Керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією параметрів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

На правах рукопису

УДК 621.314.58

Автореферат

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата технічних наук

КЕРУВАННЯ ВЕНТИЛЬНИМИ ПЕРЕТВОРЮВАЧАМИ З ІДЕНТИФІКАЦІЄЮ ПАРАМЕТРІВ

Спеціальність 05.09.12 - Напівпровідникові перетворювачі електроенергії

ПЕТЕРГЕРЯ ЮЛІЯ СЕРГІЇВНА

Київ - 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі промислової електроніки Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" Міністерства освіти України, м. Київ.

Науковий керівник:

Жуйков Валерій Якович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний Університет України, "Київський політехнічний інститут" (м. Київ), завідувач кафедрою промислової електроніки.

Офіційні опоненти:

Шидловська Наталія Анатоліївна, доктор технічних наук, старший науковий співробітник, Інститут Електродинаміки НАН України (м. Київ), провідний науковий співробітник.

Кулєшов Юрій Євгенович, кандидат технічних наук, доцент, Державна Академія легкої промисловості України (м. Київ), проректор.

Провідна установа - Харківський державний політехнічний університет, кафедра "Промислова електроніка", Міністерство освіти України (м. Харків).

Захист відбудеться "30" червня 1999 р. об 11-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.187.01 в Інституті електродинаміки НАН України, за адресою: 252680, Київ - 57, пр. Перемоги, 56, тел. 446-91-15.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту електродинаміки НАН України.

Автореферат розісланий "21" травня 1999 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.С. Федій.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Вступ. Розвиток та вдосконалення нових високоефективних та економічних технологій, підвищення вимог, що висуваються до сучасних електронних приладів, та зростання потреб народного господарства зумовлюють широке застосування пристроїв перетворювальної техніки у різних галузях промисловості та енергетиці. При роботі вентильних перетворювачів (ВП) на різні види навантаження або за різних умов функціонування виникає необхідність ідентифікації параметрів силових кіл для здійснення ефективного керування в реальному масштабі часу. Тому постає задача підвищення швидкодії алгоритмів керування.

Актуальність теми. При створенні мікропроцесорних алгоритмів використовуються різні види спектральних перетворень дискретних функцій, які дозволяють реалізувати складні алгоритми, зокрема, ідентифікацію та прогнозування, що необхідно для покращення енергетичних і динамічних показників ВП та забезпечення технологічних процесів на сучасному рівні.

Зважаючи на динаміку процесів у вентильних перетворювачах, яка характеризується періодичністю струмів та напруг у схемах, можна говорити про доцільність використання перетворень дискретних функцій, заданих на кінцевих інтервалах часу, для аналізу процесів у схемах перетворювальних пристроїв. Серед відомих перетворень дискретних функцій найбільш перспективними є симетричне перетворення на кінцевих інтервалах (СКІ-перетворення) та перетворення Хартлі, які характеризуються такими позитивними рисами, як симетричність та мала кількість алгебраїчних операцій, необхідних для переходу від оригіналу до зображення та навпаки. Перехід в область зображень дозволяє досягти реалізації таких законів керування, які потребують обчислення згортки, знаходження параметрів усталеного режиму перетворювачів, ідентифікації статичних параметрів навантаження, тощо. Однак операції переходу в область оригіналів і навпаки навіть при використанні СКІ-перетворення вносять часову затримку у контур регулювання.

Тому проблема розробки швидкодіючих алгоритмів мікропроцесорного керування, які б використовували для ідентифікації параметрів спектри функцій без виконання зворотного переходу та дали змогу керувати режимами роботи ВП у реальному масштабі часу, є актуальною для розвитку перетворювальної техніки в Україні.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами Дисертаційна робота виконана у відповідності з розділами державної бюджетної теми "Розробка нових принципів побудови робастних систем силової електроніки на основі дискретних перетворень на кінцевих інтервалах" (№ 2271, номер державної реєстрації 0198V001422) згідно з Державною науково-технічною програмою Міністерства України у справах науки і технологій на 1997-1998 рр "Високоефективні енергозберігаючі енерготехнологічні та електротехнічні системи" (шифр 04.08 "Екологічна чиста енергетика та ресурсозберігаючі технології"), а також у відповідності з рішенням ради Головного управління з енергетики Європейської комісії 94/807/ЕК "Енергозабезпечення з використанням сонячних систем в ізольованих об'єктах (EPSILON)" (Контракт № ICOP-DEMO-2045-96 p.)

Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методів керування з ідентифікацією параметрів силових кіл вентильних перетворювачів на базі обчислення спектрів функцій та створення на цій основі мікропроцесорних алгоритмів керування.

