Моделирование гибридного шагового двигателя в пространстве состояний при переменном моменте сопротивления нагрузки
DOI:
https://doi.org/10.22213/2410-9304-2020-3-58-63Ключевые слова:
гибридный шаговый двигатель, оптимальное управление, векторное управление, пространство состояний, непрерывная модель, дискретная модельАннотация
В работе представлены непрерывная и дискретная оптимальные векторно-матричные модели гибридного шагового двигателя в пространстве состояний. На каждом шаге алгоритма управления в матрице состояния рассчитывается необходимый вращающий момент, соответствующий переменному моменту сопротивления нагрузки на валу двигателя и гармонически изменяемому моменту с частотой, пропорциональной числу пар полюсов и скорости вращения вала. Момент на валу двигателя рассчитывается в зависимости от текущей угловой скорости вращения, определяемой по датчику угла поворота вала шагового двигателя между двумя фиксированными моментами и расчетной угловой скорости в будущие моменты времени, определяемой алгоритмом вычисления траектории (или по фиксированной уставке). Гармонически изменяемый момент шагового двигателя определяется в модели по функции синуса за период движения между двумя рядом стоящими полюсами. Для реализации оптимального управления шагового двигателя был использован квадратичный функционал качества, минимизирующий энергию управления и перемещения. Путем решения уравнения Риккати вычисляются значения оптимальных напряжений в проекциях осей d и q при векторном управлении. Разработана модель шагового двигателя в программном продукте SimInTech, позволяющем представлять векторно-матричные непрерывные и дискретные модели. В целях практической реализации управления производится расчет фазных напряжений с помощью обратного преобразования Парка.Библиографические ссылки
Рентюк В. Шаговые двигатели и особенности их применения // Компоненты и технологии. 2013. № 10 (147). С. 71–78.
Kim W., Yang C., Chung C. Design and implementation of simple field-oriented control for permanent magnet stepper motors without DQ transformation, IEEE Trans. Magnet., 2011. Vol. 47, No. 10, pp. 4231-4234.
Mohamed S. Zaky, Ehab M. Ismaeil, Mahmoud M. Khater. Gain Scheduling Adaptive Proportional-integral Controller for a Field-oriented Control of Hybrid Stepper Motor Drives. Electric Power Components and Systems, 2012 Taylor & Francis Group, LLC 40, pp. 777-791.
Casadei D., Profumo F., Serra G., Tani A. FOC and DTC: two viable schemes for induction motors torque control. IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 17, no. 5, pp. 779-787, Sept. 2002, doi: 10.1109/
TPEL.2002.802183.
Zribi M., Chiasson J. Position Control of a PM Stepper Motor by Exact Linearization, IEEE Transactions on Automatic Control, 1991. Vol. 36, No. 5, pp. 620-625.
Борисевич А. В., Глебко Д. В. Бездатчиковое векторное управление шаговым двигателем на основе расширенного фильтра Калмана // Современное машиностроение: Наука и образование : материалы
-й Междунар. науч.-практ. конференции / под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2014. С. 473–484.
Щербаков В. Л., Тихонов А. О. Универсальный сервопривод СПШ10 // Автоматизация в промышленности. 2009. № 1. С. 18–21.
Trefilov S. A., Nikitin Yu. R. Robot drives diagnostics by identifiability criterion based on state matrix. Instrumentation Engineering, Electronics and Telecommunications - 2019 : Proceedings of the V International Forum (Izhevsk, Russia, November 20-22, 2019).
Izhevsk : Publishing House of Kalashnikov ISTU, 2019. Pp. 105-114.
Никитин Ю. Р., Трефилов С. А., Никитин Е. В. Идентифицируемость модели привода мехатронного устройства на базе двигателя постоянного тока по измерительной матрице // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2019. № 4-1 (336). С. 114–122.
Трефилов С. А., Никитин Ю. Р. Диагностика приводов роботов на базе двигателя постоянного тока по критерию идентифицируемости нелинейной дискретной модели в пространстве состояний // Вестник УГАТУ. 2020. Т. 24, № 1 (87). С. 103–110.
Giurgiutiu V., Lyshevski S.E. MICROMECHA-TRONICS: Modeling, Analysis, and Design with MATLAB. 2nd ed. CRC Press, Boca Raton, London, New York. 2009. 920 p.
