Формалізований опис елементів напівпровідникових перетворювачів електроенергії на різних рівнях декомпозиції

Abstract

У статті розглянуті принципи математичного опису елементів напівпровідникових перетворювачів електроенергії на прикладі системи частотного керування асинхронним двигуном для визначення її компонентного і структурного складу, а також виконання аналізу процесів логіко-динамічного перетворення інформації при взаємодії між собою всіх підсистем мікропроцесорної системи керування. Показано недоліки і обмеження використовуваних формальних методів опису процесів в системах керування. Визначено правила опису функціональних структур, таких як випрямляч, пасивний фільтр, інвертор, асинхронний двигун, мікроконтролер, на різних рівнях декомпозиції системи керування напівпровідниковим перетворювачем електроенергії. Розроблено структурно-функціональну модель мікропроцесорної системи частотного керування асинхронним двигуном, використання якої дозволило визначити відносини і типи зв'язків між підсистемами керування і візуалізації, а також описати функціональні можливості елементів окремих підсистем і алгоритми обробки сигналів. Перевагою запропонованого в роботі підходу є можливість використання різних рівнів декомпозиції для формалізованого опису підсистем і елементів систем керування напівпровідниковими перетворювачами електроенергії, в тому числі систем частотного керування асинхронними двигунами, що дозволяє виділити найбільш важливі аспекти опису на різних стадіях проектування і аналізу системи. Представлені в явному вигляді позначення елементів моделі і елементів перетворення сигналів залишаються прозорими для розробника, і містять інформацію про призначення елементів системи, вимоги до взаємодії з іншими підсистемами обробки сигналів, та їх функціональні можливості. Використання запропонованого в роботі підходу дає можливість формування математичних моделей напівпровідникових перетворювачів електроенергії та їх систем керування з підвищеним інформаційним змістом, дозволяє виконати аналіз системи шляхом багаторівневої декомпозиції для створення уявлення про її основні властивості, оцінити якість її структури та елементів з позиції загального системного підходу.The article describes the principles of mathematical description of the elements of semiconductor electricity converters on the example of an induction motor frequency control system to determine its component and structural composition, as well as analyzing the processes of logical-dynamic information conversion in the interaction of all subsystems of the microprocessor control system. The disadvantages and limitations of the formal methods used to describe processes in control systems are shown. The rules for describing functional structures, such as a rectifier, a passive filter, an inverter, an induction motor, a microcontroller, are defined at various levels of decomposition of the semiconductor electric power converter and its control system. A structural-functional model of a microprocessor control system of induction motor has been developed. The use of proposed functional model allows to define relations and types of connections between control and visualization subsystems, as well as describing the functionality of elements of individual subsystems and signal conversion algorithms. The advantage of the approach proposed in the article is the possibility of using different levels of decomposition for the formalized presentation of subsystems and elements of semiconductor electric power control systems, including frequency control systems for induction motors, which allows to highlight the most important aspects of the description at various stages of system design and analysis. The explicit designations of the elements of the model and the signal conversion elements remain transparent to the developer, and contain information about the purpose of the system elements, the requirements for interaction with other signal transformation subsystems, and their functionality. The use of the proposed approach allows the formation of mathematical models of semiconductor electricity converters and their control systems with enhanced information content, allows to analyze systems by multi-level decomposition to create an idea of its basic properties, to assess the quality of its structure and elements from the perspective of a common systems approach.