CC BY
6Вестник Ш AtSl
УДК 621.313
О. С. Хватов, д. т. н., профессор.
Е. М. Бурда, к. т. н., доцент.
И. М. Тарасов, аспирант, ВГАВТ.
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5а.
ДИНАМИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ РАБОТЫ СУДОВОЙ ВАЛОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ МДП-ГЕНЕРАТОРА
Проанализированы динамические режимы работы судовой валогенераторной установки на основе МДП-генератора. Разработана не линеаризованная математическая модель МДП-генератора. Синтезированы неадаптивный и нейро-нечеткий fuzzy регуляторы автономного МДП-генератора.
Нелинеаризованная модель МДП-генератора при работе в автономном режиме представлена рис 1. Она получена на базе уравнений Парка-Горева в системе синхронно вращающихся координат «Х-Y», опорный вектор которой вращается с частотой поля статора со,. Уравнения МДП-генератора представим системой уравнений (1.1), где L\, L2, L„ - индуктивности статора, ротора и контура намагничивания, соответственно (L\ = L\b + Lm, Li = I2s + Lm , где Li&, L2& - индуктивности рассеяния статора и ротора).
САР
МДП • генератор
Нагрузка
Рис. 1.
Систему уравнений (1.1) необходимо дополнить уравнением нагрузки, (1.2) где 1И = 7 + /пч - обобщенный вектор тока нагрузки; - обобщенный вектор тока преоб-
Судовая и промышленная энергетика
разователя частоты (ПЧ) на стороне сети, определяемый и углами управления ПЧ; 1Н - индуктивность нагрузки. Уравнения напряжений получаем в виде (1.3) где /]Х, А у, /гх> /2у - проекции векторов токов статора и ротора на оси «X» и «У», со - частота вращения вала МДП-генератора. Система (1.3) с учетом уравнения движения принимает вид (1.4) где Л, - суммарный момент инерции МДП-генератора, приведенный к валу.
Полагаем, что подключение (отключение) реактивной нагрузки приводит к изменению амплшуды, а активной нагрузки - к изменению частоты напряжения МДП-генератора.
По уравнениям (1.4) разработана двухканальная САР стабилизации амплитуды и частоты напряжения. Первый канал САР содержит внешний контур регулирования амплитуды напряжения с неадаптивным регулятором амплитуды напряжения, которому подчинен контур реактивного тока ротора. Второй канал содержит внешний контур регулирования частоты напряжения с неадаптивным регулятором частоты напряжения, которому подчинен контур активного тока ротора.
— - 7 . —
- и. = М| +
¿1
+ М*?,;
— — с1 ¥ —
"г = г2Ч + —2; аХ
^7= +
= ^тТх + ЬгТ2.
— „ — . — Т
щ = + ^н'н + 4 —
ш
^2х = И "«0';
1/2У = Я212У +рЧ2У+(со1 - со)Ч>2Х.
(1.1)
(1.2)
(1.3)
12Х ~
Ц 2Х ^ 2 у
Я2 + сгЬ2р
, и2У +Е 2,
Л 2 + аЬ2р
I = •
,Х 2Х »
. с/
2У
1
сохЗгр
УIX Лх
(1.4)
/хх\
Получены I времени перехс чины и характ скольжений, (э,,
Анализ пок
1. При уве. уменьшаются, 1 по абсолютно{ провалов ампл!
2. Устаноа ния (Т„и) увел» абсолютной ве
3. У станов ты (Т^) имеет 5 = (0.6-0.4). Г Т^ уменьшает!
Согласно I оптимальной *
Определе! генератора. ^ МАТЬАВ, коп грамму АЫР1! ставлена стру менными регу
- выходна
- парамет]
-скольже
140
Получены интегральные зависимости амплитуды и частоты напряжения а также времени переходного процесса в контуре амплитуды и частоты напряжения от величины и характера нагрузки с учетом настройки регуляторов на разные величины скольжений. (s„aCTp) рис. 3-8.
Анализ показывает:
1. При увеличении нагрузки cos<pMr (S = const) провалы амплитуды напряжения уменьшаются, а провалы частоты - увеличиваются. Установлено, что с возрастанием по абсолютной величине скольжения (|s|) происходит незначительное увеличение провалов амплитуды и незначительное уменьшение провалов частоты напряжения.
2. Установлено, что время переходного процесса в контуре амплитуды напряжения (Т„и) увеличивается с увеличением |s| или при снижении cos(p„ar. При возрастании абсолютной величины s„acTp время TnU уменьшается.
3. Установлено, что зависимость времени переходного процесса в контуре частоты (Т„{) имеет ярко выраженный минимум, который находится в области скольжений s = (0.6-0.4). При снижении cos<p„ar или увеличении абсолютной величины s„aCTp время Tnf уменьшается.
Согласно полученным результатам, при работе в диапазоне скольжения |s|=0.5-l оптимальной является настройка регулятора в точке s„aCTp = 1.
Определена структура и параметры FUZZY регулятора автономного МДП-генератора. Для разработки Fuzzy регулятора использован пакет программы MATLAB, который включат в себя визуальную среду моделирования simulink и программу ANFIS для синтеза FUZZY регулятора на основе нейро-сети. На рис.2 представлена структурная схема МДП генератора с FUZZY регулятором. Входными переменными регулятора являются:
- выходная амплитуда (частота) напряжения;
- параметры нагрузки;
- скольжение.
