Автоматическое управление двухдвигательным тяговым электромеханическим комплексом рудничного электровоза

О. Н. Синчук; А. Б. Семочкин; В. А. Федотов; Б. В. Жеребкин

УДК 629.423.1

О. Н. СИНЧУК, А. Б. СЕМОЧКИН, В. А. ФЕДОТОВ (КНУ), Б. В. ЖЕРЕБКИН (СПБГУ)

Криворожский национальный университет. 50027, г. Кривой Рог, Днепропетровская обл., ул. ХХ11 партсъезда, д. 11, тел. (056) 409-17-30, Е-таМ: [email protected]

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫМ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ РУДНИЧНОГО ЭЛЕКТРОВОЗА

Введение

Основным видом транспорта железорудных шахт является электровозный, обеспечивающий 100% подземных грузоперевозок [1]. Для этого используются специальные электровозо-составы: электровоз - вагонетки. Специальными для шахт являются и электровозы двуосные, именуемые как рудничные, количество видов которых равно 20-ти [2].

Постановка задачи исследований

Электровозный транспорт является одним из основных потребителей электрической энергии (ЭЭ), потребляя 18 - 20% ЭЭ от всей потребляемой подземными потребителями железорудных шахт [3 - 4]. В связи с этим, вопросы эффективного использования ЭЭ напрямую касаются и внутришахтного транспорта (ВШТ) железорудных шахт. Решая эту проблему в ряде зарубежных стран ведутся, а точнее продолжают вестись, работы по созданию современных и эффективных по технологическим и энергетическим показателям рудничных электровозов и, прежде всего, их тяговых электромеханических систем (ТЭМС)[7 - 12].

Отрадно, что с этой целью в последние годы и в Украине, после более чем 20-летнего периода застоя, возобновлены аналогичные работы по созданию отечественных электроэнергоэф-фективных видов ТЭМС для рудничных электровозов [5 - 9]. В качестве одного из таких

перспективных направлении используются ТЭМС на базе IGBT-преобразователей и асинхронных тяговых электрических двигателей (АТД) [10].

При этом, как правило, акцент в выборе вида управления делается в сторону так называемого способа векторного управления, поскольку он обладает достаточно высоким качеством регулирования [10].

Однако, для двухдвигательного тягового комплекса, работающего параллельно на общую нагрузку, рудничный электровоз, в отличии от других видов электровозов, в силу ряда причин, главной из которых является состояние путевого хозяйства, присущи различные моменты нагрузок ТЭД, которые механически жестко связаны каждый со своей колесной парой.

Решение задачи исследований

Перераспределение нагрузок между двигателями можно осуществить, корректируя сигнал задания скорости вращения индивидуально для каждого из двух слагаемых ТЭМС рудничного электровоза [6]. Коррекцию сигнала задания можно выполнить с использованием нечеткого регулятора (FUZZY- регулятора) [6]. Вариант структуры тягового двухдвигательного регулируемого электропривода с формированием сигнала задания системы векторного управления представлена на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема многодвигательного асинхронного частотно-регулируемого электропривода с

формированием сигнала задания системы векторного управления, для варианта безсенсорного управления

частотой вращения роторов АТД

Система управления многодвигательным электроприводом состоит из двух уровней: нижнего с классической схемой векторного управления ТАД, и верхнего с регулятором нечеткой логики- регулятором сигналов задания скорости вращения роторов ТАД (индивидуально для каждого электропривода). Нижний уровень содержит блоки преобразования трехфазной системы координат (а; Ь; с) в двухфазную (1-2), блоки с алгоритмом векторного управления, преобразователи системы координат (1-2) в в систему координат (и; у), блоки с математической моделью для вычисления по-токосцеплений роторов ^т и скоростей вращения роторов ТАД сог и блоков обратного

преобразования двухфазной системы координат в трехфазную (а; Ь; с). Все эти блоки интегрированы совместно с инвертором и образуют единый полупроводниковый преобразовательный модуль с микропроцессорным управлением. Входом этого модуля является сигнал задания скорости вращения ротора ТАД, а выходом трехфазное синусоидальное напряжение, полученное широтно-импульсной модуляцией.

