Научная статья на тему 'Calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive'

Calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
64
9
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
induction electric drive / frequency control / robust controller / electric circuit / електропривод асинхронний / частотне управління / робастний регулятор / електрична схема

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — N. J. Khlopenko

Purpose. The aim of the work is the calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive with parametric uncertainty and the presence of interferences in the feedback channel. Methodology. The calculation and design of the controller was carried out in four stages. At the first stage, a linearized mathematical model of the control object with parametric uncertainty was constructed and the transfer function of the H∞-suboptimal controller was calculated in the Robust Control Toolbox using the mixed sensitivity method. At the second stage, the stability of the robust system and the accuracy of stabilization of the induction machine speed with random variations of the object's and controller's uncertain parameters within the specified boundaries were explored. At the third stage, the influence of interferences arising in the feedback channel on the speed of the electric motor was explored in the Simulink package. At the final stage, the transfer function of the H∞-suboptimal controller was decomposed into a continued fraction using the Euclidean algorithm. This fraction was used to build the electric scheme of the controller. Results. Computer modelling of the transfer function of H∞-suboptimal controller, the robust stabilization system for the speed of the frequency-controlled electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at specified boundaries, as well as with the presence of varying intensity interferences in the feedback channel, was carried out. The choice of variable parameters was carried out according to the Monte-Carlo method. The curves of transient processes of the induction machine speed with parametric uncertainty and at different ranges of interference are constructed, as well as a Bode diagram for an open system. By the scatter of the obtained curves of the transient processes, the accuracy of speed stabilization of the machine was determined, and according to the Bode diagram, stability reserves in the amplitude and the phase of the robust system were determined. They are within tolerances with comparatively large deviations of the varied parameters and the range of interferences. Based on the investigations, an electrical circuit of the H∞-suboptimal robust controller was developed. Originality. The mathematical model has been developed and the methodology for calculating and designing of H∞-suboptimal robust speed controller of the frequency-controlled system of an induction electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at determined boundaries and the presence of interferences in the feedback channel, ensuring the stability of the system with allowable reserves of the amplitude and the phase and high accuracy of speed stabilization of the machine within the tolerances of uncertain system parameters and interferences was proposed. Practical value. The obtained structure of the controller from analog elements makes it possible to carry out modernization of the electric drives frequency-controlled systems in operation with minimal financial costs. References 11, figures 7.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Мета. Метою роботи є розрахунок і проектування робастного регулятора швидкості системи частотного управління асинхронного електроприводу з параметричною невизначеністю та наявністю перешкод в каналі зворотного зв'язку. Методологія. Розрахунок і проектування регулятора проводився в чотири етапи. На першому етапі будувалася лінеаризована математична модель об'єкта управління з параметричною невизначеністю і розраховувалася в пакеті Robust Control Toolbox передавальна функція Н∞-субоптимального регулятора за методом мішаної чутливості. На другому етапі досліджувалася стійкість робастної системи і точність стабілізації швидкості асинхронної машини при випадкових варіаціях невизначених параметрів об'єкта і регулятора в заданих межах. На третьому етапі вивчався в пакеті Simulink вплив перешкод, що виникають в каналі зворотного зв’язку, на швидкість електродвигуна. На заключному етапі виконувалося розвинення передавальної функції Н∞субоптимального регулятора в ланцюгову дріб за алгоритмом Евкліда. Ця дріб використовувалася для побудови електричної схеми регулятора. Результати. Проведено комп'ютерне моделювання передавальної функції Н∞субоптимального регулятора, системи робастної стабілізації швидкості частотно-регульованого електроприводу при випадкових варіаціях невизначених параметрів об'єкта і регулятора в заданих межах, а також при наявності перешкод різної інтенсивності в каналі зворотного зв'язку. Вибір варійованих параметрів здійснювався за методом Монте-Карло. Побудовано криві перехідних процесів швидкості асинхронної машини з параметричною невизначеністю і при розмахах перешкод, а також діаграма Боде для розімкнутої системи. За розкидом отриманих кривих перехідних процесів визначалася точність стабілізації швидкості машини, а по діаграмі Боде – запаси стійкості за амплітудою і фазою робастної системи. Вони знаходяться в межах допусків при порівняно великих відхиленнях варійованих параметрів і розмахах перешкод. На базі проведених досліджень розроблено електричну схему Н∞-субоптимального робастного регулятора. Новизна. Розроблена математична модель та запропонована методика розрахунку і проектування Н∞-субоптимального робастного регулятора швидкості системи частотного управління асинхронного електроприводу при випадкових варіаціях невизначених параметрів об'єкта і регулятора в заданих межах і наявності перешкод в каналі зворотного зв’язку, яка забезпечує стійкість системи з запасами за амплітудою і фазою, що допускаються, та високу точність стабілізації швидкості машини в межах допусків невизначених параметрів системи і перешкод. Практичне значення. Отримана структура регулятора з аналогових елементів дає можливість проводити модернізацію систем частотного управління електроприводів, що знаходяться в експлуатації, з мінімальними фінансовими витратами. Бібл. 11, рис. 7.