Судовая и прамыиаенная энергетика
Время переходного процесса в канале напряжения без учета перекрестны* связей
—7
A
—
-SH-1 Си-09
-SH-O5COI-07
- SH-1 Cos-07
-SH-02 Cos =05
-SH=02 Co«-07
Время переходного процесса в канале I напряжения с учетом перекрестных связей
/
w
T—
-SH =05 Cos-09
-SH-1 COJ-09
--SH »05 Со«-07
SH-1 Co« »07
Время переходного процесса о канале напряжения с FUZZY регул яторм
\
4
0.2 0.5 1
Время переходного процесса в канале частоты без учета перекрестных связей
\
\
\
\
4 Л
Л
-Со«-03
-S№0i Co« «07
S>*1 Се*-07
-SH-02 Cos-03
-SH-02 Co«-07
Время переходного процессе е канале частоты
V
\
-S№1 Cot-OS SH4» Coi*)7 SW1 Co«-07
0.2 OS
Время переходного процесса а канале частоты с FU2ZY регуляторм
- Со«-09
-Со»»07
ANFIS - это тивная сеть нече нейро-нечетких типа. Архитектл нечетких сетях i ножение и веро зволяет примет нейронных сете ANFIS реал ной сети прямо1
первый ело! второй слой третий слой четвертый с пятый слой Входы сети в сп
Построены амплитуды и чс что использова FUZZY регуля-гулирования.
Установлен в канале напрял На FUZZY адаптивный pei Список литерат
[1] Хватов О.С. Монография. - Ь
[2] Хватов О.С., Материалы 12-й выми преобразо!
[3] Хватов О.С. нове машины дв
[4] Хватов О.С. валогенераторнс ник ВГАВТ. - В
ON
Система автоматического регулирования (САР) содержит два регулятора, первый в канале стабилизации амплиту ды напряжения, второй в канале стабилизации частоты напряжения.
Использование FUZZY регулятора позволяет САР эффективно работать при любом скольжении, в то время как ПИ регулятор работает с наибольшей эффективностью только при s = Бщср. Регулятор синтезирован и настроен с применением нейро-нечеткой сети ANFIS.
Dynamic of. power mach Ые power n, of the indep
142
ANF1S - это аббревиатура Adaptive-Network-Based Fuzzy Inference System - адаптивная сеть нечеткого вывода. ANFIS является одним из первых вариантов гибридных нейро-нечетких сетей - нейронной сети прямого распространения сигнала особого типа. Архитектура нейро-нечеткой сети изоморфна нечеткой базе знаний. В нейро-нечетких сетях используются дифференцируемые реализации треугольных норм (умножение и вероятностное ИЛИ), а также гладкие функции принадлежности. Это позволяет применять для настройки нейро-нечетких сетей быстрые алгоритмы обучения нейронных сетей, основанные на методе обратного распространения ошибки.
ANFIS реализует систему нечеткого вывода Сугено в виде пятислойной нейронной сети прямого распространения сигнала. Назначение слоев следующее:
первый слой - термы входных переменных; второй слой - антецеденты (посылки) нечетких правил; третий слой - нормализация степеней выполнения правил; четвертый слой - заключения правил;
пятый слой - агрегирование результата, полученного по различным правилам. Входы сети в отдельный слой не выделяются.
Построены интегральные зависимости времени переходных процессов в контурах амплитуды и частоты напряжения от величины и характера нагрузки. Анализ показал, что использование нейро-нечеткой сети ANFIS позволяет сократить время разработки FUZZY регулятора путем использования опыта человека в управлении объектом регулирования.
Установлено, что при использование FUZZY регулятора время переходного процесса в канале напряжения уменьшилось в 2 раза, а в канале частоты уменьшилось в 3 раза.
На FUZZY регулятор величина скольжения влияет в меньшей степени, чем на неадаптивный регулятор. Список литературы
[1] Хватов О.С. Управляемые генераторные комплексы на основе машины двойного питания: Монография. - Н. Новгород: НГТУ, 2000.
[2] Хватов О.С., Титов В.Г. Генераторные комплексы на основе машины двойного питания // Материалы 12-й всероссийской НТК «Электроприводы переменного тока с полупроводниковыми преобразователями». - Екатеринбург: У ПИ, 2001.
[3] Хватов О.С. Управление переходными режимами работы генераторных комплексов на основе машины двойного питания // Новые технологии. - № 5. - 2000.
[4] Хватов О.С., Бурмакин O.A., Тарасов И.М., Динамические режимы автономной судовой валогенераторной установки на основе генератора по схеме машины двойного питания // Вестник ВГАВТ. - Выпуск 20. - Н. Новгород: ВГАВТ, 2006.
DYNAMIC OPERATING MODES OF SHIP SHAFT GENERATOR INSTALLATIONS ON THE BASIS OF THE DOUBLE POWER MACHINE GENERATOR
O. S. Hvatov, E. M. Burda, I. M. Tarasov
Dynamic operating modes of ship shaft generator installations on the basis of the double power machine generator are analysed. The non linearized mathematical model of the double power machine generator is developed. Not adaptive and nejro-illegible fuzzy regulators of the independent double power machine generator are synthesized.
