Κινητήρες υψηλής ταχύτηταςλαμβάνουν ολοένα και μεγαλύτερη προσοχή λόγω των προφανών πλεονεκτημάτων τους, όπως η υψηλή πυκνότητα ισχύος, το μικρό μέγεθος και βάρος, και η υψηλή απόδοση εργασίας. Ένα αποτελεσματικό και σταθερό σύστημα κίνησης είναι το κλειδί για την πλήρη αξιοποίηση της εξαιρετικής απόδοσης τουκινητήρες υψηλής ταχύτηταςΑυτό το άρθρο αναλύει κυρίως τις δυσκολίες τουκινητήρα υψηλής ταχύτηταςπροωθεί την τεχνολογία από τις πτυχές της στρατηγικής ελέγχου, της εκτίμησης γωνιών και του σχεδιασμού τοπολογίας ισχύος, και συνοψίζει τα τρέχοντα ερευνητικά αποτελέσματα στην εγχώρια και διεθνή αγορά. Στη συνέχεια, συνοψίζει και προβλέπει την τάση ανάπτυξης τηςκινητήρα υψηλής ταχύτηταςτεχνολογία οδήγησης.
Μέρος 02 Περιεχόμενο Έρευνας
Κινητήρες υψηλής ταχύτηταςέχουν πολλά πλεονεκτήματα όπως υψηλή πυκνότητα ισχύος, μικρό όγκο και βάρος, και υψηλή απόδοση εργασίας. Χρησιμοποιούνται ευρέως σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η εθνική άμυνα και ασφάλεια, η παραγωγή και η καθημερινή ζωή, και αποτελούν απαραίτητο ερευνητικό περιεχόμενο και κατεύθυνση ανάπτυξης σήμερα. Σε εφαρμογές φορτίου υψηλής ταχύτητας, όπως ηλεκτρικοί άξονες, στροβιλομηχανές, μικροαεριοστρόβιλοι και αποθήκευση ενέργειας με σφόνδυλο, η εφαρμογή κινητήρων υψηλής ταχύτητας μπορεί να επιτύχει μια δομή άμεσης κίνησης, να εξαλείψει τις συσκευές μεταβλητής ταχύτητας, να μειώσει σημαντικά τον όγκο, το βάρος και το κόστος συντήρησης, βελτιώνοντας παράλληλα σημαντικά την αξιοπιστία, και έχει εξαιρετικά ευρείες προοπτικές εφαρμογής.Κινητήρες υψηλής ταχύτηταςσυνήθως αναφέρονται σε ταχύτητες που υπερβαίνουν τα 10kr/min ή σε τιμές δυσκολίας (γινόμενο ταχύτητας και τετραγωνικής ρίζας ισχύος) που υπερβαίνουν το 1 ×. Ο κινητήρας των 105 φαίνεται στο Σχήμα 1, το οποίο συγκρίνει τα σχετικά δεδομένα ορισμένων αντιπροσωπευτικών πρωτοτύπων κινητήρων υψηλής ταχύτητας τόσο στην εγχώρια όσο και διεθνώς. Η διακεκομμένη γραμμή στο Σχήμα 1 είναι το επίπεδο δυσκολίας 1 × 105, κ.λπ.
1,Δυσκολίες στην τεχνολογία κίνησης κινητήρα υψηλής ταχύτητας
1. Ζητήματα σταθερότητας συστήματος σε υψηλές θεμελιώδεις συχνότητες
Όταν ο κινητήρας βρίσκεται σε κατάσταση υψηλής θεμελιώδους συχνότητας λειτουργίας, λόγω περιορισμών όπως ο χρόνος μετατροπής από αναλογικό σε ψηφιακό, ο χρόνος εκτέλεσης αλγορίθμου ψηφιακού ελεγκτή και η συχνότητα μεταγωγής του μετατροπέα, η συχνότητα φέροντος του συστήματος κίνησης του κινητήρα υψηλής ταχύτητας είναι σχετικά χαμηλή, με αποτέλεσμα τη σημαντική μείωση της απόδοσης λειτουργίας του κινητήρα.