Поставлена мета вимагає вирішення таких наукових задач:

аналіз існуючих методів керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією та вибір математичного апарату для розробки алгоритмів мікропроцесорного керування;

побудова математичної моделі замкненої системи з перетворювачами в спектральній області з використанням дискретних функцій, визначених на кінцевих інтервалах;

розробка методів ідентифікації параметрів еквівалентних схем вентильних перетворювачів за допомогою m-згортки;

розробка методу потактового керування для підвищення швидкодії алгоритмів керування з ідентифікацією параметрів силових кіл;

розробка та практичне використання алгоритмів мікропроцесорного керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією в промислових та автономних системах живлення.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

дістали подальший розвиток методи керування ВП на базі обчислення спектрів дискретних функцій на кінцевих інтервалах, що дозволяє визначити керуючий параметр ВП через спектральні складові і виключити тим самим перехід в область оригіналів;

вперше винайдено взаємозв'язок операцій лінійних та циклічних згорток з операцією m-згортки, що дозволило побудувати математичну модель замкненої системи з перетворювачами в спектральній області СКІ-перетворення;

розроблено новий метод обчислення значень дискретних згорток у спектральній області і вперше показано області ефективного використання СКІ-перетворення та перетворення Хартлі для визначення значень усталених процесів у схемах вентильних перетворювачів.

розроблено нові методи ідентифікації параметрів схем ВП за допомогою m-згортки, які дають можливість скоротити час обчислень при мікропроцесорному керуванні;

запропоновано раніше невідомий метод потактового керування для підвищення швидкодії алгоритмів з ідентифікацією на базі обчислення СКІ-спектрів.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що наукові положення доведені до ступеню, придатного для практичного використання при розробці алгоритмів мікропроцесорного керування ВП з ідентифікацією параметрів.

Розроблено алгоритм керування широтно-імпульсними перетворювачами в режимі відбирання максимальної енергії від сонячних панелей за допомогою ідентифікації параметрів схеми в області зображень. Розроблено швидкодіючий алгоритм потактового керування трифазним випрямлячем з компенсацією впливу несиметрії мережі на вихідну напругу.

Результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування при створенні мікропроцесорної системи керування широтно-імпульсним перетворювачем у сонячній енергосистемі та в мультимікропроцесорній системі керування освітленням телеканала "Інтер", а також трифазним випрямлячем у системі живлення з джерелом обмеженої потужності. Теоретичні і практичні результати роботи впроваджені в учбовий процес Національного технічного університету України.

Особистий внесок автора. Самостійно виконала аналіз існуючих засобів керування на основі обробки спектрів та розвинула методи керування вентильними перетворювачами на базі обчислення СКІ-спектрів, виявила взаємозв'язок типів дискретних згорток, запропонувала засоби ідентифікації параметрів схеми ВП. Автор розробила алгоритми мікропроцесорного керування перетворювальними пристроями за допомогою СКІ-спектрів з ідентифікацією та їх практичну реалізацію.

Роботи [1-3] написані особисто; в працях, опублікованих в співавторстві, дисертанту належить: в роботі [11] - розробка швидкодіючого алгоритму потактового керування; в роботах [4,9] - розробка математичних засад методу обчислення спектрів; в роботі [6] - розробка методів керування за допомогою спектрів; в роботах [7,12] - розробка системи контролю параметрів фотоелектричного перетворювача енергії; роботи [5,8,10]написані разом з рівним особистим внеском.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на семінарах Наукової Ради НАН України по комплексній проблемі "Наукові основи електроенергетики" (1997, 1999 рр.), на Міжнародній науково-технічній конференції "Силовая электроника и энергоэффективность" (СЭЭ-98), м. Алушта, 1998 р.; Міжнародній науково-технічній конференції "Проблеми фізичної і біомедичної електроніки", Київ, 1998 р.; ІV Міжнародній науково-технічній конференції "Elektrotechnika Pradow Niesinusoidalnych", Польща, м. Зелена Гура, 1998 р.

Публікація результатів наукових досліджень. За темою дисертації опубліковано 12 наукових робіт, у тому числі 10 статей у фахових наукових виданнях (з них 3 самостійно), 1 стаття у газеті та 1 доповідь на конференції.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Загальний обсяг роботи складає 160 сторінок, у тому числі на 34 сторінках розміщені 30 рисунків, 11 таблиць, список літератури з 88 найменувань та 3 додатки.

