Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование динамических режимов систем стабилизации тока мощных электромагнитов с широтно-импульсной модуляцией

https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320

Полный текст:

Аннотация

Настоящее исследование посвящено рассмотрению метода оценки устойчивости работы системы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), основанного на замене ее эквивалентной системой с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ). Проведено приближенное исследование динамических режимов работы систем с ШИМ с учетом устойчивости для системы автоматического регулирования тока питания электромагнитов в условиях действия внешних и внутренних помех. Представлены варианты выполнения схем широтно-импульсных регуляторов для питания электромагнита на основе однополярного и двухполярного элементов с ШИМ. Показана возможность линеаризации систем с ШИМ для последующей детальной оценки устойчивости таких систем. Показана перспективность применения функционально-дифференциальных уравнений для анализа устойчивости автоматических систем с ШИМ. Представлена оценка динамических режимов систем с ШИМ, основанная на принципе эквивалентности сигналов с ШИМ и АИМ, которая опирается на равенства площадей модулированных сигналов, на основе чего установлена связь между статическими коэффициентами передачи элементов с АИМ и ШИМ. Представлены выражения для исследования замкнутой одноконтурной схемы автоматического управления, содержащей идеальный импульсный элемент, экстраполятор нулевого порядка с коэффициентом передачи и непрерывной частью, имеющей линейную передаточную функцию. На примере системы стабилизации тока мощных электромагнитов с широтно-импульсным регулятором проанализированы частотные характеристики эквивалентной импульсной системы с учетом замены широтной модуляции на амплитудную. На основе проведенного анализа полученной передаточной функции предложены пути оценки устойчивости исходной системы с ШИМ с использованием критерия устойчивости Найквиста. Сделан вывод о преимуществе системы с ШИМ по сравнению с системой с АИМ в части устойчивости, а также даны рекомендации по применению полученных данных при анализе переходных процессов в таких системах.

Об авторах

М. С. Лурье
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Россия

д-р техн. наук, проф.



О. М. Лурье
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Россия

канд. техн. наук



А. С. Фролов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Россия

канд. техн. наук



Список литературы

1. Якубович В. А. Об импульсных системах управления с широтной модуляцией // Докл. АН СССР. 1968. Т. 180.С. 283—285.

2. Воротников В. И., Мартышенко Ю. Г.К задаче частичной устойчивости нелинейных дискретных систем // Мехатроника, автоматизация, управление, 2017. Т. 18, № 6. С. 371—375.

3. Дикусар Ю. Г., Кузнецова Н. И. Исследование абсолютной устойчивости нелинейных дискретных систем автоматического управления // Энергетические установки и технологии, 2017. № 3. С. 20—25.

4. Фалдин Н. В., Феофилов С. В., Козырь А. В. Об одном методе линеаризации систем управления, работающих в режиме ШИМ // Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 12. Ч. 4. С. 61—64.

5. Абрамов С. С. Оценка устойчивости широтно-импульсной системы методом приближенного анализа // Вестник ТГТУ. 2010. Т. 16, № 3. С. 528—532.

6. Гелиг А. Х., Чурилов, А. Н. Частотные методы в те-ории устойчивости систем управления с импульсной модуляцией // Автомат. и телемех. 2006. № 11. С. 60—76.

7. Mouton H. du T., Cox S. M., McGrath B., Risbo L., Putzeys B. Small-Signal Analysis of Naturally-Sampled SingleEdge PWM Control Loops // Power Electronics IEEE Transactions on. 2018. Vol. 33, N. 11. P. 51—64.

8. He Sh., Q. Chunjiang, Yunlei Z. Analysis of a Chain of Integrators with Pulse-Width-Modulation Controller // American Control Conference (ACC). 2020. P. 3653—3658.

9. Bordry F., Dupaquier A. High Current, Low Voltage Power Converters for LHC. Present development Directions // Proc. of the EPAC-96. 1996. Vol. 3. P. 2314.

10. Цыпкин Я. З., Попков Ю. С. Теория нелинейных импульсных систем. М.: Наука, 1973. 416 с.

11. Урман Е. Л. О передаточной функции двигателя постоянного тока, управляемого изменением напряжения возбуждения // Автомат. и телемех. 1958. Т. 19, Вып. 6. С. 609—613.

12. Жиц М. З. Переходные процессы в машинах постоянного тока. М.: Энергия, 1974. 112 с.

13. Merkel B., Thirumalai K., Tarlton J. E., Sch fer V. M., Balance C., Harty T. P., Lucas D. M. Magnetic field stabilization system for atomic physics experiments // The Review of scientific instruments. 2019. Vol. 90, Iss. 4. P. 044702.

14. Zhang Z., Han H., Zhao Q., Ye L. Stability Analysis of Pulse-Width-Modulated Feedback Systems with Time-Varying Delays // Mathematical Problems in Engineering. 2014. Vol. 2014. Article ID 686389. 7 p.

15. Andean P. E. Analysis of pulse duration sampled data systems with linear elements // IRE Trans. Automat. Contr., 1960. Sept. Vol. 9. P. 17—22.

16. Nease R. E. Analysis and design of non linear sampled date control systems // Mars. Inst.Techn., Cambridge W. A. D.C., Techn. note, 1957. June. P. 57—162.

17. Лурье М. С. Исследование возможности линеариза-ции систем с широтно-импульсной модуляцией // Труды ЛПИ им. М. И. Калинина. Л.: Изд-во Ленинградского по-литехнического института, 1976. № 355. С. 28—32.

18. Ковчин С. А., Лурье М. С. Приближенное иссле-дование динамических режимов систем автоматического управления с широтно-импульсной модуляцией // Авто-матизация производства: Межвуз. сб. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1979. Вып. 2. С. 67—76.


Для цитирования:


Лурье М.С., Лурье О.М., Фролов А.С. Исследование динамических режимов систем стабилизации тока мощных электромагнитов с широтно-импульсной модуляцией. Мехатроника, автоматизация, управление. 2021;22(6):313-320. https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320

For citation:


Lur’e M.S., Lur’e O.M., Frolov A.S. Study of Dynamic Modes of Current Stabilization Systems of Powerful Electromagnets with Pulse-Width Modulation. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2021;22(6):313-320. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.22.313-320

Просмотров: 26


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)