CC BY
31TECHNICAL SCIENCE / <<ШУШМУМ~^©и©Ма1>#М43)),2Ш9
УДК 621.313
Макаров Д.В.
DOI: 10.24411/2520-6990-2019-10609 АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗУЖДЕНИЯ И ЧАСТОТЫ БЕСКОНТАКТНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
Makarov D. V.
ADAPTIVE CONTROL SYSTEM OF ASCENSION AND FREQUENCY OF CONTACTLESS
SYNCHRONOUS GENERATOR
Аннотация
В статье решается задача исследования и разработки адаптивной системы регулирования возбуждения и частоты бесконтактного синхронного генератора на базе нейронной сети. Автором приводится патентный обзор существующих адаптивных систем регулирования. В результате теоретического исследования выявлены достоинства и недостатки приведенных систем, предложена структурная схема регулятора частоты и возбуждения синхронного генератора, обеспечивающая повышение качества регулирования частоты, путем увеличения быстродействия регулирования и увеличения устойчивости регулирования во всем возможном диапазоне изменения тока нагрузки синхронного генератора.
Abstract
The article solves the problem of research and development of an adaptive control system of excitation and frequency of a contactless synchronous generator based on a neural network. The author provides a patent review of existing adaptive regulatory systems. As a result of theoretical studies revealed the advantages and disadvantages of the above systems, the proposed structural scheme of the inverter and synchronous generator excitation in order to improve the quality of regulation of the frequency by increasing the speed regulation and stability of regulation throughout the possible range of variation of the load current of the synchronous generator.
Ключевые слова: быстродействие, частота, адаптивная система управления, нейронная сеть, синхронный генератор.
Keywords: speed, frequency, adaptive control system, neural network, synchronous generator.
В отрасли машиностроения и электротехники остро встает вопрос разработки адаптивных систем регулирования частоты и возбуждения бесконтактных синхронных генераторов, а главной задачей является обеспечение точности и быстродействия всех процессов управления. [1]
В настоящее время играет важную роль исследование и разработка адаптивных систем управления - приспосабливающиеся (адаптивные) системы - системы, у которых управляющие параметры или алгоритмы управления адаптируются к возмущающим воздействиям с целью оптимального управления системой. [2] В условиях, когда другие системы с заранее заданными входными параметрами и структурой не могут обеспечить требуемое управляющее воздействие из-за изменения динамических характеристик объекта управления, применяются адаптивные системы.
В статье рассматривается задача исследования и разработки адаптивной системы регулирования частоты и возбуждения бесконтактного синхронного генератора на базе нейронных сетей.
Существующая система регулирования возбуждения путем использования цифровых систем на
основе н ч еткой логики и искусственных нейронных сетей рзбстаегслздующимобразсм: персональный компьютер в реальном времени циклически фиксирует и обрабатывает информацию, поступающую от АЦП через СОМ порты. После каждого цикла обработки информации ПК выдает задающее воздействие току подмагничивания, обеспечивая таким образом заданный уровень напряжения на рабочей обмотке генератора. Блоки АЦП обеспечивают передачу на ПК информацию, поступающую от ИОН и от ИОТ. Запрос на передачу информации поступает на АЦП от ПК через СОМ порты. На ПК от АЦП поступает следующая информация: напряжение на генераторе; значение тока нагрузки. В процессе испытаний персональный компьютер производит расчет значения тока подмагничивания. Протоколирование и вывод результатов испытаний генератора производится с помощью программного обеспечения ПК, разработанного на основе методики испытаний генератора. Достоинствами таких систем является обучаемость, нелинейность, параллельная обработка данных и т.д. Типовая структура системы автоматического регулирования с регулятором на основе нейронной сети приведена на рис. 1. [3]
<<ШУШетиМ~^©У©Ма1>#Ш43)),2©1]9 / TECHNICAL SCIENCE
Рис. 1. Нейросетевая система автоматического регулирования: ИОН — измерительный орган напряжения, ДТ—датчик тока, У—усилитель &&— дифференциатор, ИР — интеллектуальный регулятор
Основными недостатками систем на основе нечеткой логики являются: сложность построения базы правил нечеткого контроллера; отсутствие стандартной методологии проектирования нечетких систем.