Процесс формирования сигналов задания скорости вращения электроприводов осуществляется в соответствии с разработанным алгоритмом нечеткого управления.

Структура данного алгоритма (рис. 2):

Fiizzy-perymrop

COÎ [■■МШь Ч A fill dööi dt Фаззи-фккацкя X2 „ База логических правил ЕСЛИ... ТО 71 Деффази-флкацмя 1ш( (L <mmt

ООгзад - * Л-1 у жи дМ

ЮЗ 1 ДСО^ M —ь- Ш*

Асаэ Х4>

LJS-► dt _т

j

Рис. 2. Структура алгоритма системы нечеткого вывода

На вход Fuzzy-регулятора поступают сигналы рассогласования Д©1 и Д©2 фактической скорости вращения роторов ТАД Д©1 и Д®2 с заданным значением ©зад и производные по скорости вращения

d Ю1 d ®2 электроприводов - и-.

dt dt

Выходом нечеткого регулятора являются корректирующие сигналы и1 и и2, которые будут добавлены к опорному сигналу задания скорости вращения роторов АТД.

Представленный алгоритм нечеткого вывода состоит из трех этапов в следующей последовательности:

- преобразование четких значений входных переменных в лингвистические переменные (терм-множества) - этап фаззификации;

- обработка полученной информации в категориях нечеткой логики в соответствии с разработанной на основе экспертных оценок базой логических правил вида ЕСЛИ...ТО;

- переход от категории нечетких множеств к четким значениям выходных переменных - этап деффазификации.

На этом этапе устанавливается соответствие между конкретным (численным) значением отдельной входной переменной системы нечеткого вывода и значением функции принадлежности соответствующего ей значения входной лингвистической переменной. Так для четких значений входных переменных соответствуют лингвистические входные переменные Х1 (ошибка по скорости вращения первого электропривода), х2 (значение производной по скорости вращения первого электропривода), хз (ошибка по скорости вращения второго электропривода) и Х4 (значение производной по скорости вращения второго электропривода), которые заданы терм-множествами треугольного, S- образного и 2-образного вида с некоторой степенью принадлежности в диапазоне от нуля до единицы (рис.3).

Степень принадлежности ^

NB NS 1 Z PS PB

XX XX

-10 -9 -4.5 0 4.5 9 10

Дш1, Дш2

Степень принадлежности

Рис. 3. Фаззификация четких значений входных пе-

d d а-

ременных Аюц, Аю

J2>

Входные лингвистические переменные Х1 и хз заданы пятью терм- множествами в области значений (на универсуме) (-10; +10). Входные лингвистические переменные Х2 и Х4 заданы тремя терм-множествами также на универсуме (-10; +10).

Диапазон универсумов соответствует максимальным положительному и

отрицательному значениям входных переменных нечеткого регулятора и может быть обеспечен, при необходимости, с помощью блоков ограничения.

Количество терм-множеств, которыми заданы входные лингвистические

переменные, было определено экспертным опросом на этапе формирования таблицы логических правил.

Для терм-множеств входных

лингвистических переменные Х1 и хз были сделаны следующие обозначения:

Z - значение входного сигнала Аш1 (АЮ2) близкое к нулю;

N3 - значение входного Аш1 (АЮ2) сигнала отрицательное малое;

КВ - значение входного Аш1 (АЮ2) сигнала отрицательное большое;

Р3 - значение входного сигнала Аш1 (АЮ2) положительное малое;

РВ - значение входного сигнала Аш1 (АЮ2) положительное большое.

Все терм-множества входных

лингвистических переменных заданы тремя точками.

Трем-множество 2: (-4,5;0 0;1 4,5;0);

Трем-множество (-9;0 -4,5; 1 0;0);

Трем-множество КВ: (-10; 1 -9;1 -4,5;0);

Трем-множество РS: (0;0 4,5; 1 9;0);

Трем-множество РВ: (4,5;0 9;1 10; 1).

