novtexmechМехатроника, автоматизация, управлениеMekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie1684-64272619-1253Commercial Publisher «New Technologies»10.17587/mau.25.201-210novtexmech-1539Research ArticleРОБОТЫ, МЕХАТРОНИКА И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫROBOT, MECHATRONICS AND ROBOTIC SYSTEMSСравнительный анализ характеристик асинхронных приводов с векторным управлением и прямым управлением моментомComparative Analysis of the Characteristics of Asynchro- nous Drives with Vector Control and Direct Torque ControlРомадовС. В.RomadovS. V.

мл. науч. сотр.

300028; Тула

300028; Tula

romadovsergey5@gmail.comГорячевО. В.GoryachevO. V.

д-р техн. наук, проф., зав. каф.

каф. САУ

300028; Тула

300028; Tula

olegvgorsau@mail.ruФГБОУ ВО "Тульский государственный университет"РоссияTula State UniversityRussian Federation202410042024254201210Copyright © Commercial Publisher «New Technologies», 20242024Commercial Publisher «New Technologies»Commercial Publisher «New Technologies»https://mech.novtex.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://mech.novtex.ru/jour/article/view/1539

   Активное развитие теории электропривода в последние десятилетия привело к появлению различных методов управления асинхронными трехфазными двигателями, продвигаемых ведущими фирмами-разработчиками приводов, соперничество между которыми неизбежно порождает ложные представления о реальных возможностях и характеристиках этих методов. Кроме того, литературные источники по данной тематике нередко обходят стороной позиционные приводы, управляющие углом поворота, сосредотачивая, в свою очередь, внимание на скоростных приводах, и то же самое можно сказать о предпочтении приводов на основе синхронных двигателей приводам асинхронным. В этом исследовании решается задача комплексного сравнения характеристик следящих приводов, построенных на основе классических схем векторного управления и прямого управления моментом на уровнях теоретического описания математических моделей и компьютерного исследования их функционирования. Для решения этой задачи приведены и проанализированы математические описания и функциональные схемы приводов, построенных на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором с применением указанных систем управления. Также разработаны модели указанных систем в среде Simulink программы MATLAB, учитывающие нежесткость механической передачи и моменты сопротивления различного рода и позволяющие сформировать количественную оценку ключевых для анализа характеристик. Приведены результаты компьютерного исследования на примере привода с конкретным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором ДМЧЦ 80-2-8ОМ2 для каждого варианта системы в нескольких режимах работы, представляющих интерес для разных вариантов практического применения подобных приводов и выявления отдельных особенностей рассматриваемых методов управления. Сформулированные в результате преимущества и недостатки, а также рекомендации по использованию сравниваемых систем приводов достаточно универсальны и могут быть использованы при проектировании различных приводов как с асинхронными, так и с синхронными исполнительными двигателями переменного тока.

   Active development of electric drive theory in recent decades has led to the emergence of various methods for asynchronous three-phase motors control, promoted by leading drive development companies, the competition between which inevitably gives rise to false preconceptions about the real capabilities and characteristics of these methods. Additionally, literary sources often bypass positional drives, focusing on speed control, and the same can be said about the preference for synchronous drives over asynchronous ones. This study solves the problem of a comprehensive comparison of the characteristics of classical vector control based drives and direct torque control schemes at the levels of theoretical description and computer simulation. To solve this problem mathematical descriptions and functional diagrams of asynchronous motors with indicated control systems are given and analyzed and models of considered systems are developed in the Simulink environment of the Matlab program, considering flexibility of mechanical transmission and various resistance moments and allowing to form a quantitative assessment of considered characteristics. The results of numerical modeling are presented on example of a specific induction motor with a squirrel-cage rotor DMChTs 80-2-8OM2 for each system variant in several operating modes, which are of interest for various options of such drives practical application and identifying considered control methods individual features. Advantages and disadvantages formulated as a result, as well as recommendations for the use of the compared drive systems, are quite universal and can be used in design of various drives with both asynchro-nous and synchronous motors.