Известна адаптивная система управления с непрерывным процессом самонастройки, которая осуществляет непрерывную оптимальную подстройку цифрового ПИД-регулятора под изменяющиеся динамические характеристики объекта управления. Работа ПИД-регулятора основана на использовании активных частотных методов, а именно пробного синусоидального сигнала, подаваемого на вход объекта управления, и оценки в замкнутом контуре вектора АФХ объекта. Недостатком известной системы являются ее неудовлетворительные динамические характеристики, обусловленные наличием заграждающего фильтра 2-го порядка в контуре управления, что приводит к уменьшению запасов устойчивости системы по амплитуде и фазе, и появлению в цепи обратной связи пары комплексных корней, существенно повышающих колебательность и длительность переходных процессов в системе. Преимуществом данной разработки является улучшение динамических характеристик и повышение запасов устойчивости. [4]
Адаптивная схема управления схемой преобразования так же относится к адаптивным схемам для управления системой преобразования. Данная схема управляет системой преобразования мощности. Схема преобразования мощности преобразует входной сигнал в импульсный сигнал, а затем преобразует импульсный сигнал в выходной сигнал. Генератор формирует сигнал управления для упомянутого управления схемой преобразования мощности. Посредством введения в дополнение к генератору схемы компенсации, которая настраивает генератор в зависимости от входной информации для повышения стабильности выходного сигнала, схема преобразования мощности может подавать относительно постоянный выходной сигнал в нагрузку. [5, 6 с.174-179]
На основании вышеизложенного исследования автором предлагается схемотехническое решение системы регулирования частоты и возбуждения бесконтактного синхронного генератора на основе нейрорегулятора. Функциональная схема адаптив-
ной системы регулирования возбуждения и частоты бесконтактного синхронного генератора показана на рис. 2.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При изменении величины и характера нагрузки изменяются значения выходных сигналов датчика тока (19) и измерителя коэффициента мощности (28), что вызывает изменение сигнала на выходе нейросетевого контроллера (26), а также изменяется сигнал на выходе первого измерительного органа частоты (27). Сигналы с выходов нейросетевого контроллера (26) и первого измерительного органа частоты (27) перемножаются в устройстве умножения (25). Выходной сигнал устройства умножения через усилитель (22) поступает на первое исполнительное устройство (24). Первое исполнительное устройство воздействует на второй измерительный орган частоты (23), выходной сигнал которого поступает через второй усилитель (22) на вход второго исполнительного устройства (21). Второе исполнительное устройство воздействует на привод постоянной частоты вращения (20), который соединен с синхронным генератором.
При изменении тока нагрузки изменяется частота синхронного генератора. На выходе первого измерительного органа частоты (27) появляется сигнал, пропорциональный изменению частоты синхронного генератора (17) от номинальной. В зависимости от сигнала на выходе датчика тока (19) и измерителя коэффициента мощности (26) нейросетевой контроллер вырабатывает требуемый сигнал, который, умножаясь на сигнал с выхода первого измерительного органа частоты, поступает на вход первого исполнительного устройства.
Напряжение, измеряемое в заданной точке сети, подается на вход измерительного органа напряжения (1), сигнал с которого подается на аналого-цифровой преобразователь (2) (АЦП). Выход АЦП соединяется с входом нечеткого контроллера (6) и блока дифференцирования (5), в котором происходит вычисление производной ошибки по напряжению Ди'. Сигнал Ди' с блока дифференцирования подается на вход нечеткого контроллера. К входу нечеткого контроллера с выхода измерителя реактивной составляющей тока (9) синхронного генератора через АЦП (10) подается сигнал реактивной составляющей тока 1г. Сигнал 1г ср через АЦП подается на вход нечеткого контроллера. С целью
_TECHNICAL SCIENCE / <<ШУ1©ЗДиМ~^©иТМ&1>>#Мд3)),2Ш9
увеличения быстродействия регулятора вводится правилам управления формирует сигнал напряже-трансформатор тока (7), сигнал с которого через ния, который через цифро-аналоговый преобразо-АЦП (8) подается на вход нечеткого контроллера. ватель (10) и усилитель подается на обмотку воз-Нечеткий контроллер согласно заданным нечетким буждения генератора (16).
Рис. 2. Адаптивная система регулирования возбуждения и частоты бесконтактного синхронного генератора
Система управления, предложенная автором на основе патентного обзора и анализе существующих систем регулирования частоты и возбуждения, имеет ряд преимуществ, таких как одновременное регулирование частоты и возбуждения синхронного генератора, улучшенные динамические характеристики, увеличение запасов устойчивости системы по амплитуде и фазе, существенно понижающих колебательность и длительность переходных процессов в системе.
Список литературы
1. Синхронный генератор переменного тока ИЯЯЬ: asutpp.ru/sinhronnyy ^епегайг-peremennogo-toka.htmlм. Дата посещения: 6.09.2019г.
2. Модернизация электроприводов ИЯКЬ: https://www.asutpp.ru/modernizaciya-
elektroprivodov-stanov-tonkogo-volocheniya.html. Дата посещения: 6.09.2019г.
3. Юревич Е. И. Теория автоматического управления. - СПб. БХВ-Петербург, 2007. - 560с.
4. Спицын А.В., Мазуров В.М. Патент на изобретение «Адаптивная система управления» ЯИ 2339988 С1 от 27.11.2008г. МПК 005Б 13/02.
5. Венд Маттиас, Ван Дер Брук Хайнц В, Сау-эрлендер Георг. Патент на изобретение «Адаптивная схема для управления схемой преобразования» ЯИ 2009 113 004 от 20.10.2010г МПК в018 17/00.
6. Г.Н. Утляков, А.Р. Валеев, В.М. Асадул-лин «Разработка и исследование интеллектуальных систем регулирования напряжения бесконтактных синхронных генераторов» / Вестник УГАТУ. - Уфа. - Т.10. - №1(26). - С.174-179.