Для терм-множеств, которыми заданы входные лингвистические переменные х2 и х4 были сделаны следующие обозначения:

2

dал d а-

2 - значение входного сигнала -(dt

близкое к нулю;

)

dd аР - значение входного сигнала -(-)

положительное;

d0ь dа-

N - значение входного сигнала -(-)

dt dt

отрицательное;

Терм-множество 2: (-6;0 0;1 6;0);

Терм-множество Р: (0; 0 6;1 +да;1);

Терм-множество К: (-да; 1 -6;1 0;0).

Все множество комбинаций терм-множеств входных лингвистических переменных образует множество подусловий, которые образуют множество условий состояния объекта регулирования. Для каждого условия состояния объекта существует свое заключение также представленное лингвистической переменной у1 либо у2 соответствующей четкому значению выходной переменной и1 или и2. Выбор конкретного терм-множества заключения выходной лингвистической переменной определяется в соответствии с разработанной таблицей логических правил.

Таблица логических правил содержит эмпирические знания экспертов в области управления тяговыми электроприводами рудничных электровозов, представленные в формальном виде — в виде высказываний (таблица 1.). Экспертами в этой области могут быть, например, проектировщики, наладчики систем управления тяговыми электроприводами, машинисты рудничных электровозов.

Таблица 1

Таблица логических правил системы нечеткого вывода

№ ЕСЛИ (связка & ТО № ЕСЛИ (связка & ТО № ЕСЛИ (связка &) ТО

1 Х1 NB X2 N У1 РВ 11 X1 NB X2 P У1 PS 21 X3 NB X4 Z У2 PB

2 X1 NS X2 N У1 РВ 12 X1 NS X2 P У1 Z 22 Х3 NS X4 Z У2 PS

3 xi Z X2 N У1 PS 13 X1 Z X2 P У1 NS 23 Х3 Z X4 Z У2 Z

4 X1 PS X2 N У1 Z 14 X1 PS X2 P У1 NB 24 Х3 PS Х4 Z У2 NS

5 X1 РВ Х2 N У1 NS 15 X1 PB Х2 P У1 NB 25 Х3 PB Х4 Z У2 NB

6 X1 NB Х2 Z У1 РВ 16 X3 NB Х4 N У2 PB 26 Х3 NB Х4 P У2 PS

7 X1 NS Х2 Z У1 PS 17 X3 NS Х4 N У2 PB 27 Х3 NS Х4 P У2 Z

8 X1 Z Х2 Z У1 Z 18 X3 Z Х4 N У2 PS 28 Х3 Z Х4 P У2 NS

9 X1 PS Х2 Z У1 NS 19 X3 PS Х4 N У2 Z 29 Х3 PS Х4 P У2 NB

10 X1 РВ Х2 Z У1 NB 20 X3 PB Х4 N У2 NS 30 Х3 PB Х4 P У2 NB

Каждое правило данной таблицы содержит одно условие и одно заключение соответствующее этому условию. Каждое условие представлено двумя подусловиями т.е. является сложным высказыванием.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Определение степени истинности сложного высказывания на основе известных значений истинности подусловий, полученных на этапе фаззификации, выполняется с использованием любого из известных выражений для логической конъюнкции.

В данном алгоритме использована формула min-конъюнкции:

Т(хЛх2) = min {p(.х), p.)}, где p(xi) - степень принадлежности лингвистической переменной xi к некоторому множеству;

p(.2) - степень принадлежности лингвистической переменной .2 к некоторому множеству;

T(xiÄ.2) - степень истинности сложного высказывания (конкретного условия) базы логических правил.

Для условий состояния объекта представленного лингвистическими

переменными хз и .4 выполняется аналогичная процедура.

После нахождения степени истинности всех условий рассматриваемой базы логических правил, определяются значения степени истинности всех заключений базы логических правил, которые равны значениям степени истинности соответствующих им условий.

Для нахождения функции степени принадлежности каждой из выходных лингвистических переменных у1 и у2 производится логическое объединение всех функций степени принадлежности заключений, соответствующей лингвистической

переменной. Процедура задания терм-множеств заключений и их обозначения выполнены аналогично входным лингвистическим переменным Х1 и хз (рис.4). В данном алгоритме для нахождения функций принадлежности выходных лингвистических переменных использовано следующее выражение тах-объединения:

м(У1(2)) = тах{р(1), ¡и(2),...^(30)}, где м(У1(2)) - функция степени принадлежности выходной лингвистической переменной у1 или у2;

/л(1), /л(2),...р(30) - функции степени принадлежности заключений (30 - число заключений в таблице логических правил).

