МЕТОДИКА  И  КОМПЛЕКС  ПРОГРАММ  МОДЕЛИРОВАНИЯ  МНОГОСВЯЗНОГО  ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Прошин  Иван  Александрович

д-р  техн.  наук,  зав.  кафедрой  «Автоматизация  и  управление»,  профессор  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

E-mail:  proshin.Ivan@inbox.ru

Салмов  Евгений  Николаевич

аспирант  кафедры  «Автоматизация  и  управление»,  Пензенского  государственного  технологического  университета,  РФ,  г.  Пенза

E-mail: 

TECHNIQUES  AND  SOFTWARE  COMPLEX  FOR  MULTILINKED  ELECTRIC  DRIVE  MODELING

Ivan  Proshin

doctor  of  Technical  Sciences,  Head  of  "Automation  and  Control"  department,  professor  of  Penza  State  Technological  University,  Penza

Evgeniy  Salmov

graduate  student  of  "Automation  and  Control"  department,  Penza  State  Technological  University,  Penza

АННОТАЦИЯ

Работа  направлена  на  разработку  методики  и  комплекса  программ  моделирования  многосвязных  вентильно-электромеханических  систем  с  использованием  различных  преобразователей  и  способов  управления.

ABSTRACT

The  work  is  aimed  at  developing  techniques  and  software  complex  for  simulation  of  multilinked  gate-electromechanical  systems  using  different  converters  and  control  methods.

Ключевые  слова:  комплекс  программ;  многосвязный  электропривод;  моделирование.

Keywords:  software  complex;  multilinked  electric  drive;  modeling.

Проведение  исследований  и  оценка  эффективности  работы  различных  приводов  на  базе  разнообразных  типов  вентильных  (ВП)  и  электромеханических  (ЭМП)  преобразователей  [1,  3],  одно  и  многодвигательных  вентильно-электромеханических  систем  (ВЭМС)  с  различными  исполнительными  механизмами  (ИМ),  а  также  алгоритмов  управления  ими  в  условиях  интегрированного  комплекса  сетевых  автоматизированных  лабораторий  (ИКСАЛ)  [4—7]  обуславливают  необходимость  создания  программных  средств,  обеспечивающих  проведение  комплексных  исследований  управляемых  ВЭМС,  как  в  динамических,  так  и  статических  режимах. 

Цель  настоящей  работы  —  разработка  методики  и  комплекса  программ  компьютерно-имитационного  моделирования  многосвязных  вентильно-электромеханических  систем  с  использованием  различных  преобразователей  и  способов  управления  в  условиях  ИКСАЛ. 

В  качестве  критериев  оценки  приняты  время  пуска,  количество  затрачиваемой  энергии,  коэффициент  полезного  действия,  максимальные  пусковые  токи,  точность  поддержания  момента,  точность  поддержания  натяжения  вырабатываемой  продукции.  Предлагаемая  методика  исследований  основана  на  выполнении  множественных  моделирований  для  различных  типов  ВП,  ЭМП  и  алгоритмов  управления  и  включает  в  себя  совокупность  следующих  этапов.

1.  Задают  типы  связей  между  взаимодействующими  секциями  и  формируют  структуру  многосекционной  электромеханической  системы.

2.  Для  каждой  секции  электромеханической  системы  выбирают  диапазон  нагрузок,  определяемый  максимальным  моментом  инерции  рабочего  органа  конкретной  секции.

3.  Для  каждой  секции,  исходя  из  предполагаемых  условий  эксплуатации,  задают  набор  допустимых  типов  электродвигателей  (ЭД).

4.  С  учётом  выбранного  типа  двигателя  для  каждой  секции  задают  набор  допустимых  типов  вентильных  преобразователей.

5.  Выбирают  критерий  эффективности  выбора  способа  управления,  алгоритма  и  типа  системы  управления. 

6.  Для  заданной  многосекционной  электромеханической  системы  проводят  моделирование  динамических  и  статических  режимов  при  вариации  алгоритмов  и  способов  управления  с  расчётом  полной  и  полезной  мощности  и  энергии,  КПД,  мгновенных,  максимальных  и  усреднённых  величин  токов,  ударных  моментов,  скорости.

7.  Результаты  моделирований,  сведённые  в  матрицы,  сохраняют  в  базу  результатов  и  представляют  в  виде  поверхностей  с  оценкой  эффективности  способов  и  алгоритмов  управления  по  заданным  критериям.

