Оперативная диагностика вентильного двигателя

В ответственных электроприводах возникают задачи регламентирования или ограничения электромагнитного момента двигателя, а также определения величины момента сопротивления на его валу, например, при диагностике в рабочем состоянии электродвигателя. Причем установка дополнительных датчиков момента по конструктивным или иным соображениям невозможна. В этом случае возникает задача оценивания указанных координат по другим наблюдаемым координатам и параметрам. Данная задача решалась применительно к электроприводу запорной арматуры с вентильным двигателем (ВД) с возбуждением от постоянных магнитов, при условии, что напряжение на фазных обмотках изменяется по синусоидальному закону. В этом случае двигатель можно рассматривать как синхронную машину с фиксированным углом нагрузки, который устанавливается датчиком положения ротора. Полученная в результате в общем случае нелинейная и нестационарная математическая модель ВД имеет вид [1]

γ (cos θ+ετ sin θ ) -ε μ ( τ ) = i q ( τ ) ≈              ^э

1 + ( ετ _э )²

-

1 - e ^{τ э}

. (1)

Здесь γ∈ (0,1) – относительная длительность импульсов ШИМ – регулирования; ε – относительная ЭДС или относительная частота вращения ωL ротора; τэ = 0 – электромагнитная постоянная r времени обмотки якоря в относительных едини- цах, в масштабе времени τ=ω0 t ,

U ω= ^б ; 0 КФ

КФ – коэффициент связи между действующим значением фазной ЭДС и частотой вращения ро- тора.

Анализ этой модели позволил получить передаточные соотношения для квазистационарного режима работы привода, которые легли в основу нелинейного наблюдающего устройства электромагнитного момента ВД. В частности, наблюдатель электромагнитного момента ВД описывается следующим уравнением [2, 3]:

Краткие сообщения

d ц = 1 „ + Y(cos 6 + етэ sin 6) —e dт   тэ [            1 + (еТэ)2

где μ – оценка электромагнитного момента двига-

теля. Легко получить дискретную реализацию наблюдателя [4].

Для определения момента сопротивления вращению запорной арматуры используется урав-

нение движения привода.

Будем предполагать, что частота вращения

ротора измеряется, как и в случае определения

электромагнитного момента, и мы располагаем

оценкой электромагнитного момента двигателя.

Тогда уравнения, описывающие механическое движение привода будут следующие:

dε dτ

= ¹ (ˆ -μ _c ), m

dμc=0 dτ

Здесь пространство состояния расширено и в него включен искомый момент сопротивления. Электромагнитный момент является для этой мо-

дели механического движения привода входом (управлением) и должен быть получен с помощью своего наблюдателя. В данном случае модель яв-

ляется линейной и нет никаких препятствий для

синтеза линейного редуцированного наблюдателя

Люенбергера [5]:

v — X vV + e —

н

λнτm

xˆ=μˆ=λ τ ε+λ 2τ v .

2 с н m н m

Таким образом, реализация наблюдателя момента сопротивления чрезвычайно проста – реализуется на одном интеграторе. Так же, как и для

наблюдателя электромагнитного момента двигателя, можно легко получить дискретную модель наблюдателя. Особенность наблюдателя момента сопротивления в том, что он работает совместно с наблюдателем электромагнитного момента. Причём синтез этих двух наблюдателей мы провели автономно, независимо друг от друга. Такой порядок синтеза предпочтительнее, чем синтез полноразмерного наблюдателя всех неизмеряемых координат объекта. Для подтверждения результатов было проведено компьютерное моделирование. Качество оценивания в обоих случаях высокое, абсолютная ошибка не превышает 0,02.