Імпульсний стабілізатор струму з цифровим керуванням для системи електроживлення плазмотрону

Abstract

UK: 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. EN: Purpose. Solution of theoretical and practical problems on providing digital control of a pulse converter usinghigh-speed microprocessor tools in the output current stabilization mode with provision of a specified duration of transient processes caused by an increase in load voltage and output current astaticity, which allows to obtain significant advantages over analog versions. Methodology. Review of literary and patent sources on the subject, theory of pulse automatic control systems, mathematical modeling of processes in pulse current stabilizers in the MATLAB / Simulink software environment and physical prototyping. Findings. A simulation model of an autonomous power supply system based on a converter using soft switching technology of transistors and an arc load is presented. A control law is synthesized and a model of a pulse current stabilizer is developed. A method is proposed and ways are found to control a pulse current stabilizer that provide a given duration of transients and astatism of the output current. A model of a pulse stabilizer with digital control based on a single-crystal computing module is developed and manufactured. The results of the study confirm the achievement of a finite duration of transient processes caused by a step change in the load voltage, close to 3-4 periods of conversion and output current astaticism. It is shown that the use of a pulse stabilizer using a fully digital control circuit has undeniable advantages over analog systems. Originality. The problem of synthesizing a digital controller for a given control time by the method of desired transfer functions for a soft switching operating converter on an arc load is solved. In addition to the given control time, additional quality requirements in the steady state are provided. Practical value.The use of microprocessor technology makes it possible not only to implement complex and new highly efficient control algorithms for a converter operating in the pulse current stabilizer mode, but also to perform additional functions for overload protection, self-diagnostics and telemetry of pulse converters. The use of this same digital device simultaneously for the purpose of controlling a pulse converter will allow to abandon analog PWM controllers and thereby reduce its own energy consumption and weight and size characteristics, increase the reliability of the functioning of pulse converters in power supply systems as a whole.