Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-59801189210.12737/19688Машиностроение и машиноведениеMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEМашиностроение и машиноведениеA review of torque ripple reducing methods based on mathematical simulationОбзор подходов к снижению пульсаций электромагнитного момента вентильно-индукторного двигателя методами математического моделированияФилимоновМаксим НиколаевичFilimonovMaksim Николаевичmaxfil2006@yandex.ruКарнауховНиколай ФёдоровичKarnaukhovNikolay ФёдоровичСтатовойДмитрий АлександровичStatovoyDmitriy Александровичdr-monro@mail.ruЛыковАнтон СергеевичLykovAnton Сергеевич18052016180520161625158https://zh-szf.ru/en/nauka/article/11892/view
Предметом данного исследования являются методы управления моментом вентильноиндукторного двигателя. Цель работы — обзор существующих методов снижения электромагнитных пульсаций на валу вентильноиндукторного двигателя. Для классификации методов управления электромагнитным моментом использовался сравнительный анализ существующих подходов к по-строению систем управления вентильными приводами. Результаты исследования могут применяться при выборе метода управления приводом, обеспечивая баланс между сложностью реализации системы управления и ее эффективностью. На основе сравнительного анализа сделаны выводы об эффективности нейросетевых систем управления моментом с оффлайн обучением, отмечены возможности улучшения данных систем с помощью управления коэнергией магнитной системы привода а также внесения в модель эффектов остаточной намагниченности материалов. Отмечено, что существующие системы, нивелирующие намагниченность материалов привода, снижают средний момент за цикл работы.
The subject of this investigation is the methods of switched reluctance motors controlling. The study objective is to review the existing methods of reducing shaft electromagnetic torque ripple in the switched reluctance motors. A comparative analysis of the existing approaches to valve drives control systems development is used to classify the electromagnetic torque control methods. The study results can be used when selecting the drive control method providing a balance between the complexity of the control system implementation and its effectiveness. On the basis of the comparative analysis, the conclusions on the neural network torque control systems effectiveness with offline learning are made; the control system enhancement using co-energy magnetic drive system as well as the inclusion of the residual magnetization material effects in the model is marked. It is noted that the existing systems aligning the magnetization of the actuator materi-als reduce the average torque for the work cycle.
Вентильно-индукторный двигательтехнологическая машинаметод снижения пульсаций«малая и ползучая» скорость»исполнительный механизмматематическая модельмоделирование.switched reluctance motorproduction ma-chinemethod of reducing torque rippleslow and creep speedexecutive mechanismmathematical modelmodeling.
Создание современных технологических машин (ТМ), включая промышленные роботы (ПР) широ-кого назначения, сопряжено с выбором привода и оценкой его технических возможностей — например, для реализа-ции особых режимов работы электропривода и обеспечения нормативов технологического процесса. В настоящее время ведутся поиски схемотехнических решений по управлению вентильно-индукторным двигателем (ВИД). Исследуются возможности его применения в электроприводах промышленных роботов (ПР), другом технологическом оборудовании (ТО), станочных и робототехнических системах (РТС). Известно [1, 2], что особенностью в работе упомя-нутых электроприводов является обеспечение повторно-кратковременных режимов и поддержание равномерности вращения (перемещения) исполнительного механизма (ИМ) рабочего органа (РО) в зоне малой скорости. При ряде хороших технических показателей ВИД и универсальности известных схем управления ими [3] существует некоторая проблема целевого применения таких двигателей в ТМ из-за наличия пульсирующих моментов на валу в зоне малой скорости перемещения ИМ. По мнению авторов, поиск приемлемого решения возможен. Он должен базироваться на взаимосвязи всех составляющих ТМ: механических, электрических, информационных, в целом определяющих технические характеристики и работоспособность ТМ. Решение задачи повышения равномерности движения и стабильно-сти позиционирования ИМ с электроприводом на базе ВИД является важнейшим ориентиром при выборе электропри-вода ТМ, способного программно работать с заданными характеристиками в зоне низких и ползучих скоростей дви-жения ИМ.