Текст научной работы на тему «Calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive»

UDC 621.3.07

doi: 10.20998/2074-272X.2020.3.05

N.J. Khlopenko

CALCULATION AND DESIGN OF A ROBUST SPEED CONTROLLER OF A FREQUENCY-CONTROLLED INDUCTION ELECTRIC DRIVE

Purpose. The aim of the work is the calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive with parametric uncertainty and the presence of interferences in the feedback channel. Methodology. The calculation and design of the controller was carried out in four stages. At the first stage, a linearized mathematical model of the control object with parametric uncertainty was constructed and the transfer function of the Ню-suboptimal controller was calculated in the Robust Control Toolbox using the mixed sensitivity method. At the second stage, the stability of the robust system and the accuracy of stabilization of the induction machine speed with random variations of the object's and controller's uncertain parameters within the specified boundaries were explored. At the third stage, the influence of interferences arising in the feedback channel on the speed of the electric motor was explored in the Simulink package. At the final stage, the transfer function of the Ню-suboptimal controller was decomposed into a continuedfraction using the Euclidean algorithm. This fraction was used to build the electric scheme of the controller. Results. Computer modelling of the transfer function of Ню-suboptimal controller, the robust stabilization system for the speed of the frequency-controlled electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at specified boundaries, as well as with the presence of varying intensity interferences in the feedback channel, was carried out. The choice of variable parameters was carried out according to the Monte-Carlo method. The curves of transient processes of the induction machine speed with parametric uncertainty and at different ranges of interference are constructed, as well as a Bode diagram for an open system. By the scatter of the obtained curves of the transient processes, the accuracy of speed stabilization of the machine was determined, and according to the Bode diagram, stability reserves in the amplitude and the phase of the robust system were determined. They are within tolerances with comparatively large deviations of the varied parameters and the range of interferences. Based on the investigations, an electrical circuit of the Ню-suboptimal robust controller was developed. Originality. The mathematical model has been developed and the methodology for calculating and designing of Ню-suboptimal robust speed controller of the frequency-controlled system of an induction electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at determined boundaries and the presence of interferences in the feedback channel, ensuring the stability of the system with allowable reserves of the amplitude and the phase and high accuracy of speed stabilization of the machine within the tolerances of uncertain system parameters and interferences was proposed. Practical value. The obtained structure of the controller from analog elements makes it possible to carry out modernization of the electric drives frequency-controlled systems in operation with minimal financial costs. References 11, figures 7.

Key words: induction electric drive, frequency control, robust controller, electric circuit.

