Технические науки/6. Электротехника и радиоэлектроника

К.т.н. Саушев А.В., Абрашкин А.В., к.т.н. Белоусова, Троян Д.И.

Государственный университет морского и речного флота

имени адмирала С.О. Макарова, Россия

Перспективы развития электромеханических систем

Электромеханические системы (ЭМС) составляют основу единого энергетического процесса производства, распределения и использования электрической энергии. Под ЭМС обычно понимают совокупность взаимодействующих элементов, осуществляющих взаимное преобразование механической и электрической энергий, которые обеспечивают заданную цель и качество процесса преобразования. В зависимости от цели преобразования энергии и состава элементов ЭМС можно разделить на следующие группы: источники электроэнергии; электроприводы; двигатель-генераторные системы.

Перспективы развития ЭМС определяются необходимостью повышения показателей их качества, экономии энергетических ресурсов и сводятся к следующим направлениям: совершенствование силовых элементов ЭМС (преобразователей электрической энергии, электродвигателей, механических передаточных устройств), направленное на повышение показателей их надежности и технико-экономических показателей. Использование более простых, дешевых и надежных элементов; внедрение в практику новых принципов и систем управления силовыми элементами ЭМС; разработка новых методов структурного и параметрического синтеза [1].

Основным направлением развития ЭМС является совершенствование их структуры, разработка новых конструкций силовых электрических и электромеханических преобразователей, а также внедрение современных принципов и методов их управления на основе стремительно развивающихся информационных технологий и роста стоимости энергоносителей.

Рассмотрим эту тенденцию на примере наиболее широкого класса ЭМС – автоматизированных электроприводов (АЭП).

Последние годы характеризуются повсеместным внедрением в практику регулируемых электроприводов, что позволяет существенно повысить технические показатели оборудования и расширить функциональные возможности системы. При этом до 50% снижается потребляемая АЭП мощность, что приводит к заметной экономии электроэнергии и позволяет создавать энергоресурсосберегающие технологии.

Новые методы прямого цифрового управления исполнительными механизмами и прежде всего системы векторного управления, позволяют создавать надежные, адаптивные АЭП с автоматической идентификацией параметров. При этом имеющихся вычислительных ресурсов классических микроконтроллеров уже не хватает для решения поставленных практикой задач. Системы векторного управления АЭП переменного тока требуют значительных вычислительных ресурсов, обусловленные, в частности, необходимостью координатных и фазных преобразований и наблюдателей. На их замену пришли специализированные сигнальные микроконтроллеры.

Дальнейшим развитием является повышение разрядности микроконтроллеров. Это позволит не только повысить точность вычислений и скорость обработки информации, но и отказаться от программирования на языке Ассемлера с переходом на принципиально иной, проблемно-ориентированный язык высокого уровня С++. При этом появляется возможность интерактивной отладки рабочих программ в реальном масштабе времени непосредственно на языке высокого уровня с использованием интегрированных средств типа Code Composer Studio и внутрисхемных эмуляторов, подключенных к компьютеру [2].

Учитывая, что основным содержанием развития человечества на современном этапе является переход от индустриального общества к информационному обществу, в котором определяющая роль принадлежит информационным технологиям, наиболее перспективным представляется развитие мехатронных систем управления исполнительными механизмами рабочих машин с одновременным управлением техническим состоянием самой системы [3].

Это направление приведет к созданию распределенной системы управления АЭП, объединенными в единую сеть. Каждый отдельный привод в системе является автономным и может работать независимо от сети. Поскольку количество связей у привода минимально, а процессор имеет практически мгновенный доступ ко всем элементам, обеспечивается высокая надежность, гибкость и быстродействие системы. По сети осуществляется согласование работы АЭП, при этом механическая часть в случае многодвигательных электроприводов может быть значительно упрощена и удешевлена за счет автоматизации работы согласованных приводов. Для управления системой может быть использована любая CAN-панель или персональный компьютер. Преобразователь частоты, как элемент системы, должен иметь беспроводный интерфейс, а сама система управления в перспективе должна быть оборудована прямым выходом в Internet и возможностями удаленной диспетчеризации и настройки.

Непрерывная идентификация параметров элементов ЭМС в режиме реального времени наряду с методами управления состоянием, обеспечат высоконадежную работу всей системы [1, 4].

Литература

1. Саушев А.В. Методы управления состоянием электротехнических систем: СПб.: СПГУВК, 2004. – 126 с.

2. Козаченко В.Ф. Перспективная микропроцессорная элементная база и опыт разработки современных систем управления электроприводами и силовыми преобразователями энергии. Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3, часть1: Тула: ТулГУ, 2010. – с. 14–28.

3. Теряев Е.Д., Филимонов Н.Б., Петрин К.В. Мехатроника как компьютерная парадигма развития технической кибернетики// Мехатроника, автоматизация, управление. – 2009. – №6. – с. 2–10.

4. Саушев А.В. Планирование эксперимента в электротехнике: СПб. СПГУВК, 2012. – 216 с.