Автор висловлює подяку науковому консультанту, професору кафедри промислової електроніки Національного технічного університету України, д.т.н. Терещенко Т.О.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено сутність і стан наукової проблеми мікропроцесорного керування вентильними перетворювачами. Шляхом критичного аналізу та порівняння з відомими методами обґрунтовано актуальність проблеми і необхідність проведення дослідження; викладено зв'язок роботи з державною бюджетною темою, державною науково-технічною програмою та міжнародним проектом Європейської комісії; сформульовано мету та задачі наукового дослідження; надано коротку анотацію нових наукових положень, запропонованих здобувачем особисто; наведено відомості про наукове використання результатів досліджень; зазначено особистий внесок здобувача у наукових працях; вказано апробацію результатів досліджень та публікації.

У першому розділі розглянуто основні типи систем керування перетворювачами, зроблено критичний огляд літературних джерел, присвячених застосуванню спектральних перетворень дискретних функцій при мікропроцесорному керуванні. Досліджується математична модель замкненої системи з перетворювачами, зокрема, мікропроцесорної системи керування з ідентифікацією параметрів (рис. 1).

На підставі розглянутих математичних принципів побудови систем керування зроблено висновок, що перехід до спектральної області СКІ-перетворення та здійснення керування на базі обчислення та обробки спектрів функцій впливу, реакції та передаточних функцій надає можливість реалізації складних алгоритмів мікропроцесорного керування з ідентифікацією внаслідок підвищення швидкодії. Перехід до області зображень здійснюється за допомогою прямого СКІ-перетворення:

, (1)

(,x)=cas()=cos()+sin(), (2)

y(x) - дискретна функція, визначена на інтервалі N=mⁿ (n-ціле, m-просте позитивні числа); Y() - зображення функції y(x); (,x) - базисні функції СКІ-перетворення; x^(s),^{(s) -} розрядні компоненти у m-ічному представленні чисел x та . Симетричне перетворення на кінцевих інтервалах має суттєві переваги перед іншими типами дискретних перетворень. СКІ-перетворення дозволяє зменшити трудомісткість обчислень, проте воно за допомогою m-згортки та m-різницевих рівнянь описує процеси у деяких m-колах. Тому виникає проблема знаходження взаємозв'язку між лінійною і циклічною згортками, які описують відповідно перехідний та усталений процеси в реальних системах, та m-згорткою.

У другому розділі розкрито взаємозв'язок між відомими типами дискретних згорток та наведено алгоритми знаходження значень лінійної і циклічної згорток за відомими значеннями m-згортки. Це дозволяє використовувати СКІ-перетворення для аналізу процесів у перетворювачах.

Показано, що m-згортка двох дискретних послідовностей {h(х)} та {u(х)}, визначена на інтервалі відліків :

y(x)=h(x)u(x)=, (3) .

Якщо послідовність {u(х)} складається з чисельних значень вхідного впливу деякого m-кола, {h(х)} - з значень передаточної функції, то значення послідовності {y(х)} визначають реакцію m-кола на заданий вплив. У матричній формі m-згортка може бути записана наступним чином:

=. (4)

Цей вираз є циклічною згорткою матриць розмірністю m^n-1хm^n-1 та векторів-колонок розмірністю m^n-1х 1, і=0,...,m-1. Кожна складова цієї згортки представляє собою, в свою чергу, циклічну згортку матриць розмірністю m^n-2хm^n-2 та векторів-колонок розмірністю m^n-2х 1 і т.д. Результатом добутку матриць та векторів-колонок розмірністю mxm та mx1 відповідно є циклічні згортки елементів послідовностей {h(х)} та {u(х)}.

В спектральній області СКІ-перетворення m-згортці відповідає операція "основної дії": вентильний перетворювач керування ідентифікація

h(x)u(x) N H()U(). (5)

Обчислення m-згортки є більш швидким порівняно з традиційними методами обчислення згорток внаслідок зменшення кількості операцій множення при використанні СКІ-перетворення. За допомогою методу доповнення нулями початкових значень послідовностей {h(х)} та {u(х)} значення лінійної та циклічних згорток можуть бути обчислені за відомими значеннями m-згортки. Тому СКІ-перетворення дає можливість більш ефективно обчислювати перехідні та усталені процеси в перетворювальних пристроях. Алгоритм розрахунку лінійної згортки за допомогою m-згортки складається з наступних етапів:

1. Визначення довжини інтервалу N=mⁿ обчислення m-згортки.

Формування доповненої нулями послідовності у відповідності з виразом:

= {U_qk^(n-2),U_qk+1^(n-2),...,U_qk+p-1^(n-2),0,...,0}, q=0,1,...,k-1. (6)

Аналогічно здійснюється формування послідовностей:

,

що складаються з:

т.д., та послідовностей:

=,

у які входять значення початкової послідовності {u(x)}. Поступове доповнення нулями значень послідовності {h(x)} здійснюється аналогічно виразу (6).