Мета. Метою роботи e розрахунок i проектування робастного регулятора швидкост1 системи частотного управлння асинхронного електроприводу з параметричною невизначетстю та наявнстю перешкод в канал зворотного зв'язку. Методологя Розрахунок i проектування регулятора проводився в чотири етапи. На першому етапi будувалася лнеаризована математична модель об'екта управлтня з параметричною невизначенктю i розраховувалася в пакетi Robust Control Toolbox передавальна функщя Ню-субоптимального регулятора за методом мшаноТ чутливост1 На другому еташ дослджувалася стштсть робастноТ системи i точтсть стаблзацп швидкостi асинхронноТ машини при випадкових варiацiях невизначених парамеmрiв об'екта i регулятора в заданих межах. На третьому етат вивчався в пакеmi Simulink вплив перешкод, що виникають в канал зворотного зв'язку, на швидккть електродвигуна На заключному еmапi виконувалося розвинення передавальноТ функцп Ню-субоптимального регулятора в ланцюгову дрiб за алгоритмом Евклда Ця дрiб використовувалася для побудови електричноТ схеми регулятора. Результати. Проведено комп'ютерне моделювання передавальноТ функцп Ню-субоптимального регулятора, системи робастноТ стабшзаци швидкосmi частотно-регульованого електроприводу при випадкових варiацiях невизначених парамеmрiв об'екта i регулятора в заданих межах, а також при наявносmi перешкод рЬноТ iнmенсивносmi в канал зворотного зв 'язку. Вибiр варшованих парамеmрiв здшснювався за методом Монте-Карло. Побудовано ^rni nерехiдних процеав швидкосmi асинхронноТ машини з параметричною невизначенктю i при розмахах перешкод, а також дiаграма Боде для розшкнуто'Т системи. За розкидом отриманих кривих nерехiдних процеав визначалася точнсть стабШзаци швидкосmi машини, а по дiаграмi Боде - запаси сmiйкосmi за амплтудою i фазою робастноТ системи. Вони знаходяться в межах допусшв при nорiвняно великих вiдхиленнях варшованих nарамеmрiв i розмахах перешкод. На базi проведених дослджень розроблено електричну схему Ню-субоптимального робастного регулятора. Новизна. Розроблена математична модель та запропонована методика розрахунку i проектування Ню-субоптимального робастного регулятора швидкосmi системи частотного управлтня асинхронного електроприводу при випадкових варiацiях невизначених nарамеmрiв об'екта i регулятора в заданих межах i наявносmi перешкод в канал зворотного зв'язку, яка забезпечуе сmiйкiсmь системи з запасами за амплтудою i фазою, що допускаються, та високу точнкть стабШзаци швидкосmi машини в межах допусшв невизначених nарамеmрiв системи i перешкод. Практичне значення. Отримана структура регулятора з аналогових елеменmiв дае можливiсmь проводити модершзацт систем частотного управлння елекmроnриводiв, що знаходяться в експлуатацп, з мтшальними фнансовими витратами. Бiбл. 11, рис. 7.

Ключовi слова: електропривод асинхронний, частотне управлшня, робастний регулятор, електрична схема.

Цель. Целью работы является расчет и проектирование робастного регулятора скорости частотно-регулируемого асинхронного электропривода с параметрической неопределенностью и наличием помех в канале обратной связи.

© N.J. Khlopenko

Методология. Расчет и проектирование регулятора проводился в четыре этапа. На первом этапе строилась линеаризованная математическая модель объекта управления с параметрической неопределенностью и рассчитывалась в пакете Robust Control Toolbox передаточная функция Нт-субоптимального регулятора по методу смешанной чувствительности. На втором этапе исследовалась устойчивость робастной системы и точность стабилизации скорости асинхронной машины при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах. На третьем этапе изучалось в пакете Simulink влияние помех, возникающих в канале обратной связи, на скорость электродвигателя. На заключительном этапе выполнялось разложение передаточной функции Ню-субоптимального регулятора в цепную дробь по алгоритму Евклида. Эта дробь использовалась для построения электрической схемы регулятора. Результаты. Проведено компьютерное моделирование передаточной функции Ню-субоптимального регулятора, системы робастной стабилизации скорости частотно-регулируемого электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах, а также при наличии помех различной интенсивности в канале обратной связи. Выбор варьируемых параметров осуществлялся по методу Монте-Карло. Построены кривые переходных процессов скорости асинхронной машины с параметрической неопределенностью и при размахах помех, а также диаграмма Боде для разомкнутой системы. По разбросу полученных кривых переходных процессов определялась точность стабилизации скорости машины, а по диаграмме Боде - запасы устойчивости по амплитуде и фазе робастной системы. Они находятся в пределах допусков при сравнительно больших отклонениях варьируемых параметров и размахах помех. На базе проведенных исследований разработана электрическая схема Ню-субоптимального робастного регулятора. Новизна. Разработана математическая модель и предложена методика расчета и проектирования Нт-субоптимального робастного регулятора скорости системы частотного управления асинхронного электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах и наличии помех в канале обратной связи, обеспечивающая устойчивость системы с допускаемыми запасами по амплитуде и фазе и высокую точность стабилизации скорости машины в пределах допусков неопределенных параметров системы и помех. Практическое значение. Полученная структура регулятора из аналоговых элементов дает возможность проводить модернизацию систем частотного управления электроприводов, находящихся в эксплуатации, с минимальными финансовыми затратами. Библ. 11, рис. 7. Ключевые слова: электропривод асинхронный, частотное управление, робастный регулятор, электрическая схема.