Степень принадлежности \л

NB NS 1 Z PS PB

XX >0<

-10 -9 -4.5 0 4.5 9 10

У1 ,2max

u1,2 =-

y1,2min

y1 , 2 max

У1, у2

Рис. 4. Функции степени принадлежности заключений

После определения функции

принадлежности каждой лингвистической переменной, выполняется процедура обратная фаззификации -дефаззификация.

В данном алгоритме переход от категории нечетких значений корректирующих сигналов выходных лингвистических переменных у1 и у2 к обычным (четким) значениям Fuzzy-регулятора и1 и и2 производится наиболее распространенным методом - методом центра тяжести плоских фигур функций степени принадлежности выходных лингвистических переменных у1 и у2 (рис. 5), образованных на этапе аккумуляции заключений, по формуле:

J У1,2 yi,2)dyi,2

J yi,2)dyi,:

y1,2min

где и1,2 - результат дефаззификации - четкие значения корректирующих сигналов на выходе нечеткого регулятора;

у1,2 - выходные лингвистические переменные, представленные некоторыми терм-множествами (заключениями);

/ (у 1,2) - степени принадлежности нечетких множеств заключений, соответствующих выходных лингвистических переменных у1 и у2 после этапа аккумуляции;

у1,2тги и у1,2тах - левая и правая точки интервала носителя нечетких множеств выходных лингвистических переменных VI и у2.

Степень принадлежности р (у-1,2)

Сигнал управления ш.г

Рис. 5. Нахождение центра тяжести плоской фигуры функции степени принадлежности выходных лингвистических переменных у1 и у2

Полученные на выходе нечеткого регулятора четкие значения корректирующих сигналов и и и2, добавляются к последним значениям сигналов задания скорости вращения тяговых электроприводов югаад1 и ^гзад2 и поступают на вход системы управления многодвигательным асинхронным тяговым электроприводом.

Графическое представление работы FUZZY-регулятора, изображенное на рис. 6, есть поверхность в пространстве состояний объекта регулирования.

Для предварительной оценки результатов исследований разработанный макетный вариант автоматизированной тяговой системы рудничного электровоза прошел испытания на специально созданном для этого лабораторном стенде [6].

На рис. 7 представлены осциллограммы при исследовании влияния на многодвигательный асинхронный электропривод скачкообразного изменения сигнала задания скорости вращения роторов АД при неодинаковых нагрузках на валах АД и отличающихся электромеханических характеристиках АД двухмашинного агрегата при векторном законе управления асинхронным электроприводом и FUZZY -регулятором сигналов задания скорости вращения электроприводов на верхнем уровне.

В ходе эксперимента на выходе лабораторного источника к опорному сигналу задания скорости вращения роторов АД скачком добавлялся и убирался сигнал напряжения амплитудой 1В.

Рис. 7. Экспериментальные электромеханические характеристики двухдвигательного асинхронного электропривода с векторным алгоритмом управления и FUZZY -регулятором верхнего уровня

Рис. 6. Графическое представление работы FUZZY-регулятора

Б

Î «

Выводы

Анализ результатов исследований показывает, что векторный алгоритм управления с системой формирования сигналов задания с использованием аппарата нечеткой логики дает хорошие результаты. В итоге для повышения

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Сборник технико-экономических показателей горнодобывающих предприятий Украины в 2009 -2010 гг. Анализ мировой коньюктуры рынка ЖРС 2004 - 2011 гг. / Е.К. Бабец, Л.А. Штанько, В.А. Салганик и др. - Кривой Рог: Видавничий дам, 2011 - 329 с.

2. Шахтный подземный транспорт: справочное

технико-экономических показателей к применению на двухдвигательных тяговых электромеханических комплексах с ТАД рекомендуется «гибридная» система векторного управления с нечетким регулятором верхнего уровня.

