Підвищення робастності асинхронного електроприводу з векторним керуванням - Автореферат

Більшість існуючих електроприводів змінного струму з системами векторного керування (СВК), що використовуються сьогодні в промисловості, містять спільний недолік, а саме - погіршення їх характеристик при дії різноманітних збурень, а особливо при варіаціях параметрів двигуна в процесі його експлуатації або при неточній ідентифікації змінних стану. Особливу увагу приділено блоку ідентифікації змінних стану, зокрема застосуванню естиматорів на основі штучних нейронних мереж. Дослідження проводилися відповідно до наукового напрямку інституту енергетики та систем керування Національного університету "Львівська політехніка" „Ресурсозберігаючі технології та інтелектуальні системи керування в енергозабезпеченні обєктів економічної діяльності". Мета роботи - дослідити чутливість до параметричних збурень та точності ідентифікації координат стану СВК та розробити нові підходи для підвищення робастності асинхронного електроприводу, що працює в важких умовах експлуатації. Для досягнення мети необхідно розв‘язати такі задачі: - на основі аналітичного методу проаналізувати чутливість СВК з різними типами регуляторів та визначити параметри і координати стану, що найбільше впливають на роботу системи електроприводу, а також провести порівняльний аналіз різних СВК з точки зору їх параметричної чутливості;В результаті аналізу вітчизняних та зарубіжних джерел зроблено висновок, що підвищення робастності СВК вимагає розвязку ряду теоретичних та практичних задач, повязаних з: аналізом чутливості систем векторного керування до параметричних збурень та точності ідентифікації координат стану з метою формулювання рекомендацій щодо вибору структури системи в кожному окремому випадку; розробкою ефективного алгоритму ідентифікації параметрів заступної схеми АД для синтезу регуляторів та естиматорів координат стану; вдосконаленням існуючих та створенням нових способів ідентифікації координат стану з метою покращення точності відтворення естимованих величин, зокрема з використанням теорії штучних нейронних мереж. У другому розділі на основі вибраного аналітичного методу дослідження чутливості систем проведено аналіз різних схем СВК та наведено результати отримані як з застосуванням даного методу при використанні спрощеної моделі СВК так і на основі математичних моделей найпоширеніших схем з векторним керуванням. В загальному випадку, в теорії автоматичного керування розглядають функцію чутливості, як частинну похідну реакції досліджуваної координати системи до зміни одного з параметрів. А при побудові т.зв. функцій чутливості, чи то в часовій чи в частотній областях, як показано в роботах Юсупова, Розенвассера, Томовича, можна лише якісно порівняти параметричну чутливість різних систем або оцінити наглядно вплив того чи іншого параметра на вихідні координати. Так, при сталому незалежному від частоти розкиді, для одного параметра міру чутливості відповідно до прийнятого підходу можна виразити наступним чином: , (1) де - середньоквадратичне відхилення параметрів системи.У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нове розвязання науково-прикладної задачі покращення характеристик керованого асинхронного електроприводу, що перебуває під дією параметричних збурень. Забезпечення відповідних динамічних та статичних характеристик асинхронного електроприводу з векторним керуванням при дії параметричних збурень робить необхідним проведення аналізу їх чутливості та вирішення задач вдосконалення способів ідентифікації параметрів заступної схеми АД та координат стану. Розроблені математичні моделі адекватно відображають процеси в системах з векторним керуванням і дають змогу аналізувати вплив зміни параметрів двигуна в процесі експлуатації на характеристики електроприводу. Запропонований метод ідентифікації параметрів заступної схеми АД забезпечує високу точність їх визначення (до 2% похибки визначення активних опорів) і дає змогу створювати конкурентноздатні системи керованого електроприводу.

2. Основний зміст роботи

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення та нове розвязання науково-прикладної задачі покращення характеристик керованого асинхронного електроприводу, що перебуває під дією параметричних збурень. Виконані в дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити наступні висновки: 1. Забезпечення відповідних динамічних та статичних характеристик асинхронного електроприводу з векторним керуванням при дії параметричних збурень робить необхідним проведення аналізу їх чутливості та вирішення задач вдосконалення способів ідентифікації параметрів заступної схеми АД та координат стану.

2. Застосування аналітичного методу аналізу чутливості СВК дозволило провести їх класифікацію, а також визначити чутливість окремих контурів до зміни параметрів та точності ідентифікації координат стану.

3. Розроблені математичні моделі адекватно відображають процеси в системах з векторним керуванням і дають змогу аналізувати вплив зміни параметрів двигуна в процесі експлуатації на характеристики електроприводу.

4. Запропонований метод ідентифікації параметрів заступної схеми АД забезпечує високу точність їх визначення (до 2% похибки визначення активних опорів) і дає змогу створювати конкурентноздатні системи керованого електроприводу.