Обчислення m-згортки за формулою (3):

y(x)=h(x)u(x).

Розбиття mⁿ обчислених значень m-згортки на m послідовностей з кількістю значень m^n-1. Представлення кожну послідовність у вигляді m блоків з кількістю значень m^n-2 у кожному. Додавання отриманих послідовностей з перекриттям на (m-1)/2 згідно рис. 2. Результатом додавання є Q₁ послідовностей:

(Q₁=m²-(m-1)²/2)

з кількістю значень m^n-2.

Розбиття кожної з Q₁ послідовностей на m блоків з кількістю значень m^n-3 та додавання отриманих послідовностей з перекриттям згідно рис. 1. Результатом додавання є:

Q₂=Q₁m-(m-1)²/2

послідовностей з кількістю значень m^n-3. Аналогічно виконується формування послідовностей Q₃, Q₄,..., Q_n-1. Отримана в результаті Q_n-1-а послідовність є лінійною згорткою {h(х)} та {u(х)}.

Для перетворення m-згортки у циклічну кожну з складових циклічної згортки (2) необхідно перетворити у лінійну за наведеним алгоритмом, а саму згортку (2) матриць та вектор-колонок залишити незмінною.

На підставі отриманого взаємозв'язку дискретних згорток наведено алгоритми розрахунку перехідних та усталених режимів в системах за допомогою СКІ-перетворення.

Знайдено спектри лінійної, циклічної та m-згортки для будь-якої довжини інтервалу та взаємозв'язок між ними. Показано, що в тих випадках, коли необхідно оперувати зі спектрами дискретних згорток без переходу в область оригіналів, обчислювальні витрати зменшуються. Значення обчислювальних витрат при знаходженні циклічної згортки методом СКІ-перетворення в порівнянні з перетворенням Хартлі представлені на рис. 3, де пунктирною лінією позначено трудомісткість обчислень у часовій області, суцільною - у спектральній області. Як видно із рис. 2, при m=5 і довжині інтервалу N< 10³ переваги має метод СКІ-перетворення, причому обчислення в спектральній області є більш ефективним (приблизно на 10-20 %), ніж у часовій. Враховуючи це, можна обирати такі значення m i n, щоб досягти економії часу обчислень значень згорток приблизно на 40-50 % при досить великому діапазоні значень довжини інтервалу N.

У третьому розділі знайдено СКІ-спектри функцій впливу та передаточних функцій аналогів типових ланок систем автоматичного регулювання в області m-кіл для побудови математичної моделі замкненої системи з перетворювачами у спектральній області СКІ-перетворення. При цьому математична модель перетворювача замінюється математичною моделлю m-кола. Звичайному різницевому рівнянню відповідає m-різницеве рівняння:

=0, (7)

де y(x), u(x) - функції реакції та впливу, _- постійні коеффіціенти. Передаточна функція H() пов'язує спектри реакції Y() і вхідного впливу U() наступним чином:

Y()= U() H(), (8)

де - число, m-ічно протилежне . Передаточна функція H() m-кола має вигляд:

Н() = , (9)

, .

Хоча метод розв'язання різницевих рівнянь за допомогою СКІ-перетворення характеризується малою трудомісткістю обчислень в порівнянні з відомими методами, однак його використання для керування у реальному масштабі часу може бути поліпшене завдяки запропонованому в роботі методу потактового керування. Цей метод дозволяє підвищити швидкодію алгоритмів керування приблизно в N разів в порівнянні з блочними методами, зокрема, СКІ-перетворенням. При довжині інтервалу вимірювання N (х=0,..., N-1, рис. 4,а) на початку циклу керування обчислюється СКІ-зображення сигналу за формулою (1). Після цього вимірюється один N-й відлік, який замінює нульовий (послідовність , рис. 4,б). Після здійснення циклічного зсуву ліворуч на одиницю отримується послідовність , рис. 4,в. З урахуванням знайденого в розділі 2 взаємозв'язку між циклічним та m-зсувом, спектр цієї послідовності визначається наступним чином:

=M(), (10)

де множник M() співпадає з базисними функціями СКІ-перетворення при різних значеннях .

Запропонований алгоритм обробки сигналів, оснований на потактовому обчисленні керуючого впливу та формуванні його спектру в m-ічному базисі, може бути використаний у системах керування з ідентифікацією внаслідок підвищення швидкодії.

Розроблено методи ідентифікації параметрів схем ВП за допомогою m-згортки, які дозволяють скоротити час обчислень при мікропроцесорному керуванні. Ідентифікація зводиться до знаходження передаточної функції системи та коефіцієнтів різницевого рівняння, якому відповідає m-різницеве (7). Узагальнений алгоритм ідентифікації містить наступні етапи:

Вимірювання відліків реакції системи: y_Л(х) в перехідному, y_Ц(х) - в усталеному режимах при відомому вхідному впливі u_Л(х) чи u_Ц(х).

