CC BY
54
УДК 621.313
МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА БАЗЕ НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ В.Н. Мещеряков, П.Н. Левин
Липецкий государственный технический университет, Россия, г. Липецк [email protected], [email protected]
Актуальность темы
Рассмотрены принципы повышения энергетических показателей в системе прямого управления моментом (ПУМ) при работе с частотным преобразователем. Предложен многокритериальный поисковый алгоритм на базе нечеткого регулятора, позволяющий сократить поте.
Введение
Энергосберегающий режим в асинхронном электроприводе может быть реализован за счет поддержанием по сто я нств а сое ср. постоянного скольжения, управлением с использованием модели двигателя или с помощью поисковых алгоритмов [1].
Наиболее надежным и независимым от свойств конкретного объекта управления являются поисковые алгоритмы, которые при расчете
.
--
ния. Критерием поиска может служить минимум потерь или потребля-.
Поисковому алгоритму может потребоваться несколько десятков секунд для обнаружения оптимальной точки, что делает его непригодным к использованию в механизмах циклического действия с малыми циклами, или в приводах с резкопеременным характером нагрузки.
Наиболее эффективной будет реализация энергосберегающего
-
мы замещения. Поисковыми алгоритмами можно выполнять лишь коррекцию управляющего воздействия в небольших пределах.
Основные проблемы и решения
-
ления является прямое управление моментом (ПУМ) [2].
Одним из наиболее простых алгоритмов реализуемых в системах векторного управления является поддержание оптимального угла между моментообразующими векторами [3]. При проведении исследований были определены предварительные значения оптимальных углов между векторами тока статора и потокосцеплениями статора и ротора. В случае с ПУМ, где осуществляется контроль потокосцепления статора, оптимальным углом по условию минимуму тока статора является угол ср1 ~ 40°, а по условию минимума потерь <р1 « 35°.
Входными задающими параметрами для ПУМ являются момент двигателя М* и модуль потокосцепления статора | (рис.1). Момент асинхронного двигателя в этом случае определяется по формуле:
М,
= ©РпКН^Ып^.
Ю-»
Блок оптимизации
-ю-
Компаратор 5М
момента оптимальных переключений АИН
Компаратор ~~1/
потока
м
а(1-6)
Модель двигателя
Рис.1. Структурная схема прямого управления моментом с блоком
оптимизации
и
Если угол (/>1 принять равным оптимальному значению, то при известном заданном моменте и текущем токе статора можно вычислить необходимое значение потокосцепления, при котором будет обеспечиваться энергосберегающий режим работы электропривода:
= Зр^т^ Щ'
Полученное уравнение не зависит от активных изменяющихся параметров двигателя. Поэтому не требуется перенастройка блока оптимизации потока в зависимости от насыщения или вследствие нагрева АД.
Тем не менее, угол по минимуму потерь учитывал только потери на активных сопротивлениях элементов цепи, без учета потерь в стали. Помимо этого, значение угла было получено приблизительно ±2°, с учетом индуктивности рассеивания обмотки статора. Поэтому блоку
оптимизации требуется коррекция выходного значения по углу с помощью поисковых алгоритмов.
Один из вариантов поискового регулятора может быть создан на принципах нечеткой логики [4]. Нечеткий регулятор, фактически реализующий нелинейное отображение входов в выходы, отвечает задаче оптимизации по нелинейному критерию намного лучше, чем линейные регуляторы. Кроме того, у нечетких регуляторов больше степеней сво-.
Наиболее полно использовать возможности нечеткого регулятора можно при введении функции многокритериальной оптимизации. В этом случае в качестве основного показателя качества оптимальной настройки электропривода будет выступать не один критерий, а совокупность нескольких.
В качестве примера возьмем два основных критерия оптимизации: по минимуму тока и по минимуму потерь. В первом приближении предположим, что значимость обоих критериев при оптимизации одинакова. В этом случае в нечетком регуляторе будет использоваться не два, а три входа (рис.2). Первые два входа представлены критериями, а третий оценивает изменения угла. Для всех входов используется
.
т
зр
Д1,
Д1,[п
ДРНГ^Щ
ф;[П]
Дф,
д<р;[п;
Нечеткий регулятор
Дф;[П+1]
дмд <ж
400
-К>
J
Ф,'[п+1]
ф;м П к
Рис. 2. Структура блока многокритериальной оптимизации электропривода с блоком коррекции на базе нечеткого поискового регулятора
Основная часть блока реализует функцию поддержания угла <р1, как в статических, так и в динамических режимах. За счет быстродействующих компараторов и таблицы оптимальных переключений, переход с одной характеристики на другую осуществляется на порядок быстрее, чем в системах векторного управления.
2
М
'1
z
-
мального изменения момента на валу двигателя, т.е. в установившихся режимах. В этом случае нечеткий регулятор, используя информацию по изменению на входах тока статораД/1 [п], потерь ДР[п] и угла кор-рскцииД^ [п], выдает сигнал на увеличение или уменьшение угла А(р\[п + 1].