Карнаухов, Н. Ф. Коррекция механических характеристик частотного электропривода технологических машин в зоне малой скорости движения исполнительного механизма / Н. Ф. Карнаухов, М. Н. Филимонов, Д. А. Статовой // Наука, техника и технология ХХI века (НТТ-2013) : мат-лы V междунар. науч.-техн. конф. / Кабардино-балкарcкий университет. - Нальчик, 2013. - С. 433.Karnaukhov, N.F., Filimonov, M.N., Statovoy, D.A. Korrektsiya mekhanicheskikh kharakteristik chastotnogo elektroprivoda tekhnologicheskikh mashin v zone maloy skorosti dvizheniya ispolnitel´nogo mekhanizma. [Correction of mechanical characteristics of the production machine variable-frequency drive in the low velocity zone of the actuator movement.] Nauka, tekhnika i tekhnologiya KhKhI veka (NTT-2013): mat-ly V mezhdunar. nauch.-tekhn. konf. [Science,processes and technology of the XXI century (NTT-2013): Proc. V Int. Sci.-Eng. Conf.] Kabardino-Balkarian State University, Nalchik, 2013, p. 433 (in Russian).Карнаухов, Н. Ф. Математическая модель вентильно-реактивного двигателя мехатронной системы при одноимпульсном питании / Н. Ф. Карнаухов, Г. В. Дзаян, Н. В. Русин // Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-21) : сб. тр. XXI междунар. науч. конф. - Саратов, 2008. - Cекц. 9, 14. -Т. 7. - С. 25-27.Karnaukhov, N.F., Dzayan, G.V., Rusin, N.V. Matematicheskaya model´ ventil´no-reaktivnogo dvigatelya mekhatronnoy sistemy pri odnoimpul´snom pitanii. [Mathematical model of valve-jet engine of mechatronic system at single-pulse power supply.] Matematicheskie metody v tekhnike i tekhnologiyakh (MMTT-21) : sb. tr. XXI mezhdunar. nauch. konf. [Mathematical Methods in Engineering and Technology (MMTT-21): Proc. XXI Int. Sci. Conf.] Saratov, 2008, sections 9, 14, vol. 7, pp. 25-27 (in Russian).Петрушин, А. Д. Оценка влияния неравномерности воздушного зазора на величину сил одностороннего притяжения ротора к статору вентильно-индукторной электрической машины / А. Д. Петрушин, Е. Е. Илясова // Вестник ВЭлНИИ. - 2011. - № 2. - P. 84-93.Petrushin, А.D., Ilyasova, E.E. Otsenka vliyaniya neravnomernosti vozdushnogo zazora na velichinu sil odnostoronnego prityazheniya rotora k statoru ventil´no-induktornoy elektricheskoy mashiny.[Evaluation of air gap unevenness influence on magnitude of forces of one-way pull of rotor to the stator of valve-inductor of valve-inductor electrical machine.] Vestnik VELNII, 2011, no. 2, pp. 84-93 (in Russian).Suryadevara, R. Control techniques for torque ripple minimization in switched reluctance motor: An overview / R. Suryadevara, B.-G. Fernandes // IEEE 8th International Conference on Industrial and Information Systems : conf. proc. - Peradeniya, 2013. - P. 24-29.Suryadevara, R., Fernandes, B.-G. Control techniques for torque ripple minimization in switched reluctance motor: An overview. IEEE 8th International Conference on Industrial and Information Systems: conf. proc. Peradeniya, 2013, pp. 24-29.Mousavi-Aghdam, S. R. A new method to reduce torque ripple in switched reluctance motor using fuzzy sliding mode / S.-R. Mousavi-Aghdam, M.-B.-B. Sharifian, M.-R. Banaei // Iranian journal of fuzzy systems. - 2012. - Vol. 9, № 1. - P. 97-108.Mousavi-Aghdam, S. R., Sharifian, M.-B.-B., Banaei, M.-R. A new method to reduce torque ripple in switched reluctance motor using fuzzy sliding mode. Iranian journal of fuzzy systems, 2012, vol. 9, no. 1, pp. 97-108.Divandari, M. Radial force and torque ripple optimization for acoustic noise reduction of SRM drives via fuzzy logic control / M. Divandari, A. Dadpour // 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications - INDUSCON 2010. - Sao Paulo, 2010. -P. 1-6.Divandari, M., Dadpour, A. Radial force and torque ripple optimization for acoustic noise reduction of SRM drives via fuzzy logic control. 