Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Լարման ցածրացնող կերպափոխիչով էլեկտրաշարժիչի արագության ռոբաստ կառավարման համակարգի մշակում

Բեգոյան, Կառլեն Վարդգեսի (2016) Լարման ցածրացնող կերպափոխիչով էլեկտրաշարժիչի արագության ռոբաստ կառավարման համակարգի մշակում. PhD thesis, Հայաստանի ազգային պոլիտեխնիկական համալսարան .

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (3276Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (1218Kb) | Preview

      Abstract

      Ատենախոսությունը նվիրված է հաստատուն լարման ցածրացնող տեսակի իմպուլսային կերպափոխիչներով (ՀԼԿ) հաստատուն հոսանքի էլեկտրաշարժիչների արագության կարգավորման ռոբաստ համակարգերի նախագծման և հետազոտման մեթոդների մշակման հարցերին: Աշխատանքում ստացված են հետևյալ գիտական արդյունքները: Տրված է վիճակների տարածությունում իմպուլսային ցածրացնող ՀԼԿ-ի դինամիկայի ոչ գծային հավասարումների արտածումն անընդհատ և ընդհատ հոսանքների ռեժիմներում` ցածրահաճախական ֆիլտրի դրոսելի ակտիվ (պարազիտային) rc դիմադրության և կոնդենսատորի շղթայում համարժեք հաջորդական կամ լրացուցիչ մտցված ակտիվ rc դիմադրության հաշվառմամբ: Էլեկտրոնային բանալու կոմուտացման պարբերության ընթացքում վիճակների տարածությունում ՀԼԿ-ի դինամիկայի ոչ գծային հավասարումների միջինացման հիման վրա և աշխատանքային կետի շրջակայքում հետագա գծայնացմաբ տրված է ՀԼԿ-ի փոխանցման ֆունկցիաների արտածումն անընդհատ և ընդհատ հոսանքների ռեժիմների համար` սնման լարման և լցման D գործակցի լոկալ փոփոխությունների դեպքում: Ցույց է տրված, որ դրոսելի հոսանքի փոփոխման երկու ռեժիմներում էլ ցածրացնող ՀԼԿ-ն բնութագրվում է երկրորդ կարգի փոխանցման ֆունկցիայով: Ցույց է տրված, որ անընդհատ հոսանքի ռեժիմում ցածրահաճախական ֆիլտրի կոնդենսատորին հաջորդաբար ակտիվ rc դիմադրության մտցնումը հանգեցնում է միևնույն ձախակողմյան զրոյի առաջացմանը` ցածրացնող ԼԻԿ-ի փոխանցման ֆունկցիաներում ըստ սնման լարման և լոկալ լցման D գործակցի փոքր փոփությունների: Դա բերում է անընդհատ ռեժիմում աշխատող ՀԼԿ-ի ըստ փուլի կայունության պաշարի ավելացմանը և դրա դինամիկ բնութագրերի լավացմանը: rc=0 դեպքում նշված զրոները փոխանցման ֆունկցիաներում բացակայում են: Ցույց է տրված, որ ի տարբերություն անընդհատ հոսանքի ռեժիմի, ընդհատ հոսանքի ռեժիմում rc=0 դեպքում լցման D գործակցի նկատմամբ ՀԼԿ-ի փոխանցման ֆունկցիան ունի ձախակողմյան զրո, ինչը բերում է կայունության պաշարների ավելացմանը և ՀԼԿ-ի դինամիկ բնութագրերի լավացմանը: Եվս մեկ առանձնահատկություն կայանում է նրանում, որ կոնդենսատորի շղթայում ակտիվ rc≠0 դիմադրության առկայությամբ ՀԼԿ-ի երկու փոխանցման ֆունկցիաներն էլ ըստ մուտքային լարման և լցման D գործակցի ունեն տարբեր զրոներ: Բացի այդ, rc≠0 դեպքում ըստ D-ի փոխանցման ֆունկցիան պարունակում է հանրահաշվական անդամ, որով լցման գործակցի մուտքային թռիչքն անմիջապես փոխանցվում է ՀԼԿ-ի ելքին որոշակի գործակցով` համեմատական rc-ի մեծությանը: Առաջարկված է ցածրացնող ՀԼԿ-ով հաստատուն հոսանքի էլեկտրաշարժիչի արագության կառավարման համակարգի նախագծման մոտեցում, հիմնված անընդհատ և ընդհատ հոսանքների ռեժիմում ՀԼԿ-ի փոխանցման ֆունկցիաները մուլտիպլիկատիվ անորոշությամբ մեկ փոխանցման ֆունկցիայով ներկայացման վրա, որտեղ որպես անվանական ընդունված է ընդհատ հոսանքի ռեժիմում ՀԼԿ-ի փոխանցման ֆունկցիան: Դա հնարավորություն է ընձեռում նշված համակարգերը նախագծելիս կիրառելու ինչպես ռոբաստության տեսության հաճախականային մեթոդները, այնպես էլ ավտոմատ կարգավորման դասական տեսության մեթոդները: Диссертационная работа посвящена вопросам разработки методов проектирования и исследования систем регулирования двигателей постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов, управляемых непосредственно при помощи импульсных понижающих преобразователей постоянного напряжения (ППН), называемых также buck конвертерами. Указанные системы в силу целого ряда положительных качеств, таких как высокая эффективность и точность, низкая стоимость, бесшумная работа, малые размеры, высокая надежность и др., находят в настоящее время широкое применение в робототехнике и аэрокосмической технике, электромобилях, вентиляторных и компрессорных системах, медицинских устройствах, бытовой технике и во многих других технических приложениях. Качественные и другие характеристики рассматриваемых систем регулирования двигателей постоянного тока в значительной степени зависят от свойств импульсных ППН, в которых высокая эффективность достигается за счет периодической высокочастотной коммутации электронных ключей с использованием широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигнала. Как известно, импульсные ППН с ШИМ являются нелинейными нестационарными системами с периодическими параметрами. Поэтому точное аналитическое исследование их динамики является исключительно сложной задачей. Кроме того, импульсные ППН имеют два режима работы, называемые режимами непрерывных и прерывистых токов в цепи дросселя ППН, которые приводят к существенно различным динамическим характеристикам и свойствам преобразователя, причем переход от одного режима к другому зависит от ряда факторов и текущего состояния замкнутой системы управления. По сути, ППН описываются в пространстве состояний двумя различными системами нелинейных дифференциальных уравнений первого порядка с периодическими коэффициентами и с неизвестными заранее моментами перехода от одной системы уравнений к другой. Прикладным методам исследования импульсных ППН, как элементов систем автоматического управления или других электротехнических устройств (например, стабилизированных источников питания для компьютеров и другого офисного оборудования, энергетических систем космических и морских аппаратов и т.