Introduction. In frequency-controlled induction electric drives operating in conditions of uncertainty, the task of robust stabilization of the motor speed with a given accuracy is essential. Several methods are known [1-5], which are most often used at different times by domestic and foreign scientists to solve this problem. Of these, the method of synthesizing the stabilizing ^„-suboptimal robust regulator is most widely used. In [6-9], on the basis of this method, a scientific research methodology, a calculation procedure, and an electrical circuit of a stabilizing ^„-controller of the rotor flux linkage control system for random variations of undefined parameters at specified boundaries and interference in the feedback channel are developed.

In the present work, this methodology is used to construct a mathematical model as well as a method for calculating and designing the electrical circuit of the ^„-suboptimal robust speed controller of the frequency control system of an induction electric drive.

The goal of the work is the calculation and design of a robust speed controller for the frequency control system of an induction electric drive with parametric uncertainty and the presence of interference in the feedback channel.

Research methods and results. Figure 1 is a structural diagram of the mechanical characteristic of the control object linearized within the working area in the input-output signal space [10, 11]. It contains the transfer functions of a frequency converter with the transmission coefficient Kfc and the time constant Tfc and a squirrel-cage induction motor. An induction motor is represented by a first-order aperiodic link with the stiffness module ft and the electromagnetic time constant Te and an integrating link with inertia moment J, taking into account the inertia moment of the actuator reduced to the rotor axis. The load torque (static moment of resistance) will be

considered constant and applied to the rotor in steady state. Therefore, its increment Mrs at the working point of the static mechanical characteristic is neglected. The increment of the electromagnetic torque M of the motor at the same point is taken equal to this torque [10, 11].

Fig. 1. Structural diagram of an induction electric drive

We pass from the structural diagram of the object to the equations of state in normal operator form:

pa = — M; J

pM = --1M + -4 1 Kfc

pWoo =--d>o) +--— U,

(1)

Jfc

Tf

fc

where

в =

2M Cr

®0n s c

T =-

е

1

(2)

zpa0n scr

p is the Laplace operator; U is the control action; m, m0 are the angular speed of the rotor and the rotating magnetic field relative to the stator, respectively; M, Mcr are, respectively, the electromagnetic and critical torques of the motor; scr is the critical slip; zp is the number of pole pairs; n is the index of nominal values. We introduce dimensionless quantities

x1 =-

M co0 U

x2 =—; хз =— ; u=TT~ • (3)

m n

®0n

U n

со

We turn in equations (1) to dimensionless variables (3). Then, taking into account (2), we obtain the following equations of state of the object:

Pxi =-

M „

x2;

px2 = 2ZpMt 1

px3 =--x3 +

* ^ m ^ rrr

Tfc Tfc Kfcn

a0n

M n

X3 — - X2 — "

an Mn

(4)

fc

u.

Using equations (4), we construct a structural diagram of the object in the state space (Fig. 2).

Fig. 2. Structural diagram of the control object in the state space

In this circuit, for the uncertain parameters that are most sensitive to changes in the object model, we take the transfer coefficient Kfc of the frequency converter, the critical torque Mcr, the stiffness module p, and the moment of inertia J of the induction motor.