Доповнення значень вхідного впливу та реакції для отримання послідовностей m-згортки довжиною =mⁿ;

Обчислення спектрів U() та Y();

Визначення чисельних значень зображення передаточної функції ():

; (11)

Підстановка отриманих значень до аналітичного виразу (9) та обчислення коефіцієнтів , .

Ідентифікація може здійснюватися у перехідному, усталеному та квазіусталеному режимах. Використання того чи іншого способу залежить від того, які параметри схеми відомі і не потребують ідентифікації.

Обчислення значень перехідних та усталених процесів і ідентифікація параметрів схем перетворювачів за допомогою СКІ-перетворення та методу потактового керування характеризується більшою швидкодією, ніж розв'язання аналогічних задач у часовій області.

У четвертому розділі розглянуто практичне використання теоретичних розробок в системах керування перетворювальними пристроями з ідентифікацією параметрів силових кіл. Зокрема, наведено метод керування широтно-імпульсними перетворювачами у автономній сонячній енергосистемі з ідентифікацією параметрів кола навантаження схеми заміщення в режимі відбирання максимальної енергії від сонячної панелі. З метою виконання умови відбирання максимальної енергії на протязі всього часу роботи панелей розглянуто використання схем широтно-імпульсних перетворювачів (ШІП). Умови максимальної енергії відповідно для різних схем ШІП наведено у табл.1.

Мікропроцесорна система керування виконує ідентифікацію значень внутрішнього опору фотоелементу та навантаження R у квазіусталеному режимі на кожному періоді роботи ШІП та забезпечує їх співвідношення відповідно наведеним умовам. При цьому усереднене значення нелінійного опіру R_i обчислюється по значенням складових СКІ-спектру.

Таблиця 1. Умови відбирання максимальної енергії

Еквівалентна схема фотоелементу з ШІП	Умова	Граничні значення
		умови	вираз

Запропонований спосіб ідентифікації має недолік, який полягає у необхідності обмеження часу замкненого та розімкненого станів ключа:

; , (12)

однак при достатньо великих N це обмеження не є суттєвим. Мікропроцесорна система на основі процесора PIC17C752 (33 МГц) з зовнішнім АЦП К 1108ПВ 1 дозволяє керувати роботою схеми у реальному масштабі часу на частотах до 5 кГц і при цьому потребує лише одного каналу вимірювання параметрів. Алгоритм мікропроцесорного керування режимами роботи ШІП забезпечує виконання умови відбирання максимальної енергії від сонячних панелей та ідентифікацію параметрів у схемах із змінною структурою та нелінійними параметрами.

В роботі також вирішено задачу ідентифікації параметрів несиметрії трифазних напруг за допомогою СКІ-перетворення та розроблено метод керування випрямлячем у судових автономних системах з компенсацією впливу несиметрії мережі на випрямлену напругу. Несиметрія напруг у трифазних системах може викликати неприпустиме відхилення середнього значення випрямленої напруги, стабільність якого є важливим параметром.

Звичайно параметри несиметрії визначають у часовій області через амплітудні значення лінійних напруг:

A= cos = , (13)

B= sin = .

Обчислення параметрів А і В за формулами (13) потребує вимірювання амплітудних значень трьох напруг і може виконуватись лише один раз за період напруг живлення. В роботі запропоновано алгоритм потактового керування, який містить етап ідентифікації параметрів несиметрії А і В за складовими СКІ-спектру випрямленої напруги і характеризується підвищеною швидкодією. При довжині інтервалу N=mⁿ=27 параметри несиметрії залежать від окремих відліків СКІ-зображення випрямленої напруги наступним чином:

A= cos = , (14)

B= sin = .

Отримані значення параметрів несиметрії є вихідними даними для знаходження корегуючих кутів вмикання тиристорів керованого випрямляча (КВ). Структурну схему компенсації впливу несиметрії напруг живлення на випрямлену напругу наведено на рис. 5. До схеми входить малопотужний випрямляч В, призначений для вимірювання параметрів несиметрії, фільтр Ф, аналого-цифровий перетворювач АЦП, на вхід якого надходить випрямлена напруга, та мікропроцесорна система керування МСК, яка обчислює СКІ-спектр і визначає корегуючі кути.

Проведена оцінка похибки обчислень параметрів несиметрії за допомогою СКІ-перетворення в порівнянні з обчисленням у часовій області не перевищує 1,6 % (табл.2). Таке значення є задовільним результатом обчислення.