2. Το πρόβλημα της εκτίμησης θέσης ρότορα υψηλής ακρίβειας σε θεμελιώδη συχνότητα
Κατά τη λειτουργία υψηλής ταχύτητας, η ακρίβεια της θέσης του ρότορα είναι κρίσιμη για την λειτουργική απόδοση του κινητήρα. Λόγω της χαμηλής αξιοπιστίας, του μεγάλου μεγέθους και του υψηλού κόστους των μηχανικών αισθητήρων θέσης, οι αλγόριθμοι χωρίς αισθητήρες χρησιμοποιούνται συχνά σε συστήματα ελέγχου κινητήρων υψηλής ταχύτητας. Ωστόσο, υπό συνθήκες λειτουργίας υψηλής θεμελιώδους συχνότητας, η χρήση αλγορίθμων χωρίς αισθητήρες θέσης είναι ευάλωτη σε μη ιδανικούς παράγοντες, όπως η μη γραμμικότητα του αντιστροφέα, οι χωρικές αρμονικές, τα φίλτρα βρόχου και οι αποκλίσεις των παραμέτρων επαγωγής, με αποτέλεσμα σημαντικά σφάλματα εκτίμησης της θέσης του ρότορα.
3. Καταστολή κυματισμών σε συστήματα κίνησης κινητήρα υψηλής ταχύτητας
Η μικρή αυτεπαγωγή των κινητήρων υψηλής ταχύτητας οδηγεί αναπόφευκτα στο πρόβλημα της μεγάλης κυμάτωσης ρεύματος. Η πρόσθετη απώλεια χαλκού, η απώλεια σιδήρου, η κυμάτωση ροπής και ο θόρυβος από κραδασμούς που προκαλούνται από την υψηλή κυμάτωση ρεύματος μπορούν να αυξήσουν σημαντικά τις απώλειες των συστημάτων κινητήρων υψηλής ταχύτητας, να μειώσουν την απόδοση του κινητήρα και οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές που προκαλούνται από τον υψηλό θόρυβο από κραδασμούς μπορούν να επιταχύνουν τη γήρανση του οδηγού. Τα παραπάνω ζητήματα επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό την απόδοση των συστημάτων κίνησης κινητήρων υψηλής ταχύτητας και ο σχεδιασμός βελτιστοποίησης των κυκλωμάτων υλικού χαμηλών απωλειών είναι κρίσιμος για τα συστήματα κίνησης κινητήρων υψηλής ταχύτητας. Συνοψίζοντας, ο σχεδιασμός ενός συστήματος κίνησης κινητήρα υψηλής ταχύτητας απαιτεί ολοκληρωμένη εξέταση πολλαπλών παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της σύζευξης βρόχου ρεύματος, της καθυστέρησης συστήματος, των σφαλμάτων παραμέτρων και των τεχνικών δυσκολιών όπως η καταστολή της κυμάτωσης ρεύματος. Είναι μια εξαιρετικά πολύπλοκη διαδικασία που θέτει υψηλές απαιτήσεις στις στρατηγικές ελέγχου, την ακρίβεια εκτίμησης θέσης του ρότορα και τον σχεδιασμό τοπολογίας ισχύος.
2, Στρατηγική ελέγχου για σύστημα κίνησης κινητήρα υψηλής ταχύτητας
1. Μοντελοποίηση Συστήματος Ελέγχου Κινητήρα Υψηλής Ταχύτητας
Τα χαρακτηριστικά της υψηλής θεμελιώδους συχνότητας λειτουργίας και του χαμηλού λόγου συχνότητας φέροντος σήματος σε συστήματα κίνησης κινητήρων υψηλής ταχύτητας, καθώς και η επίδραση της σύζευξης και της καθυστέρησης του κινητήρα στο σύστημα, δεν μπορούν να αγνοηθούν. Επομένως, λαμβάνοντας υπόψη τους δύο παραπάνω βασικούς παράγοντες, η μοντελοποίηση και η ανάλυση της ανακατασκευής συστημάτων κίνησης κινητήρων υψηλής ταχύτητας είναι το κλειδί για την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης οδήγησης των κινητήρων υψηλής ταχύτητας.