9th IEEE/IAS International Conference on Industry Applications - INDUSCON 2010. Sao Paulo, 2010, pp. 1-6.Srinivas, P. DTC of switched reluctance motor drive using simplified torque equation / P. Srinivas // International Journal Of Advanced Research In Electrical, Electronics And Instrumentation Engineering. -2015. -Vol 4, № 1. -P. 92-95.Srinivas, P. DTC of switched reluctance motor drive using simplified torque equation. International Journal Of Advanced Research In Electrical, Electronics And Instrumentation Engineering, 2015, vol 4, no. 1, pp. 92-95.Torque Ripple Minimization Scheme Using Torque Sharing Function Based Fuzzy Logic Control for a Switched Reluctance Motor / H.-S. Ro [et al.] // Journal of Electrical Engineering & Technology. -2015. -Vol. 10, № 1. -P. 118-127.Ro, H.-S., et al. Torque Ripple Minimization Scheme Using Torque Sharing Function Based Fuzzy Logic Control for a Switched Reluctance Motor. Journal of Electrical Engineering & Technology, 2015, vol. 10, no. 1, pp. 118-127.Xue, X.-D. Evaluation of torque sharing functions for torque ripple minimization of switched reluctance motor drives in electric vehicles / X.-D. Xue, K.-W.-E. Cheng, N.-C. Cheung // Power Engineering Conference. - Sydney, 2008. - P. 1-6.Xue, X.-D., Cheng, K.-W.-E., Cheung, N.-C. Evaluation of torque sharing functions for torque ripple minimiza-tion of switched reluctance motor drives in electric vehicles. Power Engineering Conference. Sydney, 2008, pp. 1-6.Feedback linearizing control of switched reluctance motors / M. Ilic-Spong [et al.] // IEEE Transactions on Auto-matic Control. - 1987. - Vol. 32, № 5. -P. 371-379.Ilic-Spong, M. et al. Feedback linearizing control of switched reluctance motors. IEEE Transactions on Automatic Control, 1987,vol. 32, no. 5, pp. 371-379.Bae, H.-K. A novel approach to control of switched reluctance motors considering mutual inductance / H.-K. Bae, R. Krishnan // IEEE Industrial Electronics Conference. - Nagoya, 2000. - Vol. 1. - P. 369-374.Bae, H.-K., Krishnan, R. A novel approach to control of switched reluctance motors considering mutualinductance. IEEE Industrial Electronics Conference. Nagoya, 2000, vol. 1, pp. 369-374.Panda, S.-K. Application of nonlinear control to switched reluctance motors: a feedback linearisation approach / S.-K. Panda, P.-K. Dash // IEEE Proceedings - Electric Power Applications. - 1996. -Vol. 143, № 5. -P. 371-379.Panda, S.-K., Dash, P.-K. Application of nonlinear control to switched reluctance motors: a feedback linearisation approach. IEEE Proceedings - Electric Power Applications, 1996, vol. 143, no. 5, pp. 371-379.Lovatt H.-C. A flux controller that improves drive system performance by accounting for magnetic circuit saturation / H.-C. Lovatt // Power Electronics and Applications : Fifth European Conference. -Brighton, 1993. -P. 163-167.Lovatt H.-C. A flux controller that improves drive system performance by accounting for magnetic circuit saturation. Power Electronics and Applications : Fifth European Conference. Brighton, 1993, pp. 163-167.Barrass, P.-G. Flux and torque control of switched reluctance machines / P.-G. Barrass, B.-C. Mecrow // IEEE Proceedings - Electric Power Applications. - 1998. - Vol. 145, № 6. -P. 519-527.Barrass, P.-G., Mecrow, B.-C. Flux and torque control of switched reluctance machines. IEEE Proceedings - Electric Power Applications, 1998, vol. 145, no. 6, pp. 519-527.Петрушин, А. Д. Бездатчиковый пуск вентильно-индукторных электрических машин / А. Д. Петрушин, М. В. Чавычалов // Вестник РГУПС. - 2012. - № 3. - P. 34-38.Petrushin, А.D., Tchavychalov, M.V. Bezdatchikovyy pusk ventil´no-induktornykh elektricheskikh mash-in. [Sensorless start of switched reluctance electric machines.] Vestnik RGUP, 2012, no. 3, pp. 34-38 (in Russian).Castro S.-J., Andrada G.-P., Blanqué M.-B. Minimization of torque ripple in switched reluctance motor drives us-ing an enhanced direct instantaneous control // International Conference on Electrical Machines. - Marsella, 2012. - P. 1021-1026.Castro S.-J., Andrada G.-P., Blanqué M.-B. Minimization of torque ripple in switched reluctance motor drives us-ing an enhanced direct instantaneous control. International Conference on Electrical Machines. Marsella, 2012, pp. 1021-1026.