асинхронный двигательэлектроприводпрямое управление моментомвекторное управлениепозиционный приводподчиненное регулированиенежесткая механическая передачасравнительный анализматематическое описаниесистема управленияasynchronous motorelectric drivedirect torque controlvector controlposition drivesubordinate controlnon-rigid mechanical transmissioncomparative analysismathematical descriptioncontrol systemReferencesУсольцев А. А. Частотное управление асинхронными двигателями : Учеб. пособ. СПб: изд-во ИТМО, 2006. 94 с.Usoltsev A. A. Frequency ontrol of asynchronous motors, Saint Petersburg, ITMO Publishing House, 2006, 94 p. (in Russian).Анучин А. С. Системы управления электроприводом : Учеб. для вузов. М.: Издательский дом МЭИ, 2015. 373 с.Anuchin A. S. Electric drive control systems : textbook for universitie, Moscow, MPEI Publishing House, 2015, 373 p. (in Russian).Анучин А. С. Мифы и легенды современного электропривода [Электронный ресурс]: НПФ Вектор, 2015. URL: https://motorcontrol.ru/wp-content/uploads/2015/11/My1.pdf (дата обращения: 26. 12. 2023).Anuchin A. S. Myths and legends of modern electric drive system, NPF Vector, 2015, available at: https://motorcontrol.ru/wp-content/uploads/2015/11/My1.pdf (access date: 12/26/2023) (in Russian).Лепанов М. Г., Розанов Ю. К. Силовая электроника. М.: Юрайт, 2021. 207 с.Lepanov M. G. Power electronics, Moscow, Yurayt, 2021, 207 p. (in Russian).Терехов В. М., Осипов О. И. Системы управления электроприводов : Учеб. для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр "Академия", 2005. 304 с.Terekhov V. M lectric drive control systems : Textbook for students of higher educational institutions, Moscow, Publishing Center "Academy", 2005, 304 p. (in Russian).Калачев Ю. Н. Векторное регулирование (заметки практика). М.: ЭФО, 2013. 63 с.Kalachev Yu. N. Vector regulation (practice notes), Moscow, EFO, 2013, 63 p. (in Russian).Mirza A. W. B., Herzog H.-G. Comparison of Field Oriented Control and Direct Torque Control. Technical University of Munich. Technical Report, 2018, 16 p.Mirza A. W. B., Herzog H.-G. Comparison of Field Oriented Control and Direct Torque Control,Technical University of Munich, Technical Report, 2018, 16 p.Garcia X. T., Terlizzi A., Pavlanin R., Salvatore L. Comparison Between FOC and DTC Strategies for Permanent Magnet Synchronous Motors // Advances in Electrical andGarcia X. T., Zigmund B., Terlizzi A., Pavlanin R., Salvatore L. Comparison Between FOC and DTC Strategies for Permanent Magnet Synchronous Motors, Advances in Electrical andElectronic Engineering. 2004. N. 4. P. 76—81.Electronic Engineering, Technical University of Ostrava, 2011, no. 4, pp. 76—81.Maleki N., Pahlavani M. R. A., Soltani I. A Detailed Comparison between FOC and DTC Methods of a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive // The Open Electrical & Electronic Engineering Journal. Bentham Science. 2015. N. 3. P. 92—100.Maleki N., Pahlavani M. R. A., Soltani I. A Detailed Comparison between FOC and DTC Methods of a Permanent Magnet Synchronous Motor Drive, The Open Electrical & Electronic Engineering Journal, 2015, no. 3, pp. 92—100.Faraji V., Aghasi M., Khaburi D. A., Kalantar M. Direct Torque Control with Improved Switching for Induction Motor Drive System Fed by Indirect Matrix Converter // National Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering. — Institute ofFaraji V., Aghasi M., Khaburi D. A., Kalantar M. Direct Torque Control with Improved Switching for Induction Motor Drive System Fed by Indirect Matrix Converter, National Conference on Electrical, Electronics and Computer Engineering, 2010, no. 4, pp. 309—314.Electrical and Electronics Engineers (IEEE). 2010. N. 4. P. 309—314.Kromm A. A., Simakov G. M., Topovsky V. V. Optimization of motor torque pulsations in an electric drive with direct control, Reports of the Academy of Sciences of Higher School of theКромм А. А., Симаков Г. М., Топовский В. В. Оптимизация пульсаций момента двигателя в электроприводе с прямым управлением // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. Новосибирский государственный технический университет. 2021. № 1(50). С. 41—52.Russian Federation, 2021, no. 1 (50), pp. 41—52 (in Russian).Dinesh L., Manoj V., Alekhya M. Direct Torque Control of Induction Motor Using ANN Technique // International Electrical Engineering Journal (IEEJ). United Arab Emirates IEEJournal. 2012. Vol. 3, N. 3. P. 791—797.Dinesh L., Manoj V., Alekhya M. Direct Torque Control of Induction Motor Using ANN Technique, International Electrical Engineering Journal (IEEJ), 2012, vol. 3, no. 3, pp. 791—797.Elgbaily M., Anayi F., Alshbib M. M. A Combined Control Scheme of Direct Torque Control and Field-Oriented Control Algorithms for Three-Phase Induction Motor: ExperimentalElgbaily M., Anayi F., Alshbib M. M. A Combined Control Scheme of Direct Torque Control and Field-Oriented Control Algorithms for Three-Phase Induction Motor: Experimental Validation, Mathematics, 2022, no. 10, pp. 3842—3875.Validation // Mathematics. 2022. N. 10. P. 3842—3875.Firago B. I., Vasilyev D. S. On the issue of vector control of the asynchronous motors, Energetika. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations, 2015, no. 5, pp. 5—16 (in Russian).Фираго Б. И., Васильев Д. С. К вопросу векторного управления асинхронными двигателями. // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. № 5. С. 5—16.Sentsov E. V., Meshcheryakov V. N. Creation of a neural network speed observer to increase the dynamic stability of a sensorless vector control system, Electrical systems and complexes,Сенцов Е. В., Мещеряков В. Н. Создание нейросетевого наблюдателя скорости для повышения динамической стабильности системы векторного бездатчикового управления // Электротехнические системы и комплексы. 2022. № 2(55). С. 18—24.2022, no. 2 (55), p. 18—24 (in Russian).Ho S., Brandstetter P., Palacky P., Kuchar M. Current Sensorless Method Based on Field-Oriented Control in Induction Motor Drive // Journal of Electrical Systems. 2023. N. 1(17). P. 62—76.Ho S., Brandstetter P., Palacky P., Kuchar M. Current Sensorless Method Based on Field-Oriented Control in Induction Motor Drive, Journal of Electrical Systems, 2023, no. 1(17), pp. 62—76.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.