Реализация  исследования  на  базе  предлагаемой  методики  математического  моделирования  многосекционных  многосвязных  систем  «ВП-ЭД-ИМ»  предъявляет  к  комплексу  программ  математического  моделирования  следующие  требования:  моделирование  при  различных  типах  ВП;  моделирование  при  различных  типах  ЭД;  моделирование  работы  ВЭМС  при  частотном,  векторном,  квазичастотном,  фазоимпульсном  и  комбинированном  управлении;  моделирование  при  различных  алгоритмах  управления;  моделирование  статических  и  динамических  режимов  работы  электродвигателя  с  использованием  минимального  количества  его  состояний  (трехфазный,  двухфазный,  выбега);  представление  переменных  в  моделях  в  относительных  единицах;  возможности  графической  визуализации  результатов;  возможность  сохранения  и  систематизации  результатов  моделирования;  возможность  обмена  данными  с  другими  программами;  возможность  наращивания  функциональности;  возможность  дальнейшей  обработки  результатов  моделирований.

При  проектировании  комплекса  программ  были  выделены  три  группы  модулей.  Первая  группа  предназначена  для  организации  графического  пользовательского  интерфейса,  контроля  ввода  данных,  визуализации  результатов.  Во  вторую  группу  входят  модули,  реализующие  моделирование.  Модули  третьей  группы  выполняют  функции  хранения  исходных  данных  и  результатов.

Комплекс  программ  включает  в  себя  подсистемы:  графического  пользовательского  интерфейса;  моделирования  и  формирования  алгоритмов  управления;  математического  моделирования;  хранения  данных  (рисунок  1).  В  качестве  примера  моделирования  на  рисунке  2  приведены  окно  программы  и  переходные  характеристики  тока,  момента  и  скорости  в  системе  «непосредственный  преобразователь  электроэнергии  —  асинхронная  машина  (НПЭ-АД)»  для  вентильного  преобразователя  с  однократной  модуляцией.

Рисунок  1.  Структура  комплекса  программ

Рисунок  2.  Переходные  характеристики  тока,  момента  и  скорости  в  системе  НПЭ-АД

Разработанная  методика  и  комплекс  программ  компьютерно-имитационного  моделирования  многосекционных  многосвязных  систем  «ВП-ЭД-ИМ»  в  динамических  режимах  объединяет  множественные  исследования  и  комплексную  оценку  эффективности  системы  заданной  структуры  при  различных  вариантах  нагрузок,  типов  электродвигателей,  вентильных  преобразователей,  алгоритмов  и  способов  управления. 

Список  литературы:

1.Прошин  И.А.,  Бурков  В.В.  Математическое  моделирование  процессов  центрифугирования  //  Вестник  Воронежского  государственного  технического  университета.  Воронеж,  —  2010.  —  Т.  6,  —  №  11.  —  С.  71—74.

2.Прошин  И.А.,  Бурков  В.В.  Программное  средство  исследования  ВЭМС  на  базе  асинхронного  двигателя  (пакет  расширения  Matlab).  //  Вестник  Воронежского  государственного  технического  университета.  Воронеж,  —  2010.  —  Т.  6,  —  №  10.  —  С.  100—103.

3.Прошин  И.А.,  Бурков  В.В.,  Кутузов  Е.А.,  Усманов  В.В.  Программное  средство  «НПЭ-АД»  для  исследования  вентильно-электромеханических  систем  с  асинхронным  электродвигателем  (Пакет  расширения  к  системе  Matlab  6.0)  Заявка  №2004610841.  Свидетельство  об  официальной  регистрации  программы  для  ЭВМ  №  2004611397  от  4.06.2004.

4.Прошин  И.А.,  Прошин  Д.И.,  Прошина  Р.Д.  Интегрированный  электромеханический  комплекс  //  В  мире  научных  открытий.  Красноярск,  —  2010.  —  №  4—8.  —  С.  27—30.

5.Прошин  И.А.,  Прошин  Д.И.,  Прошина  Р.Д.  Программная  платформа  для  построения  интегрированного  комплекса  сетевых  автоматизированных  лабораторий  (ИКСАЛ)  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  академии  наук.  Самара,  —  2009.  —  Т.  11.  —  №  5—2.  —  С.  531—536.

6.Прошин  Д.И.,  Прошин  И.А.,  Прошина  Р.Д.  Концепция  построения  интегрированных  комплексов  сетевых  автоматизированных  лабораторий  //  Известия  Самарского  научного  центра  Российской  академии  наук.  Самара,  —  2009.  —  Т.  11.,  —  №  5—2.  —  С.  527—530.

7.Прошин  Д.И.,  Прошин  И.А.,  Прошина  Р.Д.  Интегрированный  комплекс  научных  исследований  и  проектирования  морской  техники  и  технологий  //  Вестник  Астраханского  государственного  технического  университета.  Астрахань,  —  2010.  —  №  1.  —  С.  20—29.