2. Τεχνολογία ελέγχου αποσύνδεσης για κινητήρες υψηλής ταχύτητας
Η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη τεχνολογία σε συστήματα κίνησης κινητήρων υψηλής απόδοσης είναι ο έλεγχος FOC. Σε απάντηση στο σοβαρό πρόβλημα σύζευξης που προκαλείται από την υψηλή θεμελιώδη συχνότητα λειτουργίας, η κύρια ερευνητική κατεύθυνση είναι επί του παρόντος οι στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης. Οι στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης που μελετώνται επί του παρόντος μπορούν να χωριστούν κυρίως σε στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης που βασίζονται σε μοντέλο, στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης που βασίζονται σε αντιστάθμιση διαταραχών και στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης που βασίζονται σε ρυθμιστή σύνθετων διανυσμάτων. Οι στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης που βασίζονται σε μοντέλο περιλαμβάνουν κυρίως αποσύνδεση προς τα εμπρός και αποσύνδεση με ανάδραση, αλλά αυτή η στρατηγική είναι ευαίσθητη στις παραμέτρους του κινητήρα και μπορεί ακόμη και να οδηγήσει σε αστάθεια του συστήματος σε περιπτώσεις μεγάλων σφαλμάτων παραμέτρων και δεν μπορεί να επιτύχει πλήρη αποσύνδεση. Η χαμηλή απόδοση δυναμικής αποσύνδεσης περιορίζει το εύρος εφαρμογής της. Οι δύο τελευταίες στρατηγικές ελέγχου αποσύνδεσης αποτελούν επί του παρόντος ερευνητικά hotspots.
3. Τεχνολογία αντιστάθμισης καθυστέρησης για συστήματα κινητήρων υψηλής ταχύτητας
Η τεχνολογία ελέγχου αποσύνδεσης μπορεί να λύσει αποτελεσματικά το πρόβλημα σύζευξης των συστημάτων κίνησης κινητήρων υψηλής ταχύτητας, αλλά η σύνδεση καθυστέρησης που εισάγεται από την καθυστέρηση εξακολουθεί να υπάρχει, επομένως απαιτείται αποτελεσματική ενεργή αντιστάθμιση για την καθυστέρηση του συστήματος. Προς το παρόν, υπάρχουν δύο κύριες στρατηγικές ενεργητικής αντιστάθμισης για την καθυστέρηση του συστήματος: στρατηγικές αντιστάθμισης που βασίζονται σε μοντέλο και στρατηγικές αντιστάθμισης ανεξάρτητες από το μοντέλο.
Μέρος 03 Συμπέρασμα Έρευνας
Με βάση τα τρέχοντα ερευνητικά επιτεύγματα στονκινητήρα υψηλής ταχύτηταςΗ τεχνολογία κίνησης στην ακαδημαϊκή κοινότητα, σε συνδυασμό με τα υπάρχοντα προβλήματα, οι κατευθύνσεις ανάπτυξης και έρευνας των κινητήρων υψηλής ταχύτητας περιλαμβάνουν κυρίως: 1) έρευνα για την ακριβή πρόβλεψη ρεύματος υψηλής θεμελιώδους συχνότητας και ζητήματα που σχετίζονται με την καθυστέρηση ενεργητικής αντιστάθμισης· 3) έρευνα σε αλγόριθμους ελέγχου υψηλής δυναμικής απόδοσης για κινητήρες υψηλής ταχύτητας· 4) έρευνα για την ακριβή εκτίμηση της θέσης της γωνίας και του μοντέλου εκτίμησης της θέσης του ρότορα στο πεδίο πλήρους ταχύτητας για κινητήρες εξαιρετικά υψηλής ταχύτητας· 5) έρευνα για την τεχνολογία πλήρους αντιστάθμισης για σφάλματα σε μοντέλα εκτίμησης θέσης κινητήρων υψηλής ταχύτητας· 6) έρευνα για την τοπολογία ισχύος κινητήρων υψηλής συχνότητας και υψηλής απώλειας υψηλής ταχύτητας.
Ώρα δημοσίευσης: 24 Οκτωβρίου 2023
