Компьютерное моделирование системы адаптивного управления машины двойного питания Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х

9.Кочетов ОС. Расчет системы виброизоляции для вязально-прошивных машин. Science Time. 2016. № 1 (25). с. 244-250.

10.Кочетов О С. Испытания системы виброизоляции на базе тарельчатых упругих элементов. Science Time. 2016. № 2 (26). с. 306-311.

11.Кочетов О С. Методика расчета тарельчатых виброизоляторов для ткацких станков. Известия высших учебных заведений. Технология текстильной промышленности. 2000. № 4. С. 98.

© И.Н. Леонтьева, И.Г.Гетия, О.С.Кочетов, 2016

УДК: 62-503.57

Мазалов Андрей Андреевич

канд. тех. наук, доцент ЮФУ, г. Ростов-на-Дону, РФ.

E-mail: [email protected]

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ

Аннотация

В настоящее время, актуальной научной проблемой возобновляемых источников энергии является проблема разработки систем управления (СУ), которые обеспечивают генерацию стабильного напряжения в изменяющихся условиях среды. Работа раскрывает разработку структуры и метода синтеза системы управления, позволяющую решить указанную проблему. Электрическая подсистема ветряной электростанции представляет собой известную структуру с известными преимуществами, состоящую в основном из асинхронного генератора с фазным ротором (АГФР) и преобразователя питания в цепи ротора. Функционирование системы управления основывается на оригинальной нелинейной математической модели АГФР во вращающихся "dq" координатах, с учетом нелинейных внешних и внутренних возмущений, таких как индуктивности обмоток, изменения сопротивления обмотки от температуры, и т.д. В работе раскрыта математическая модель, алгоритмы адаптивного управления и компьютерное моделирование ветровой турбины с АГФР.

Ключевые слова

Ветроэнергетическая установка, адаптивное управление, машина двойного питания,

нелинейная система управления.

Введение:

Быстрый рост установленных ветроэнергетических мощностей за последние годы оказался возможен за счёт разработки и внедрения новых технологических решений, одним из которых является применение в качестве генератора ветроэнергетической установки (ВЭУ) машины двойного питания(МДП), по конструкции не отличающийся от асинхронной машины с фазным ротором. Такие МДП нашли широкое применение в мощных ВЭС, так как позволяют преобразовывать доступную энергию ветра более эффективно, особенно в периоды слабых ветров.

Известно, что параметры генерируемого напряжения зависят от условий окружающей среды. Вместе с тем необходимость выработки качественного стабильного напряжения ставит задачу разработки технологических решений, позволяющих минимизировать влияние различных факторов на качество получаемой энергии. Таким технологическим решением является адаптивная нелинейная система управления (СУ) ВЭУ с МДП, позволяющая с высокой скоростью реагировать на изменение возмущений, таких как скорость ветра, величина подключаемой электрической нагрузки, внутренние параметры

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

генератора, тем самым поддерживая стабильность выходного напряжения. Синтезируя адаптивный быстродействующий регулятор напряжения и используя структуру ВЭУ на базе МДП становится возможным проектирование и строительство таких типов ВЭУ.

Синтез нелинейной СУ:

Предлагаемое в данной статье решение указанной проблемы основано на нелинейной модели МДП во вращающихся «dq» координатах, т.к. в условиях постоянно действующих возмущений линеаризация оказывается неэффективна [1]. Так как, исходя из структуры ВЭУ [1], управляющей цепью является цепь фазного ротора, то основной целью управления является подача на него такого напряжения, при котором, вне зависимости от возмущений, генерируемое напряжение остается неизменно и соответствует заданному. Применительно к модели, необходимо получить управляющие значения напряжений по осям «dq» ротора

V V Vrej Vref

dr и qr, при известных требуемых напряжениях статора ds и qs . Классическая математическая модель

МДП не учитывает нелинейные изменения своих параметров, таких как индуктивности обмоток, изменения