Таблиця 2. Оцінка похибки обчислення параметрів несиметрії

Амплітудні значення лінійних напруг	А=	B=	Похибка обчислень
UA	UB	UC	по формулі (13) A1	по формулі (14) A2	по формулі (13) B1	по формулі (14) B2
1,0	1,0	1,0	0	0	0	0	0	0
1,0	1,1	0,9	0	0	0,1155	0,1166	0	0,95
1,0	1,1	1,1	-0,0625	-0,0615	0	0	1,6	0

Розроблено метод потактового керування з ідентифікацією параметрів несиметрії А та В, який полягає в тому, що ідентифікація здійснюється після вимірювання кожного відліку випрямленої напруги. Аналогічний алгоритм потактового керування був використаний для компенсації несиметрії трифазних напруг у системі освітлення студій телеканалу "Інтер". Різниця полягає в тому, що у системі освітлення трифазний випрямляч є некерованим, і функцію компенсації несиметрії виконують широтно-імпульсні перетворювачі. Потактове керування дозволяє значно (приблизно у N разів) зменшити затримку обчислення параметрів несиметрії.

ВИСНОВКИ

В роботі розроблено методику ідентифікації параметрів силових кіл вентильних перетворювачів і вироблення керуючого впливу, яка полягає у переведенні основних обчислювальних операцій у мікропроцесорній системі до спектральної області, обчисленні та обробці спектрів дискретних функцій і дозволяє здійснювати аналіз процесів та керування вентильними перетворювачами. Створені на базі розробленої методики мікропроцесорні алгоритми керування з ідентифікацією характеризується підвищеною швидкодією. Одержані нові науково обґрунтовані результати в сукупності є суттєвими для розвитку теорії мікропроцесорного керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією на базі обробки спектрів.

Обґрунтовано необхідність розробки швидкодіючих алгоритмів мікропроцесорного керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією на основі обробки спектрів.

Запропоновано методи керування ВП на базі обчислення спектрів дискретних функцій на кінцевих інтервалах. Проведено оцінку різних видів операторних перетворень і показано, що використання СКІ-перетворення дозволяє зменшити трудомісткість обчислень на величину до 65 % порівняно з іншими методами.

Виявлено взаємозв'язок між різними типами дискретних згорток та розроблено метод знаходження лінійної та циклічної згорток за результатами обчислення m-згортки, який характеризується малою трудомісткістю обчислень. На основі запропонованого методу розроблено алгоритми розрахунку значень перехідних та усталених процесів в системах, достовірність використання яких підтверджується аналітичними методами.

Запропоновано метод обчислення значень дискретних згорток у спектральній області і показано області ефективного використання СКІ-перетворення та перетворення Хартлі для визначення значень усталених процесів у схемах вентильних перетворювачів. Показано, що при значенні основи довжини інтервалу m=5 використання СКІ-перетворення доцільно при загальній довжині інтервалу N<1000, а використання перетворення Хартлі - при N>1000.

Знайдено СКІ-спектри функцій впливу та передаточних функцій типових ланок вентильних перетворювачів, які використовуються для аналізу процесів у спектральній області та створення алгоритмів керування з ідентифікацією.

На базі побудованої математичної моделі розроблено методи ідентифікації параметрів схем ВП за допомогою m-згортки, які дають можливість зменшити час обчислень при мікропроцесорному керуванні.

Запропоновано метод потактового керування на базі обчислення СКІ-спектрів, який дозволяє підвищити швидкодію алгоритмів керування в N разів в порівнянні з блочними операторними методами.

Запропоновано метод визначення параметрів несиметрії трифазних напруг за допомогою СКІ-перетворення. Показано, що похибка визначення параметрів несиметрії в діапазоні зміни коефіцієнту несиметрії 0-10 % не перевищує 1,6 %. Запропоновано швидкодіючі алгоритми компенсації несиметрії напруг у трифазному випрямлячі, які базуються на обчисленні СКІ-спектрів та потактовому керуванні.

Розроблено нові швидкодіючі алгоритми мікропроцесорного керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією параметрів. Результати виконаних в дисертації теоретичних досліджень і практичних розробок знайшли застосування в системах мікропроцесорного керування ШІП в сонячних енергосистемах та трифазних системах з компенсацією впливу несиметрії мережі на вихідну напругу.

Вірогідність та обґрунтованість наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується використанням коректних методів досліджень, узгодженням розрахунків з експериментальними даними і раніш відомими за літературними джерелами результатами.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Петергеря Ю.С. Применение m-свертки для вычисления установившихся и переходных процессов // Технічна електродинаміка. - 1998. - Спец. випуск, т.2. - С. 123-126.

