Аннотация
В статье представлена нелинейная непрерывная математическая модель формирователя тока на базе замкнутого по входному току повышающего DC-DC-преобразователя. Этот преобразователь представляет собой подсистему имитатора нагрузок для наземных испытаний систем электроснабжения автономных объектов небольшой мощности (до нескольких десятков киловат) различного назначения. Расчётное значение формируемого тока нагрузки составляет 180 А, принятое за центр разложения. Формируемый ток должен варьироваться в пределах ±10% относительно этого центра. Модель формирователя тока реализована как в непрерывной, так и в дискретной форме в среде Matlab Simulink с учётом параметрических возмущений в виде изменения эквивалентного выходного сопротивления преобразователя. Подтверждена адекватность разработанных моделей. Получена передаточная функция по току повышающего DC-DC-преобразователя с допущением постоянства его параметров. Эта функция реализована в виде структурной схемы и применена в качестве линеаризованной модели разомкнутого контура формирователя тока, что позволило использовать её для настройки регулятора тока. Результаты настроек на модульный, линейный и симметричный оптимумы проверены на нелинейной непрерывной модели. Эта модель позволяет выявлять особенности функционирования формирователя тока на этапе разработки с учётом разброса параметров компонентов силовых схем, оптимально настраивать регуляторы и подстраивать их с учётом формируемого тока нагрузки. Для настроенного на симметричный оптимум замкнутого контура формирователя тока проведен расчёт параметров задатчика интенсивности с целью уменьшения перерегулирования при пуске и предотвращения ограничения выхода регулятора на нулевом уровне. Регулятор обеспечивает заданный ток формирователя нагрузки во всём диапазоне, определяемом 10%-й окрестностью центра разложения. Предложенный подход позволяет значительно сократить временные и стоимостные затраты на процесс разработки формирователя тока в составе имитатора нагрузок для систем электроснабжения автономных объектов. Численные эксперименты, проведённые на непрерывной нелинейной модели, подтверждают правильность принятых допущений, что позволяет применять полученную модель для разработки различных вариантов имитаторов нагрузки.
Ключевые слова
Формирователь тока, имитатор нагрузки, наземные испытания, система электроснабжения, автономный объект, повышающий DC-DC преобразователь, настройка регулятора, центр разложения, имитационная модель.
1. Юдинцев А.Г., Ткаченко А.А., Ляпунов Д.Ю. Методика разработки имитатора нагрузок для наземных испытаний систем электропитания автономных объектов // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 1(46). С. 60-66. DOI: 10.18503/2311-8318-2020-1(46)-60-66.
2. Юдинцев А.Г. Энергопреобразующие комплексы для наземной отработки и подтверждения прогнозируемой надёжности систем электропитания космических аппаратов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2019. Т. 22, № 3. С. 95-102.
3. Рекутов О.Г., Юдинцев А.Г. Метод формирования вольт-амперной характеристики имитатора батареи солнечной для испытания систем электропитания космических аппаратов // Электротехнические системы и комплексы. 2020. № 2 (47). C. 26-32. DOI: 10.18503/2311-8318-2020-2(47)-26-32.
4. Герман-Галкин С.Г. Виртуальные лаборатории полупроводниковых систем в среде Matlab-Simulink. СПб.: Лань, 2018. 443 с.
5. Фролов В.Я., Смородинов В.В. Устройства силовой электроники и преобразовательной техники с разомкнутыми и замкнутыми системами управления в среде Matlab – Simulink: учеб. пособие. СПб.: Лань, 2018. 332 с.
6. Shaffer R. Fundamentals of Power Electronics with Matlab. Boston, Massachusetts, Charles River Media, 2007. 384 p.
7. Лукашенков А.В., Капустин И.В. Обобщенная математическая модель импульсного повышающего преобразователя напряжения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 10. С. 189-198.
8. Лукас В.А. Теория автоматического управления: учебник для вузов. М.: Недра, 1990. 416 с.
9. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника: монография. М.: Техносфера, 2005. 632 с.
10. Rashid M. Power Electronics Handbook. Oxford, Butterworth-Heinemann, Elsevier, 2018. 1496 p.
11. Кояин Н.В., Мальцева О.П., Удут Л.С. Оптимизация контуров регулирования систем электропривода по типовым методикам // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308, №7. С. 120-125.
12. Кояин Н.В., Мальцева О.П., Удут Л.С. Оптимизация контуров регулирования систем электропривода по симметричному оптимуму // Известия Томского политехнического университета. 2005. Т. 308, №7. С. 126-129.