Suppose that the indefinite system parameters Kfc, Mcr, p and J vary in the intervals:

Kfc= Kfcn(1 + PKfc SKfc);

M cr = M crn(1 + PM cr SMcr);

T = Tn(1 + ppSp);

J = J n(1 + PJ S J X where pKfc , pM , pp, pJ are the coefficients that take

into account the deviations of the relative values of the uncertain parameters SKfc , SpM , 8P and 8J.

We replace each of the parameters (5) presented in Fig. 2, by a structural diagram. As a result, we obtain a structural diagram of an object with parametric uncertainty, shown in Fig. 3.

(5)

Fig. 3. Structural diagram of the control object with undefined parameters

Let's pass from the structural diagram shown in Fig. 3, to matrix equations of state in canonical form:

px = Ax + Bjw + B2U;

z = Qx + Daw + D12U; (6)

y = C2 x + D21W + D22U,

where

A=

2zpan M crn Mn

M n

J nan

2zpMcr n

Tn 0

0

2zpa0 nM crn

Mn __1_

Tfc

0 0 0 — pj

B = 0 0 2zp M crn pp 0

pKfc _ Tfc 0 0 0

c, =

0 0 0

'p an M cr n 2 zp M crn 2zpa0 nM crn

M n Tn M n

1

0 0

pn

Mn

0 n 0

J nan

1

x

1

p

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

0

0

Ai =

bT =

0 0

0 0

Tfc

; C2 =[i 0 0];

0 0 2zpMcrnpp 0

00

00

-Pp 0

-Pj

DT2 =[i 0 0 0];

D21 =[0

\T

0 0 0]; D22 =[0]; is the phase vector; y

x = (x1, x2, x3)T is the phase vector; y is the one-dimensional output vector along which feedback is closed; z = (z1, z2, z3, z4)T, w = (w1, w2, w3, w4)T are the input and output uncertainty vectors, which are related by the matrix expression w(p) = A(p)-z(p) in which the uncertainty matrix A(p) has a diagonal form.

The resulting system of equations (6) allows, together with the weighting functions proposed in [4] for quality control of a robust system, to calculate the transfer function of the ^„-suboptimal controller for a nominal object in the Robust Control Toolbox package using the mixed sensitivity method. For an induction electric drive with MDXMA 100-32 motor with power of 3 kW, parameters zp = 2; Mn = 20.2 N-m; Mcr n = 48.5 N-m; Jn = 0.013 kg-m2; mn = 148.178 rad/s; ®0n = 157.08 rad/s;

= 1.908 N-m/(rad/s) and a frequency converter with the transmission coefficient Kfc = 1.06 rad/(V-s) and the time constant Tfc = 10-4 s, the calculated transfer function of the ^„-controller turned out to be equal to:

K (p) =

b1 P + b2 P + b3 3 2 :

a1 P + a2 P + a3 p + a4

(7)

,5.

a2 = 1.524-10 b1 = 3.53-105;

a3 b2

1.261-106; 7.385-106;

0.1 ').! o.ii u,i ij.f; n.- t, s

Fig. 4. Transients of the rotor angular speed

Figure 5 shows a Bode diagram with 20 generated curves of amplitude L(a>) and with 20 curves of phase q>(a>) frequency response curves for the same parameters what were used to calculate the curves shown in Fig. 4.

i.-.'jj.dB 50

0

-50 -

-100

where a1 = 1; a4 = 4.729-106; b3 = 5.681-108.

Using the MATLAB commands, we attach the robust controller (7) and the unit feedback encompassing the «^„-controller-object» system to the object (4) programmatically. Using the Monte Carlo method [4], we study the accuracy of stabilization of the angular speed of the machine and the stability of the resulting system with random variations of the uncertain parameters of the object Kfc, Mcr in the range of ±15 %, ft in the range of ±30 %, J in the range of ±25 % and the coefficients a1, a2, a3, a4, b1, b2, b3 of the regulator (7) in the range of ±15 %.

Figure 4 presents 20 generated transient curves of the angular speed of the rotor of the induction motor with a single spasmodic change in the signal at the input of the system and a random selection of the uncertain parameters of the object and controller from the given ranges by the Monte Carlo method.