2. Петергеря Ю.С. Визначення параметрів несиметрії трьохфазної напруги за допомогою методу СКІ-перетворення // Электроника и связь. - 1998. - №5. - С. 60-62.

3. Петергеря Ю.С. Потактовая обработка дискретных функций на основе симметричного преобразования на конечных интервалах // Электроника и связь. - 1998. - №4, ч.1. - С. 177-182.

4. Терещенко Т.А., Петергеря Ю.С. Дискретное преобразование функций на конечных интервалах в ориентированном базисе // Электроника и связь. - 1997. - №3, ч.1. - С. 126-131.

5. Жуйков В.Я., Петергеря Ю.С. Нова концепція побудови систем керування перетворювачами електричної енергії // Технічна електродинаміка. - 1998. - №4. - С. 33-37.

6. Жуйков В.Я., Терещенко Т.А., Петергеря Ю.С. Управление в спектральной области на конечных интервалах // Технічна електродинаміка. - 1998. - Спец. випуск, т.2. - С. 119-122.

7. Якименко Ю.И., Петергеря Ю.С., Aled Williams. Перспективы солнечной электроэнергетики // Технічна електродинаміка. - 1998. - Спец. випуск, т.2. -С. 225-228.

8. Терещенко Т.А., Москаленко Е.В., Петергеря Ю.С. Быстрые симметричные преобразования на конечных интервалах // Электроника и связь. - 1998. - №5. - С. 57-59.

9. Жуйков В.Я., Терещенко Т.О., Петергеря Ю.С. Перетворення дискретних функцій в орієнтованому базисі // Доповіді Національної Академії наук України. - 1999. - №3. - С. 109-112

10. Жуйков В.Я., Терещенко Т.О., Петергеря Ю.С. Нове перетворення дискретних функцій // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 1998. - №3. - с. 5-12.

11. Zhuikov V., Tereshchenko T., Petergerya J. Continuous Handling of Discrete Functions by Means of Symmetric Transformation at Finite Intervals // IV Szkola - Konferencja Elektrotechnika Prady Niesinusoidalne. V.2. - Zielona Gora: Wydawnictwo Politechniki Zielonogorskiej. - 1998. - P.495-503.

12. Якименко Ю.И., Жуйков В.Я., Петергеря Ю.С. Перспективы солнечной электроэнергетики. // АТ "Укренергозбереження": Енергоінформ. - 1998. - №12(20). - С. 3.

АНОТАЦІЇ

Петергеря Ю.С. Керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією параметрів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.12 - напівпровідникові пеpетвоpювачi електpоенеpгiї. - Інститути електродинаміки HАH України, Київ,1999.

Дисертація присвячена розробці методів мiкpопpоцесоpного керування вентильними перетворювачами з ідентифікацією параметрів силових кіл. В роботі розроблено нові методи мiкpопpоцесоpного керування, які базуються на обчисленні та обробці спектрів функцій. Виявлено взаємозв'язок типів дискретних згорток, який дає можливість розробити нові швидкодіючі методи розрахунку перехідних та усталених процесів, а також методи ідентифікації параметрів ВП. Розроблено нові алгоритми мікропроцесорного керування з ідентифікацією, висока ефективність яких обгpунтована теоретично i підтверджена практично. Результати роботи використовуються при керуванні режимами роботи широтно-імпульсних перетворювачів в сонячній енергосистемі та трифазним випрямлячем з компенсацією впливу несиметрії мережі на вихідну напругу.

Ключові слова: мікропроцесорне керування, вентильні перетворювачі, ідентифікація, згортка, спектри, дискретні функції.

Petergerya J.S. Control of semiconductor transformers with the identification of parameters. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by specialty 05.09.12 - semiconductor transformers of electrical energy. - Institute of Electrodynamics of Ukrainian National Academy of Sciences, Kyiv, 1999.

The dissertation focuses on the development of microprocessor control methods with identification of power circuit parameters for semiconductor transformers. The new methods presented are based on the calculation and processing of function spectrums. The interrelation among types of discrete convolutions is identified to allow the development of new high speed methods for both the estimation of transitive and established processes, and for identification of the transformer's parameters. New algorithms of microprocessor control with identification have been developed. The efficiency of these algorithms is theoretically reasonable as well as confirmed in practice. The results of the dissertation are used for control of operating modes of pulse-width converters in solar energy systems and in three-phase rectifier with compensation for a non-symmetrical network influence on a rectified voltage.

Key words: microprocessor control, semiconductor transformers, identification, convolution, spectrum, discrete functions.

Петергеря Ю.С. Управление вентильными преобразователями с идентификацией параметров. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.12 - полупроводниковые преобразователи электроэнергии. - Институт электродинамики HАH Украины, Киев,1999.