сопротивлений обмоток от температур и т.д., принимая их постоянными, что не совсем верно. Тем временем,

в реальной МДП такие изменения оказывают влияние на качество управления, что делает синтез системы

управления с учетом таких нелинейных возмущений актуальной задачей. Возникающие из-за нелинейного

характера объекта управления возмущения сложно поддаются математическому описанию, однако

определение величины этих возмущений с последующим внесением корректировок в работу СУ на основе

такой оценки является вполне разрешимой задачей. Для этого, в стандартную математическую модель МДП

добавим некоторые функции неизмеримых возмущений f^ и f^2 (1) соответственно для токов статора по

осям q и d и синтезируем законы управления.

d- _Lr (Vqs ~ Rs * V ) Lm К (Ljdr + Lmlds ) ~ Rrlqr + Vqr f

dtlqs ~ -LL+ L2 -LL+ L2 Jd 1

r s m r s m

d . _ Lr (Vds - Rsids ) Lm (К (Ljqr + LJ-qs ) - Rrldr + Vdr f

dtlds ~ - LL+ L2 - LL+ L2 Jd 2;

r s m r s m

d . Lm (Vqs - Riqs ) Ls (кг (Lridr + Lmhs ) - Rriqr + Vq

qs s qs ' s\шг\ r dr ' m ds ' r qr ^ qr

dt qr - L L + L2 - LL + L2 '

r s m r s m

d, _ Lm (Vds - Rsids ) Ls H (Lri qr ^ Lmm,qs ) Rr^qr ^ Vqr

dt dr - LL + L2 - LL + L2 '

r s m r s m

(1)

Более детально, вывод уравнений представлен в [1]. Итак, в соответствии с [1], получим:

1 2

Vdr = —ГТГ (fd2ККК + fd2- + RsLrRnidS - LrRnarLmiqr -

1 2

Т j-, "( fd2LrLsRn + fd2L

LmRn ' (2)

-œUi R - RL Rid - aL L R id + aL R id + аУ^ (LL - L ));

r m qs n n m r dr 1 r s n ds 1 m n ds 1 ds V r s m//'

1 2

Vqr = (-fdiLrLsRn + fdiL2mRn + RnLrVqs - RsLrRniqs - LrRn®rLmidr - (3)

LmRn

- й L2 id R + RL Ri + a,LLRi - a,L2 R i + a,Vref(-L L + L2 ));

r m ds n n m r qr 1 r s n qs 1 m n qs 1 qs V r s m//'

Значения требуемых напряжений V^f и V^f задаются через преобразования Парка-Горева из «abc» координат в «dq».

Теперь, в соответствии с [2], выполним процедуру синтеза наблюдателя для возмущений f^ и f^2, действующих на силы токов в обмотках статора, так как от их величин зависит и величина напряжения на выходе генератора. Более детально, вывод уравнений представлен в [1]. Теперь, можем определить уравнение выхода наблюдателей:

fat = alHIqs + Z! (4)

fd2 = a2-Jds + (5)

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

Полученные оценки возмущений используются в замкнутой системе управления, построенной по принципу беспоисковых систем с непрямой адаптацией к возмущениям. Уравнения (2), (3) являются уравнениями регулятора напряжения с оценкой возмущения.

Компьютерное моделирование:

MATLAB был выбран как наиболее подходящее приложение для моделирования. Отметим, что сутью данного метода является внесение в модель и оценка нелинейных не измеряемых возмущений, и на основании этой оценки выполнение корректировки при работе адаптивной системы управления. Модель системы управления представляет собой два m-файла, в первом из которых описываются используемые константы и переменные, задаются условия вызова встроенных в MATLAB функций, обрабатываются результаты и строятся требуемые графики. Второй файл представляет собой m-Файл для вычисления правых частей дифференциальных уравнений, описываемых формулами (2) ,(3), (4) и (5), в соответствии с синтаксисом и правилами вызова таких функций в MATLAB. Возмущающими воздействиями будут служить изменения электрической нагрузки и частоты вращения вала АГФР.