As expected, presented in Fig. 4 curves do not go beyond the boundaries of the 3 % tube.

To study the stability of the system, we apply the method of logarithmic frequency characteristics with a random selection by the Monte Carlo method of the indefinite parameters of the object and controller in the given ranges.

-90

-180 -

-270

degrees

10"' Itr 10' 10" Fig. 5. Open system's Bode diagram

103 CO, s 1

From the amplitude L(a>) and phase q>(a>) characteristics presented in this diagram, it can be seen that the system is stable, since the amplitude characteristic crosses the abscissa axis earlier than the phase characteristic, finally decaying, goes over the angle value of -180°. In this case, the calculated value of the stability margin in amplitude is 23.12 dB, and in phase - 31.75 ° for the nominal values of the parameters of the object and the regulator with scatter of random curves not exceeding 4 dB for amplitude and 15° for phase frequency characteristics.

We proceed to the construction of the electrical circuit of the ^„-suboptimal robust controller.

We decompose the transfer function (7) into a continued fraction according to the Euclidean algorithm:

1

0

0

0

28,33 -T p +107

(8)

2,32 +

34,1

~~3" p + " 103

— 0,252 + -

31,78 1 -p +-

10

where r = 118.1.

The electric circuit of the controller corresponding to the fraction (8) is shown in Fig. 6. When it was created, well-known methods and rules for performing electrical circuits were used.

performed at various values of the noise intensity in the feedback channel of the frequency control system with a robust controller. The calculations were carried out in the Simulink package. A static motor load of 0.75-Mn was applied to the rotor of the machine in steady state.

The results of calculating the curves of transients of the angular speed of the rotor, filtered by the robust control system, for two different values of the generated span of interference with a single spasmodic change in the reference action are shown in Fig. 7.

-0.2 -0.4

0 1

02

0.3

04

0 5

s

Fig. 6. Electric circuit of a robust controller

The circuit shown in Fig. 6, is made in the form of a four-terminal network and consists of a series-connected the first passive four-terminal network with a capacitor C1 connected in parallel, the second passive four-terminal network with a resistor R1 connected in series and a parallel capacitor C2, the third active four-terminal network with a negatron of the negative resistance NR in series, consisting of an operational amplifier DA1 and resistances R2, R3, R4, the fourth active four-terminal with a parallel connected negatron of the negative capacitance NC, consisting of an operational amplifier DA2, a capacitor C3 and resistors R5, R6, the fifth passive four-terminal with a parallel resistor R7, and an operational amplifier DA3 with resistors R8 and R9 connected to the output of the fifth four-terminal.

Parameters of its capacitors and resistors C1 = 28.4 pF; R1 = 2.32 kQ; C2 = 34 ^F; R2 = 252 Q; C3 = 31.8 ^F; R7 = 118 kQ; R8 = 1 MQ; R9 = 1 kQ and they correspond to the standard values of rounded coefficients, fraction (8) when multiplying its numerator and denominator by a certain constant number, and R3 = R4 and R5 = R6 are chosen from design considerations.

As calculations performed by the method of [7] show, at such capacitance and resistance values, the values of the coefficients a\, a2, a3, a4, bi, b2, b3 of controller (7) do not go beyond the limits of the range specified above ±15 %.

In the robust control system, interferences can occur, caused, for example, by sensor noise, connector pins, electromagnetic fields, interference with the frequency of the supply network and other reasons. A robust regulator, as an element of this system, is known to be able to filter these interferences. Therefore, the calculations of transients of the angular speed of the electric motor were

n

1.2 10 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4

0.1

0.2

0 3

0.4

0.5

s

b

Fig.7. Transients of the angular speed ro/ron with interferences filtered by a robust system and a rotor load of 0.75Mn at time 0.5 s: a - interference span of 10 %; b - 30 %

An analysis of these curves shows that the level of interference filtering by the robust system largely depends on the intensity of the interference span and in the steady state it is within the tolerance range of ±2.5 %, except for the local area of the application of the Mrs load at 0.5 s. Conclusions.