Диссертация посвящена разработке методов микропроцессорного управления вентильными преобразователями с идентификацией параметров силовых цепей. В основу разработки микропроцессорных алгоритмов положен математический аппарат спектральных преобразований дискретных функций, в частности, СКИ-преобразования и преобразования Хартли, которые являются более эффективными по сравнению с другими методами. Использование спектральных преобразований позволяет решать сложные задачи управления, которые требуют идентификации параметров, решения разностных уравнений, вычисления сверток функций, значений установившихся и переходных процессов в схемах вентильных преобразователей. Однако переход от оригинала к изображению и обратно вносит временное запаздывание в систему управления, что ведет к снижению быстродействия. Поэтому задача разработки быстродействующих алгоритмов с идентификацией параметров силовых цепей преобразователей, в которых выработка управляющего воздействия осуществляется на основе обработки спектров функций без обратного перехода, является актуальной.

Полученная взаимосвязь между существующими видами сверток - линейной, циклической и m-сверткой - позволяет использовать СКИ-преобразование для вычисления переходных и установившихся процессов в преобразователях. В работе предложена методика вычисления значений дискретных сверток в спектральной области и проведена оценка областей более эффективного с точки зрения трудоемкости использования СКИ-преобразования и преобразования Хартли. Трудоемкость вычислений значений установившихся процессов с помощью спектральных преобразований зависит от выбранной длины интервала определения дискретных функций. Результаты расчетов с использованием предложенной методики совпадают с теоретически известными.

Для построения математической модели замкнутой системы с преобразователями в работе рассмотрены СКИ-спектры типовых управляющих воздействий и передаточных функций звеньев автоматического регулирования. Для схем с переменной структурой рассмотрен метод решения разностных уравнений с помощью СКИ-преобразования на подынтервалах. С целью повышения быстродействия алгоритмов микропроцессорного управления с идентификацией в работе предложен новый метод потактового управления, который позволяет реализовать работу в реальном масштабе времени. При реализации этого метода производится измерение N дискретных значений сигнала и вычисление СКИ-спектра. После измерения лишь одного последующего отсчета, который заменяет первый, выполняется циклический сдвиг влево на единицу. С учетом полученной взаимосвязи циклического и m-сдвига вычисляется СКИ-спектр вновь полученной последовательности. Метод потактового управления позволяет повысить быстродействие микропроцессорных алгоритмов в N раз по сравнению с блочными методами, к которым относится и СКИ-преобразование.

Предложенные методы идентификации могут использоваться для преобразователей с постоянной и переменной структурой и позволяют определять параметры силовых цепей в переходном, установившемся и квазиустановившемся режимах. При этом не требуется переход в область оригиналов, что позволяет повысить быстродействие управления.

Полученные в работе теоретические и практические результаты нашли применение при управлении режимами работы преобразователей в автономных системах питания. В частности, разработан алгоритм микропроцессорного управления широтно-импульсными преобразователями в автономной солнечной энергосистеме в режиме отбора максимальной энергии от отдельных солнечных панелей, работающих на общую нагрузку. Для различных схем широтно-импульсных преобразователей получены условия отбора максимальной энергии в виде зависимостей скважности импульсов от нелинейного внутреннего сопротивления фотоэлемента и сопротивления нагрузки. В ходе выполнения микропроцессорного алгоритма определяются параметры цепи нагрузки схемы замещения с помощью метода идентификации в квазиустановившемся режиме, осуществляется проверка выполнения условия отбора максимальной энергии и корректировка в случае необходимости скважности входных импульсов.

В работе также решена задача идентификации параметров несимметрии трехфазных напряжений с помощью СКИ-преобразования и разработан алгоритм управления выпрямителем в судовых автономных системах с компенсацией влияния несимметрии сети на выпрямленное напряжение. Параметры несимметрии при этом вычисляются по отдельным составляющим СКИ-спектра выпрямленного напряжения и служат исходными данными для определения корректирующих углов включения тиристоров управляемого выпрямителя. Использование метода потактового управления позволяет значительно повысить быстродействие и управлять выпрямителем в реальном масштабе времени, причем погрешность вычислений параметров несимметрии не превышает 1,5 % по сравнению с известными методами.

Аналогичный алгоритм потактового управления использован для компенсации несиметрии трехфазных напряжений в системе освещения студий телеканала "Интер". При этом функцию компенсации несимметрии выполняют широтно-импульсные преобразователи, а трехфазный выпрямитель является неуправляемым.

Ключевые слова: микропроцессорное управление, вентильные преобразователи, идентификация, свертка, спектры, дискретные функции.

Размещено на Allbest.ru