Итак, зададим требуемые параметры генерируемого напряжения: амплитуда 220*V2 вольт и частотой 50 герц. Пусть в момент времени 0,01 секунда изменяется скачком нагрузка, а в момент времени 0,02 -частота вращения вала. Рисунок 2 демонстрирует 4 графика, позволяющие оценить качество работы адаптивной нелинейной системы управления с наблюдателем. Видим, что форма напряжения статора по осям «dq» является ровной, без сильных искажений, что является следствием работы наблюдателя и адаптивности системы управления. Так как в момент времени 0,02 секунды мы задали изменение механического момента на валу генератора, что соответствует усилившемуся ветру, то и скорость вращения вала также плавно стала возрастать, что нашло своё отражение на соответствующем графике.

Рисунок 2 - Графики с оценкой наблюдателя при переменных возмущениях, по часовой стрелке: напряжения статора, токи статора, скорость вращения вала, токи ротора.

Итоги:

Анализируя результаты моделирования нелинейной адаптивной СУ с наблюдателем, можно отметить, что данная система управления решает поставленные задачи управления. Достоинствами такой СУ являются высокое качество генерируемого напряжения, а также оценка нелинейных возмущений с последующей корректировкой управляющего напряжения, действующих, в данном конкретном примере, на токи статора по осям <^» . Недостатком являются высокие требования к вычислительной мощности микропроцессорной системы, на которой будет базироваться такая СУ. Также необходимо отметить, что в реальных условиях инвертор не сможет мгновенно изменить форму управляющего напряжения, что скажется на

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №11-3/2016 ISSN 2410-700Х_

быстродействии. Данные вопросы требуют проведения экспериментальных исследований в реальных условиях.

Благодарности:

Работа поддержана грантом Южного федерального университета №°213.01-07-2014/01ПЧВГ «Теория и методы энергосберегающего управления распределенными системами генерации, транспортировки и потребления электроэнергии».

Список использованной литературы:

1. Andrey A. Mazalov. Non-linear control system for wind power plant with DFIG., 2013 Международная конференция по возобновляемым источникам энергии и технологиям окружающей среды (ICREET 2013) Applied Mechanics and Materials Vols. 448-453 (2014) pp 1884-1887, Trans Tech Publications, Switzerland.

2. Пшихопов В.Х., Медведев М.Ю. Управление подвижными объектами в определенных и неопределённых средах. Россия, Москва (2011). ISBN 978-5-02-037509-3

© Мазалов А. А., 2016.

УДК 621.89.097.3

Маргарян Ева Арутюновна

студентка 4 курса Института экономики и управления Уфимский государственный авиационный технический университет

Фатхуллина Ляля Закиевна канд. экон. наук, доц. кафедры Управления Инновациями Уфимский государственный авиационный технический университет

г. Уфа, РФ E-mail: [email protected]

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛИ «ЛАБИРИНТ»

Аннотация

В статье рассматривается оптимизация процесса производства деталей на примере детали «Лабиринт».

Ключевые слова

Процесс производства, детали, «Лабиринт»,оптимизация производства.

На сегодняшний день УМПО предлагает разнообразные и востребованные услуги и продукцию в нашей стране и зарубежом, что способно обеспечить достойной работой и заработной платой выпускников университетов. Однако, УМПО, как и любому предприятию, необходима оптимизация создания и обработки деталей с целью сокращения затрат и времени на производство. Рассмотрим одну из многих деталей, разрабатываемых на данном предприятии. [2]

Лабиринт 104.04.22.025 - деталь, отделяющая масляную полость подшипника газотурбинного двигателя от воздушной. Данную деталь изготавливают в цехе 23 на участке 6 на ПАО УМПО. [1, с 256]

Технологический процесс изготовления данной детали делится на 3 этапа (токарная, фрезерная, слесарная обработки) и состоит из 15 операций.

В таблице 1 представлена операционная карта изготовления детали :