1. A mathematical model and a technique for calculating and designing an electrical circuit of the Hm-suboptimal robust speed controller of the frequency control system of an induction electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller within the specified boundaries and the presence of interferences in the feedback channel are developed.

2. The results of modelling of transients of the angular speed of the rotor according to the developed technique confirm the high accuracy of stabilization with random

1

1

1

1

a

variations of uncertain parameters at given boundaries and low sensitivity to interferences in the feedback channel.

REFERENCES

1. Balandyn D.V., Kogan, M.M. Sintez zakonov upravlenija na osnove linejnyh matrichnyh neravenstv [Synthesis of control rules based on linear matrix inequalities]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2007. 280 p. (Rus).

2. Pupkov K.A., Egupov I.D. Metody klassicheskoi i sovremennoi teorii avtomati-cheskogo upravleniia: Uchebnik v 5 tomakh. Tom 3: Sintez reguliatorov sistem avtomaticheskogo upravleniia [Methods of the classical and modern theory of automatic control: A textbook in 5 vols. Vol. 3: Synthesis of regulators of automatic control systems]. Moscow, Bauman Moscow State Technical University Publ., 2004. 616 p. (Rus).

3. Nikitina T.B. Pareto optimal solution of multiobjective synthesis of robust controllers of multimass electromechanical systems based on multiswarm stochastic multiagent optimization. Electrical engineering & electromechanics, 2017, no. 2, pp. 34-38. doi: 10.20998/2074-272X.2017.2.05.

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

4. Richard Y., Chiang R., Michael G., Safonov M. MATLAB: Robust Control Toolbox. User's Guide. Version 2, 1998. 230 p. Available at: http://www.mathworks.com (Accessed 14 May 2018).

5. Rigatos G., Siano P., Wira P., Profumo F. Nonlinear H-infinity Feedback Control for Asynchronous Motors of Electric Trains. Intelligent Industrial Systems, 2015, vol. 1, no. 2, pp. 8598. doi:10.1007/s40903-015-0020-y.

6. Khlopenko N.J., Khlopenko I.N. Structural synthesis of a stabilizing robust controller of the rotor flux linkage. Electrical

engineering & electromechanics, 2017, no. 1, pp. 21-25. (Rus). doi: 10.20998/2074-272X.2017.1.04.

7. Khlopenko I.N., Rozhkov S.A., Khlopenko N.J. Stability and accuracy of the robust system for stabilizing the rotor flux-linkage of an asynchronous electric drive at random variations of the uncertain parameters within the specified boundaries. Electrical engineering & electromechanics, 2018, no.4, pp. 3539. doi: 10.20998/2074-272X.2018.4.06.

8. Khlopenko N., Rozhkov S., Khlopenko I. Filtration Of Undesired Signals By The Robust Controller In The Rotor Flux-Linkage Control System. Scientific Bulletin Kherson State Maritime Academy, 2019, vol. 1, no. 20, pp. 122-131. (Rus). doi: 10.33815/2313-4763.2019.1.20.122-131.

9. Khlopenko N.Y., Rozhkov S.O., Khlopenko I.M. Sistema vektornogo keruvannya shvidkistyu asinhronnogo elektrodviguna [Asynchronous motor vector speed control system]. Patent UA, no. 137157, 2019. (Ukr).

10. Kliuchev V.I. Teoriia elektroprivoda [Theory of the electric drive]. Moscow, Energoatomizdat Publ., 2001. 704 p. (Rus).

11. Usol'tsev A.A. Chastotnoe upravlenie asinkhronnymi dvigateliami: uchebnoe posobie [Frequency Control of Asynchronous Motors: A Tutorial]. St. Petersburg, SPbGU ITMO Publ., 2006. 94 p. (Rus).

Received 26.03.2020

N.J. Khlopenko, Doctor of Technical Science, Professor, Kherson State Marine Academy, 20, Ushakov Ave., Kherson, 73009, Ukraine, e-mail: [email protected]

How to cite this article:

Khlopenko N.J. Calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive. Electrical engineering & electromechanics, 2020, no. 3, pp. 31-36. doi: 10.20998/2074-272X.2020.3.05.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.