Linearization of a Control System of Salient-Pole Synchronous Machine With Permanent Magnets in the Regulation of the Energy Characteristics

Abstract

Аннотация: Актуальность работы обусловлена желанием улучшить эффективность электромеханического преобразования энергии в электроприводе переменного тока. Известное решение формирования электромагнитного момента синхронной машины с постоянными магнитами током по поперечной оси характеризуется существенным ростом реактивной мощности при увеличении нагрузки и скорости, что определяет рост потерь в стали, ограничивает максимальную скорость и не обеспечивает минимум тепловых потерь в явнополюсной машине. Регулирование энергетических свойств электропривода вносит нелинейность в структуру управления, ухудшая его динамические свойства, не позволяя адекватно парировать возмущение по нагрузке, что негативно влияет на точность регулирования, снижая производительность технологических процессов. Целью работы является линеаризация системы управления, обеспечивающего наряду с формированием электромагнитного момента регулирование энергетических свойств явнополюсной синхронной машины с постоянными магнитами. Метод. Для формирования управления применен метод обратной модели с линеаризацией по выходу. При синтезе многомерного управления использованы элементы математического аппарата алгебры Ли, где в качестве понятия векторного поля рассматривается фазовое пространство электрической машины. Результаты. Электрическая машина представлена в виде нелинейного многомерного объекта, в котором выходными величинами являются электромагнитный момент и показатель, характеризующий энергетические свойства электропривода. Выполнена линеаризация системы управления явнополюсной синхронной машины. На основании методологии комплексного подхода к синтезу многомерного управления обеспечен апериодический характер формирования электромагнитного момента при одновременном регулировании энергетических свойств электропривода. Решения для управляющих воздействий и выходных величин получены в аналитическом виде. Выводы. Предлагаемое управление может быть использовано как в прецизионном электроприводе металлообрабатывающего и горного производства, так и в электроприводе транспорта с автономным источником питания, где в условиях ограничения напряжения и тока важно передать исполнительному механизму большую мощность и обеспечить большую скорость за счет регулирования реактивной мощности.