Аннотация
В работе рассматриваются вопросы выбора оптимальных параметров регулятора систем автоматического управления с импульсными преобразователями напряжения с учетом их динамических нелинейностей. Импульсные преобразователи с обратной связью по напряжению являются нелинейными динамическими системами, в которых возможно возникновение нелинейных колебаний при неверном выборе параметров регулятора, что ухудшает качество выходного напряжения. Проектирование таких систем, как правило, ведется с использованием малосигнальных динамических моделей, позволяющих применять методы теории автоматического управления линейными системами, но не позволяющие учесть возможность возникновения нелинейных колебаний. При выборе оптимальных параметров регулятора наряду с линейными динамическими моделями предлагается использовать нелинейные динамические модели импульсных преобразователей напряжения, позволяющие учесть специфические особенности нелинейной динамики систем рассматриваемого класса. В работе на конкретном примере показана проблема линейного подхода к проектированию импульсных систем преобразования электроэнергии. Проведен дополнительный анализ системы с использованием предложенной автором в одной из ранних работ обобщённой математической модели импульсных преобразователей напряжения и выявлены области желаемого режима работы преобразователя в пространстве параметров регулятора. Показана значимость уточнения области оптимальных параметров регулятора с использованием нелинейных динамических моделей. Предложена методика выбора оптимальных параметров регулятора, исключающая возникновение нежелательных динамических режимов работы преобразователя в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки и входного напряжения преобразователя. Представленные результаты получены впервые и могут быть распространены на широкий класс импульсных преобразователей электроэнергии.
Ключевые слова
Шаговый электродвигатель, мостовой преобразователь, двойная инверторная система, автономные инверторы напряжения, векторное управление, сдвоенные инверторы напряжения.
1. Севернс Р., Блум Г. Импульсные преобразователи постоянного напряжения для систем вторичного электропитания. М.: Энергоатомиздат, 1988. 294 с.
2. Белов Г.А. Теория импульсных преобразователей. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2016. 330 с.
3. Мелешин В.И. Транзисторная преобразовательная техника. М.: Техносфера, 2005. 632 с.
4. Нелинейная динамика полупроводниковых преобразователей / Кобзев А.В., Михальченко Г.Я., Андриянов А.И., Михальченко С.Г. Томск: Томск. гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2007. 224 с.
5. Zhusubaliyev Zh.T., Mosekilde E. Bifurcations and chaos in piece-wise-smooth dynamical systems. Singapore: World Scientific Pub Co Inc, 2003. 376 p. doi: 10.1142/5313.
6. High-feedback operation of power electronic converters / Z.T. Zhusubaliyev, E. Mosekilde, A.I. Andriyanov, G.Y. Mikhal’chenko // Electronics. 2013. No. 2. Pp. 113-167. doi: 10.3390/electronics2020113.
7. Instabilities in digitally controlled voltage-mode synchronous buck converter / D. Yu, H.H.C Iu., H. Chen, E. Rodriguez, E. Alarcón, A. El Aroudi // International Journal of Bifurcation and Chaos. 2012. Vol. 22. No. 1. Pp. 1-12. doi: 10.1142/S0218127412500125.
8. Михальченко Г.Я., Михальченко С.Г., Обрусник В.П. Проблемы анализа динамических режимов функционирования устройств силовой электроники модульного типа // Ползуновский вестник. 2012. Т. 3. № 2. С. 107-116.
9. Охоткин Г.П. О бифуркациях периодических движений САР тока с ШИМ-1 и ПИ-РТ // Труды академии электротехнических наук ЧР. 2002. № 1. С. 72-80.
10. Андриянов А.И. Исследование нелинейной динамики импульсных преобразователей напряжения. Брянск: БГТУ, 2016. 187 с.
11. Андриянов А.И., Булохов Н.М. Алгоритмы для бифуркационного анализа обобщенной модели преобразователей постоянного напряжения // Справочник. Инженерный журнал. 2013. № 10. С. 30-39.
12. Andriyanov A.I., Sachenko E.A. Study of nonlinear dynamics in a three-phase transistor controlled rectifier with a PI voltage controller in regeneration mode // Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). IEEE, 2016. Pp. 1-8. doi: 10.1109/Dynamics.2016.7818966.
13. An approach for buck converter pi controller design using stability boundary locus / M.M. Garg, Y.V. Hote, M.K. Pathak, L. Behera // IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition (TD). IEEE, 2018. Pp. 1-5. doi: 10.1109/TDC.2018.8440291.