REFERENCES

1. Babets E.K., Shtan'ko L.A., Salganik V.A.

Sbornik tekhniko-ekonomicheskikh pokazateley gornodobyvayushchikh predpriyatiy Ukrainy v 2009 -2010 gg. Analiz mirovoy kon'yuktury rynka ZhRS 2004 - 2011 gg. [Collection of technical and economic parameters of mining enterprises in Ukraine in 2009 -2010 years. An analysis of the global iron ore market

издание. Шахтный локомотивный и рельсовый транспорт / Ю.Ф. Бутт, В.Б. Грядущий, В.Л. Дебелый, А.Н. Коваль, А.Л. Фурман, В.М. Щука, В.А. Яценко // Под общ. ред. Б.А.Грядущего. - Т.1. - Донецк: «ВИК», 2009. - 481 с.

3. Синчук О.Н. Импульсные системы управления и защиты на рудничном электровозном транспорте / О.Н. Синчук, В.В. Чумак, О.В. Ержов // Под ред. д. т. н., проф. О.Н. Синчука - К.: АДЕФ - Украина. - 278 с.

4. Дебелый В.Л. Основные направления развития шахтного локомотивного транспорта / В.Л. Дебелый, Л.Л. Дебелый, С.А Мельников // Уголь Украины. - 2006. - №6. - С.30-31.

5. Шокарев Д.А. Асинхронный тяговый электротехнический комплекс двухсистемного рудничного электровоза / Скапа Е.И. // Електромехашчш i енергозберiгаючi системи. - Кременчук: КрНУ, 2011. - Вип. № 4/2011(16). С.45-48.

6. Жеребкин Б.В. Синтез структуры системы векторного управления тяговых электромеханических комплексов двуосных электровозов / Б.В. Же-ребкин, Д.А. Шокарев, Е.И. Скапа // Електроме-хашчш i енергозберiгаючi системи: щоквартальний науково-виробничий журнал. - Кременчук: КрНУ, 2011. - Вип. № 4/2011(16). - С.17-21.

7. Кордаков В.Н., Коржев А.А. Методика определения рациональной величины силы тяги дополнительного линейного электропривода рудничного электровоза // Проблемы машиноведения и машиностроения: Межвуз. сб. - Вып. 29. - СПб.: СЗТУ, 2003. - С. 120 - 125.

8. Bertil Oberg. Computer-controller ore transformation at the LKAB mine in Kiruna. - Sweden Information of ASEA. - 1979. Р. 212.

9. S.Florentsev,A. Pukhovoy, I. Uss, D. Izosimov, L. Makarov. Agricultural tractor with pure electromechanical drivetrain. SAE 2011 Commercial Vehicle Engineering Congress. September 13 - 14, 2011. Rose-mont. Illinois USA. Session CV707. Paper No. 2011-02296.

10. Dankmeyer Hugo. Kopalniana lokomotiwa przewodowa o podwyzsznoj zdolnosci przewozowej. -Pns. gorn. - 1979, 35, N 10. - c. 432 - 438. LIV.

11. S.Florentsev, D. Izosimov, S. Baida, A. Bel-ousov, A. Sibirtsev, S. Zhuravljov. Complete traction electric equipment sets for hybris buses. APAc16. 16th Asia Pacific Automotive Engineering Conference. October 6 - 8, 2011, Chennai. India. Paper No. M2010003.

12. Shultz L. An inverter and induction motor traction drive underground mining's Locomotives / Shultz L., Van Wyk D., Dunford W.S., Pzest R.B., Landy C.F. // Elek. Bahnen. - 2000. - 88. - №3. - р. 145-148.

Поступила в печать 01.12.2012.

conditions 2004 - 2011 years]. Krivoy Rog, Vidavnichiy dim Publ., 2011. 329 p.

2. Butt Yu.F., Gryadushchiy V.B., Debelyy V.L., Koval' A.N., Furman A.L., Shchuka V.M., Yatsenko V.A. Shakhtnyy podzemnyy transport: spravochnoe izdanie. Shakhtnyy lokomotivnyy i rel'sovyy transport [Mine underground transport: a reference book. Mine locomotive and rail transport]. Donetsk, «VIK» Publ., 2009. 481 p.