д.), в режимах непрерывных и прерывистых токов посвящена обширная литература. В то же время относительно мало внимания уделено инженерным методам проектирования и исследования систем автоматического регулирования двигателей постоянного тока с импульсными ППН, где принимаются во внимание возможные переходы от одного режима изменения токов к другому. Все это предопределяет актуальность темы диссертационной работы, в которой разработаны методы приближенного описания импульсных ППН в режимах непрерывных и прерывистых токов с учетом паразитных активных сопротивлений в цепях дросселя и конденсатора, входящих в стандартную схему ППН, а также предложена методика проектирования робастных систем управления скоростью двигателей постоянного тока с импульсными ППН, где под робастностью понимается сохранение динамических характеристик и устойчивости замкнутой системы регулирования вне зависимости от режима изменения токов ППН. The dissertation is devoted to the issues of development of design and investigation methods of robust control of angular velocity of the DC motors fed by step-down buck converters. The scientific results of the work are as follows: The derivation of the exact nonlinear dynamic equations in state-space of a step-down buck converter in continuous and discontinuous conduction modes is given, allowing for an active (parasitic) resistance rL of the inductor and an equivalent or introduced additionally in series with the capacitor of the low-pass filter ohmic resistance rC. The derivation of transfer functions of the buck converter in continuous and discontinuous conduction modes with respect to the deviations of the supply voltage and (local) duty ratio D is given on the basis of averaging of nonlinear dynamic equations in state-space of the converter during the switching period of the electronic switch and subsequent linearization in the vicinity of the operating point. It is shown that the introduction of an ohmic resistance rC in series with the capacitor of the low-pass filter brings to origination of identical left-half-plane zeros in the transfer functions of the buck converter with respect to the small changes in the supply voltage and the local duty ratio D. That circumstance leads to an increase in the phase margin of the converter and to improvement of its dynamic characteristics. For rc=0 the indicated zeros of the transfer functions do not exist. It is shown that, as opposed to the case of continuous conduction mode, for rc=0 the transfer function of the buck converter with respect to the duty ratio D in discontinuous conduction mode has a left-half-plane zero, which leads to an increase in the phase margin and improvement of dynamic characteristics of the converter. Another difference is that in the case of ohmic resistance rC≠0 in series with the capacitor both transfer functions with respect to the supply voltage and the duty ratio D have different zeros. Besides, the transfer function with respect to D contains an algebraic term, which immediately transfers, with a certain scaling factor proportional to the value of rc, the input jump in the duty ratio to the output of the converter. An approach to the design of control systems of angular velocity of the DC motor with a step-down buck converter is proposed, which is based on the presentation of the transfer functions of the converter in continuous and discontinuous conduction modes in form of a single transfer function with a multiplicative uncertainty, where the transfer function of the converter for the case of discontinuous conduction mode is adopted as the nominal. That allows applying the frequency-domain methods of robust control, as well as of the classical feedback control, for the development of the specified control systems.

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Разработка системы робастного управления скоростью электродвигателя с понижающим преобразователем напряжения. Development of robust control system of velocity of electric motor with buck converter.
      Uncontrolled Keywords: Бегоян Карлен Вардгесович, Begoyan Karlen Vardges
      Subjects: Mechanical Engineering and Machine Science
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 10 Apr 2017 14:29
      Last Modified: 10 Apr 2017 14:29
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/4486

      Actions (login required)

      View Item