальные
условия, ВВ – возмущающее воздействие;

3 – регистрирующий измерительный комплекс

Рисунок 2 – Обобщенная функциональная схема
имитационной модели ППЭП ПТ для исследования статических характеристик