3. Sinchuk O.N., Chumak V.V., Erzhov O.V. Im-pul'snye sistemy upravleniya i zashchity na rudnichnom elektrovoznom transporte [Impulse control and protection system for mine locomotive transport]. Kiev, ADEF Publ. 278 p.

4. Debelyy V.L., Debelyy L.L., Mel'nikov S.A Os-novnye napravleniya razvitiya shakhtnogo lokomo-tivnogo transporta [The main directions of development of the mine locomotive transport]. Ugol' Ukrainy - Coal of Ukraine, no. 6, 2006, pp. 30-31.

5. Shokarev D.A., Skapa E.I. Asinkhronnyy tyago-vyy elektrotekhnicheskiy kompleks dvukhsistemnogo rudnichnogo elektrovoza [Asynchronous traction electrical mine complex dual-system electric locomotive]. Elektromekhanichni i enerhozberihayuchi systemy -Electromechanical and saving system, issue 4 (16), 2011, pp. 45-48.

6. Zherebkin B.V., Shokarev D.A., Skapa E.I. Sin-tez struktury sistemy vektornogo upravleniya tyagovykh elektromekhanicheskikh kompleksov dvuosnykh el-ektrovozov [The synthesis of the structure of the vector control traction electrical systems biaxial locomotives]. Elektromekhanichni i enerhozberihayuchi systemy: shchokvartal'nyy naukovo-vyrobnychyy zhurnal - Electromechanical and saving system: quarterly scientific journal production, issue 4 (16), 2011, pp. 17-21.

7. Kordakov V.N., Korzhev A.A. Metodika opre-deleniya ratsional'noy velichiny sily tyagi dopolnitel'nogo lineynogo elektroprivoda rudnichnogo elektrovoza [Methods of determining the value of a rational traction additional linear electric mine locomotive]. Problemy mashinovedeniya i mashinostroeniya -Problems of Mechanical Engineering, and Mechanical Engineering, issue 29, 2003, pp. 120-125.

8. Bertil Oberg. Computer-controller ore transformation at the LKAB mine in Kiruna. - Sweden Information of ASEA. - 1979. P. 212.

9. S.Florentsev,A. Pukhovoy, I. Uss, D. Izosimov, L. Makarov. Agricultural tractor with pure electromechanical drivetrain. SAE 2011 Commercial Vehicle Engineering Congress. September 13 - 14, 2011. Rose-mont. Illinois USA. Session CV707. Paper No. 2011-02296.

10. Dankmeyer Hugo. Kopalniana lokomotiwa przewodowa o podwyzsznoj zdolnosci przewozowej. -Pns. gorn. - 1979, 35, N 10. - c. 432 - 438. LIV.

11. S.Florentsev, D. Izosimov, S. Baida, A. Bel-ousov, A. Sibirtsev, S. Zhuravljov. Complete traction electric equipment sets for hybris buses. APAc16. 16th Asia Pacific Automotive Engineering Conference. October 6 - 8, 2011, Chennai. India. Paper No. M2010003.

12. Shultz L. An inverter and induction motor traction drive underground mining's Locomotives / Shultz L., Van Wyk D., Dunford W.S., Pzest R.B., Landy C.F. // Elek. Bahnen. - 2000. - 88. - №3. - p. 145-148.

Внутренний рецензент Гетьман Г. К. Внешний рецензент AndpieHKo П. Д.

Основным видом транспорта железорудных шахт является электровозный, обеспечивающий 100% подземных грузоперевозок. Электровозный транспорт является одним из основных потребителей электрической энергии (ЭЭ), потребляя 18 - 20% ЭЭ от всей потребляемой подземными потребителями железорудных шахт. Для решения этой проблемы в Украине возобновлены работы по созданию отечественных электроэнергоэффективных видов ТЭМС на базе IGBT-преобразователей и асинхронных тяговых электрических двигателей (АТД).

При этом, предпочтение отдается векторному управлению, поскольку оно обладает достаточно высоким качеством регулирования.