5. В результаті проведених досліджень синтезовано оптимальні налаштування замкнених естиматорів потокозчеплення, а також отримано оптимальні структури штучних нейронних мереж, що забезпечують покращення характеристик електроприводу.

6. Застосування в системах векторного керування традиційних структур нейронних мереж прямого поширення сигналу (НМПП), які є статичними за своєю природою, не забезпечує задовільної точності відтворення вектора потокозчеплення в замкнутій системі, внаслідок використання вхідних сигналів напруги з виходу інвертора з ШІМ. Запропонована в роботі каскадна структура НМПП дає змогу уникнути цього недоліку.

7. Рекурентні нейронні мережі (РНМ) забезпечують створення робастних СВК і тим самим покращують характеристики цих систем при дії параметричних збурень у порівнянні з системами, в яких застосовано традиційні естиматори. Зокрема застосування РНМ забезпечує зменшення низькочастотних коливань моменту та покращення форми фазних струмів статора.

8. Результати дослідження СВК отримані з використанням розробленої експериментальної установки, відповідають результатам отриманим для даних систем на основі їх математичних моделей, а також підтверджують доцільність застосування нейронних мереж в системах керованих електроприводів, в яких присутні параметричні збурення для підвищення робастності та покращення їх характеристик.

1. Smetana I.V., Losynsky A.O., Klytta M., Garbrecht F-W. Identification of induction cage motor flux using state variables // Вісник НТУ “ХПІ”, “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - Харків, - 2002. - №12, Т.1. - C. 121-122.

2. Smetana I.V., Losynsky A.O., Klytta M., Garbrecht F-W. Design and Simulation of an Identification Method for DC Motor Parameters // Вісник НТУ “ХПІ”, “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - Харків, - 2002. - №12, Т.2, - C. 389-392.

3. Сметана І.В., Лозинський А.О., Клюта М., Гарбрехт Ф.-В. Порівняльний аналіз параметричної чутливості різних схем векторного керування електроприводом змінного струму // Вісник НТУ “ХПІ”, “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. - Харків, - 2003, - №10, Т.1, - C. 89-90.

4. Smetana I.V., Losynsky A.O., Klytta M., Garbrecht F-W. Method for parameters identification of an asynchronous machine. // Технічна електродинаміка. - Київ, - 2003. - Ч.3, - С. 68-71.

5. Сметана І.В., Лозинський А.О. Застосування штучних нейронних мереж для підвищення точності ідентифікації потокозчеплення в системах електроприводу з векторним керуванням // Міжв. наук.-техн. збірник "Електромашинобудування та електрообладнання", вип. 63, - Київ: Техніка, 2004. - С. 7-16.

6. Сметана І.В., Лозинський А.О. Чутливість систем векторного керування до параметричних збурень та точності ідентифікації координат стану // Вестник СЕВГТУ “Автоматизация процессов и управление”. - Севастополь, - 2004. - №58, - С. 119-130.

7. Сметана І.В., Лозинський А.О. Аналіз чутливості систем електроприводу з векторним керуванням на базі АД з к.з. ротором до параметричних збурень // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” - „Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - Львів, - 2003. - №479, - C. 172-179.

8. Сметана І.В., Лозинський А.О. Методи ідентифікації координат стану. Аналіз проблем та шляхи їх вирішення // Вісник Національного університету „Львівська політехніка” - „Електроенергетичні та електромеханічні системи”. - Львів, - 200. - №485. - С. 118-125.

9. Сметана І.В. Експериментальна установка для реалізації складних високоточних алгоритмів керування електроприводом змінного струму // Наук. зб. ВНТУ - “Вісник Вінницького Політехнічного Інституту”. - Вінниця, - 2005. - №1(58), - С. 22-25.

10. Smetana I.V., Losynsky A.O. M. Klytta, F-W.Garbrecht. The harmonical analysis of induction motor phase currents in Direct Torque Control and Fuzzy Sliding Mode control systems // CPE - 2003. - Gdansk - Zelona Gura, Poland. - P. 67-69.

11. Сметана І.В., Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Ідентифікація потокозчеплення в системах керування електроприводом змінного струму // Матеріали 9-ої міжнародної конференції по автоматичному управлінні “Автоматика - 2002”. - Донецьк, - 2002. - Т.1. - C. 139-139.

12. Сметана І.В., Лозинський А.О. Чутливість систем векторного керування до параметричних збурень та точності ідентифікації координат стану. Матеріали 10-ої міжнародної конференції по автоматичному управлінні “Автоматика-2003”. - Севастополь, 2003. - Т.1, - С. 176-177.

Размещено на .ru