Імпульсний стабілізатор струму з цифровим керуванням для системи електроживлення плазмотрону
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2024-3-2Ключові слова:
імпульсний стабілізатор струму, цифровий контур керування, тривалість перехідного процесу, бажана передатна функція, імітаційна модель, синтез, астатизм, еталонна перехідна характеристикаАнотація
Мета роботи. Вирішення теоретичних і практичних завдань із забезпечення цифрового керування імпульсним перетворювачем за допомогою високошвидкісних мікропроцесорних засобів у режимі стабілізації вихідного струму із забезпеченням заданої тривалості перехідних процесів, викликаних збільшенням напруги навантаження та астатизму вихідного струму, що дозволяють отримати значні переваги порівняно з аналоговими варіантами.
Методи дослідження. Огляд літературних та патентних джерел з тематики, теорія імпульсних систем автоматичного керування, математичне моделювання процесів у імпульсних стабілізаторах струму у програмному середовищі MATLAB/Simulink та фізичне макетування.
Отримані результати. Наведено імітаційну модель автономної системи електроживлення на основі перетворювача, що використовує технологію м'якого перемикання транзисторів та дугового навантаження. Синтезовано закон керування та розроблено модель імпульсного стабілізатора струму. Запропоновано метод і знайдено способи керування імпульсним стабілізатором струму, які забезпечують задану тривалість перехідних процесів та астатизм вихідного струму. Розроблено та виготовлено макет імпульсного стабілізатора з цифровим керуванням на основі однокристального обчислювального модуля. Результати дослідження підтверджують досягнення кінцевої тривалості перехідних процесів, викликаних ступінчастою зміною напруги навантаження, близькою до 3-4 періодів перетворення та астатизму вихідного струму. Показано, що застосування імпульсного стабілізатора, що повністю використовує цифровий контур керування, має незаперечні переваги перед аналоговими системами.
Наукова новизна. Вирішено завдання синтезу цифрового регулятора за заданим часом регулювання методом бажаних передатних функцій для перетворювача з м'яким перемиканням, що працює на дугове навантаження. Крім заданого часу регулювання забезпечені додаткові вимоги до якості в режимі, що встановився.
Практична цінність. Використання мікропроцесорної техніки дозволяє не лише реалізувати складні та нові високоефективні алгоритми керування перетворювачем, що працює в режимі імпульсного стабілізатора струму, а й додатково функції захисту від перевантажень, самодіагностики та телеметрії імпульсних перетворювачів. Застосування цього цифрового пристрою одночасно і для мети керування імпульсним перетворювачем дозволить відмовитися від аналогових ШІМ-контролерів і тим самим знизити власне енергоспоживання і масогабаритні характеристики, підвищити надійність функціонування імпульсних перетворювачів в системах електроживлення в цілому.
Посилання
Kuo B. Theory and Design of Digital Control Systems: Trans. from English. Moscow: Mashinostroenie, 1986, 448 p.
Bessekersky V.A., Popov E.P. Theory of Automatic Control Systems. St. Petersburg: Profession, 2003. 700 p.
Kim D.P. Theory of Automatic Control. Vol. 1. Linear Systems. Second ed., corrected and supplemented. Moscow: FIZMATLIT, 2007, 304 p.
Krotenko V.V. Parametric Synthesis of Digital Control Systems with Transistor Pulse-Width Converters // News of the Universities of Instrument Engineering. 2003. Vol. 46. No. 6. P. 25-31.
Izerman R. Digital Control Systems. Moscow: Mir, 1984, 460 p.
Silva G.J., Datta A., Bhattacharyya S.P. PID Controllers for Time-Delay Systems. Boston: Birkhauser. 2005. 330 p.
Gu Da-Wie,. Petkov P.Hr,. Konstantinov M.M. Robust Control Design with MATLAB. Springer-Verlag. 2005. 390 p.
Krutko P.D. Inverse problems of dynamics of controlled systems: Linear models. Moscow: Nauka, 1987. 304 p.
Jang Y., Jovanovic M. A new PWM ZVS full-bridge converter. / IEEE Transactions on Power Electronics. – 2007. – Vol. 22 (3). – P. 987-994. https://doi.org/10.1109/TPEL.2007.897008
Yang B., Duarte J., Li W., Yin K., He X., Deng Y. Phase-shifted full bridge converter featuring ZVS over the full load range. / IECON 2010 – 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, 2010. – Pp. 644-649.
Ilchmann A., Eugene P. Ryan E. High-gain control without identification: a survey. / GAMM-Mitteilungen. – 2008. – Vol. 31(1). P. 115 – 125. https://doi.org/10.1002/gamm.200890000
Minimum Time Control for Multiphase Buck Converter: Analysis and Application / Cheng P., Vasic M., Garcia O., Oliver J.A., Alou P., Cobos J.A. // IEEE Transactions on Power Electronics. 2014. Vol. 29, Issue 2. Pp. 958 – 967. https://doi.org/10.1109/TPEL.2013.2256798
Zhao Z., Prodic A. Continuous-Time Digital Controller for High-Frequency DC-DC converters. / IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 23, no. 2 March 2008, pp. 564-573.
Analysis of a direct current converter operating on a plasma arc. / E.M. Vereshchago, V.I. Kostiuchenko, S.M. Novogretsky // Electrical engineering and electromechanics, 2023, No. 5, 31–36. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2023.5.05
Synthesis of a Control System of a Pulse Converter for Plasmatron Power Supply / E. Vereshchago, V. Kostiuchenko, Y. Stohniienko // 2023 IEEE 4th KhPI Week on Advanced Technology (KhPIWeek). P.394-397. https://doi.org/10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312905
Digital Control System of a Pulsed Power Supply for the Plasmatro / E. Vereshchago, V. Kostiuchenko, S. Novogretskyi // 2023 IEEE 5th International Conference on Modern Electrical and Energy System (MEES). P.30-34. https://doi.org/10.1109/MEES61502.2023.10402495
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 E.M. Vereshchago, V.I. Kostiuchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