Однако, для двухдвигательного тягового комплекса, работающего параллельно на общую нагрузку, в силу ряда причин присущи различные моменты нагрузок ТЭД, которые механически жестко связаны каждый со своей колесной парой. Выравнивание нагрузок между двигателями можно осуществить с помощью нечеткого регулятора (FUZZY- регулятора). Система управления многодвигательным электроприводом состоит из двух уровней: нижнего с классической схемой векторного управления ТАД, и верхнего с регулятором нечеткой логики- регулятором сигналов задания скорости вращения роторов ТАД (индивидуально для каждого электропривода).

На вход Fuzzy-регулятора поступают сигналы рассогласования Дга^ и Дю2 фактической скорости вращения роторов ТАД Дга^ и Дю2 с заданным значением (язад и производные по скорости вращения d Ю1 d Й1

электроприводов - и -. Полученные на выходе нечеткого регулятора четкие значения корректи-

dt dt

рующих сигналов Mj и U2 , добавляются к последним значениям сигналов задания скорости вращения тяговых электроприводов &гзад\ и ®гзад2 и поступают на вход системы управления многодвигательным

асинхронным тяговым электроприводом.

Для проверки работы автоматической системы управления многодвигательными тяговыми комплексами на ТАД были реализованы натурные испытания на лабораторном стенде. Результаты испытаний показывают, что векторный алгоритм управления с системой формирования сигналов задания с использованием аппарата нечеткой логики дает хорошие результаты. Для повышения технико-экономических показателей к применению на двухдвигательных тяговых электромеханических комплексах с ТАД рекомендуется «гибридная» система векторного управления с нечетким регулятором верхнего уровня.

Ключевые слова: автоматизация, электровоз, тяговая электромеханическая система, шахты, нечеткий регулятор, векторное управление.

УДК 629.423.1

О. Н. С1НЧУК, А. Б. СЬОМОЧК1Н, В. А. ФЕДОТОВ (КНУ), Б. В. ЖЕРЕБК1Н (СПБДУ)

Криворiзький нацюнальний ушверситет. 50027, м.Кривий PiT, Днтропетровська обл., Вул. ХХ11 партз'Тзду, б. 11, тел. (056) 409-17-30, E-mail: [email protected]

АВТОМАТИЧНЕ КЕРУВАННЯ ДВОДВИГУННИМ ТЯГОВИМ ЕЛЕКТРОМЕХАН1ЧНИМ КОМПЛЕКСОМ РУДНИЧНИХ ЕЛЕКТРОВОЗ1В

Основним видом транспорту залiзорудних шахт е електровозний, що забезпечуе 100% пщземних ван-тажоперевезень. Електровозний транспорт е одним з основних споживачiв електричноТ енергп (ЕЕ), спо-живаючи 18 - 20% ЕЕ вщ ваеТ споживаноТ пщземними споживачами залiзорудних шахт. Для виршення шеТ проблеми в УкраТш вщновлеш роботи по створенню втизняних електроенергоефективних видiв ТЕМС на базi IGBT-перетворювачiв i асинхронних тягових електричних двигушв (АТД).

При цьому, перевага вщдаеться векторному управлшню, оскшьки воно мае досить високу яюсть регу-лювання. Однак, для двохдвигунного тягового комплексу, який працюе паралельно на загальне наванта-ження, в силу ряду причин притаманш рiзнi моменти навантажень ТЕД, як мехашчно жорстко пов'язаш кожен зi своею колюною парою. Вирiвнювання навантажень мiж двигунами можна здшснити за допомогою неч^кого регулятора (FUZZY- регулятора). Система управлшня багатодвигунним електроприводом склада-еться з двох рiвнiв: нижнього з класичною схемою векторного управлшня ТАД, i верхнього з регулятором неч^коТ лопки- регулятором сигналiв задання швидкосп обертання роторiв ТАД (шдивщуально для кожного електроприводу).

На вхщ Fuzzy-регулятора надходять сигнали неузгодженосп Дю1 i ДЮ2 фактичноТ швидкостi обер-тання роторiв ТАД Дга1 i ДЮ2 i3 заданим значенням ®зад i похiднi за швидюстю обертання електропри-d d Й1

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

водiв - i -. Отриманi на виходi нечiткого регулятора чiткi значення коригувальних сигналiв щ i

dt dt

U2, додаються до останшх значень сигналiв задання швидкостi обертання тягових електроприводiв

&гзад1 i (агзад2 i надходять на вхiд системи управлшня багатодвигунним асинхронним тяговим електроп-риводом.

Для перевiрки роботи автоматичноТ системи управлшня багатодвигунними тяговими комплексами на ТАД були реалiзованi натурш випробування на лабораторному стендк Результати випробувань показують, що векторний алгоритм управлшня з системою формування сигналiв задання з використанням апарату не-ч^коТ логiки дае хорошi результати. Для пщвищення технiко-економiчних показникiв до застосування на дводвигунних тягових електромехашчних комплексах з ТАД рекомендуеться «пбридна» система векторного керування з неч^ким регулятором верхнього рiвня

Ключовi слова: автоматизашя, електровоз, тягова електромеханiчна система, шахти, нечiткий регулятор, векторне управлшня.

Внутршнш рецензент Гетьман Г. К. Зовшшнш рецензент Андриенко П. Д.

UDC 629.423.1

O. N. SINCHUK, A. B. SYOMOCHKIN, V. A. FEDOTOV (KNU), B. V. ZHEREBKIN (SPNU)

Kryvyi Rih National University. 50027, Krivoy Rig, Dnipropetrovsk region. Str. XXII Party Congress, 11, tel. (056) 409-17-30, E-mail: [email protected]

AUTOMATIC CONTROL OF ELECTROMECHANICAL DOUBLE-ENGINE TRACTION COMPLEX OF MINE ELECTRIC LOCOMOTIVES

Electric locomotive train is the main mode of transport in iron ore mines, which facilitates almost 100% of all underground freight. Electric locomotive transport uses up to 18 - 20% of total electric energy (EE) required for mine operations and is the main consumer of EE within the typical iron ore mine. A renewed initiative was sought to resolve the problem of excessive energy consumption involving the development of locally (Ukrainian) built energy efficient thermo-electric material (TEM) based IGBT - converters and asynchronous electric traction motors (electric induction motors).

Torque Vector Algorithm is the preferred method of current control within electric induction motors because of its greatly enhanced performance capabilities. However the twin induction motor traction system which operates in parallel on a common load experiences various torques and momentum forces due to a number of factors which are mechanically linked to specific axles. Equilibration of loads between the twin motors can be achieved with an aid of FUZZY controller/regulator. The controls for multiple - electric induction motor system consists of two stages - the lower stage which includes classic scheme Vector Algorithm control system, and the upper stage which includes FUZZY controller/regulator for input signals setting the rotor speed within motors (individually for each motor).

FUZZY-regulator receives mismatched input signals Araj and A©2 representative of the actual rotor speed in induction motors Araj and A©2 with a predetermined value of ra^ and derivatives based on the motors' rotation speed.

The precise correction signal values uj and u2 generated on the output from FUZZY-regulator are added to the last values of input signals (i.e. ra^^i and ra^^) which predetermined the rotation speed within induction motors and are also an input to the controls of the multiple electric induction motor traction system.

Induction motors were subject to full scale laboratory testing to verify the workings and efficiency of automatic control systems within multiple electric induction motor traction setup. Test results show that torque Vector Algorithm method of current control along with the input signal generating system using FUZZY-regulator shows good, promising results.

The use of a "hybrid" system of torque Vector Algorithm method of current control along with upper level FUZZY-regulator is advisable in order to improve physical performance and economic indicators related to the operations of twin induction motor traction systems.

Keywords: automation, electric, electromechanical traction system, mines, fuzzy controller, vector control.

Internal reviewer Getman G. K. External reviewer Andrienko P. D.

AUTOMATIC CONTROL OF ELECTROMECHANICAL DOUBLEENGINE TRACTION COMPLEX OF MINE ELECTRIC LOCOMOTIVES

Текст научной работы на тему «Автоматическое управление двухдвигательным тяговым электромеханическим комплексом рудничного электровоза»