Если задание на момент М*начинает резко меняться, или достигается предел блока ограничения по модулю |, то выход регулятора
отключается от сумматора и в динамических режимах поддерживается
:
<р\ - 40° + А<рл[п + 1]. Полученная система может быть использована в электроприводах с резко-переменной нагрузкой.
Время дискретизации, т.е. промежуток времени в течении которо-
-
гулятора, выбирается с учетом времени протекания электромагнитных процессов в двигателя. Чтобы точно оценить влияние изменения угла необходимо, чтобы значения тока и потерь перешли с одного установившегося значения на другое. С этой целью время дискретизации вы-
хронного двигателя:ДС « Т2 = Ь2/Я2-
Чтобы не сделать систему чрезвычайно колебательной и неустойчивой максимальное приращение в рабочем диапазоне изменения угла составит ±0.5°заД£.
В качестве алгоритма функционирования нечеткого логического вывода предлагается использовать модель Такаги-Сугено (Т8 - модели) [5]. Данная модель обладает большей гибкостью при создании правил, так как в отличие от модели Мамдани в качестве выхода содержит не нечеткое множество, а функцию, которая может быть и нелинейной.
При настройке нечеткого регулятора желательно определить все реакции на возможные входные воздействия. В простейшем случае можно использовать два набора правилоптимизации, независимо друг
от друга. Правила Т8 - модели для поискового алгоритма тогда при:
: ЕСЛИ (х1есть «Реакция тока»=Ы) И (х3 есть «Изменение угла»=1Ч), ТО (у = 0.5x0
Я2: ЕСЛИ (х± есть «Реакция тока»=Ы) И (х3 есть «Изменение уг-ла»=Р), ТО (у = -0.8*!)
КЗ: ЕСЛИ (х± есть «Реакция тока»=Р) И (х3 есть «Изменение уг-
ла»=>0, ТО (у = 0.5x0
Я4: ЕСЛИ (хг есть «Реакция тока»=Р) И (х3 есть «Изменение угла»=Р), ТО(у = 0.5^ + 0.05)
Я5: ЕСЛИ (х2 есть «Реакция потсрь»=Ы) И (х3 есть «Изменение угла»=1Ч), ТО (у = 0.5х2)
Я6: ЕСЛИ (х2 есть «Реакция потсрь»=Ы) И (х3 есть «Изменение угла»=Р), ТО (у = —0.5х2)
Я7: ЕСЛИ (х2 есть «Реакция потерь»=Р) И (хл есть «Изменение угла»=К), ТО (у = 0.5х2)
Я8: ЕСЛИ (х2 есть «Реакция потерь»=Р) И (х3 есть «Изменение угла»=Р), ТО (у = —0.5х? + 0.05)
Коэффициенты перед критериями оптимизации при расчете выходного воздействия упоказывают значимость критерия при настройке. Значимость определяется условно коэффициентом от 0,0 до 1,0. Т.к. в нашем случае критерии были признаны равными при оптимизации, то каждому из них присвоен коэффициент равный 0,5.
В пакете МАТЬАВ [6] было произведено сравнительное моделирование различных поисковых методов базе нечеткой логики. Результаты для двигателя мощностью 3 7кВт сведены в таблицу 1.
Таблица 1
Мс мн Оптимизация по минимуму тока статора Оптимизация по минимуму потерь - нимумутока статора и потерь
СП г опт [град] [А] АР [Вт] [Вб] <Р т опт [град] и [А] АР [Вт] [Вб] г опт [град] и [А] АР [Вт]
0,1 0,41 52 14 60 0,41 52 14 60 0,41 52 14 60
0,2 0,56 52 21,3 165 0,64 40 23 140 0,58 47,5 21,6 151
0,3 0,63 52 28,3 314 0,71 40 30 285 0,69 42,9 29,6 290
0,4 0,7 52 34,7 500 0,77 39 37 430 0,72 48 35,2 488
0,5 0,71 53 40,4 750 0,8 42 43 685 0,76 47,4 41,7 710
0,6 0,75 54 46 1000 0,82 45 51 945 0,83 42 49,8 950
0,7 0,76 55 51,7 1350 0,83 50 52 1252 0,79 51,6 52,5 1270
0,8 0,78 55 57,4 1656 0,89 42 62 1520 0,81 51,9 58,1 1580
0,9 0,80 55 63,1 2022 0,91 43 69 1857 0,84 50 64,2 1940
1,0 0,81 56 68 2450 0,91 46 71 2227 0,88 49 70,2 2270
-
ния оптимального угла вследствие неравномерного нагрева обмоток
статора и ротора, учесть потери в стали и кривую насыщения. Для его
-
ваниях предполагается формирование таблицы оптимальных значений
-
рывной подстановки оптимальных значений угла, даже когда поисковый алгоритм отключен (резкопеременный характер нагрузки).
Список литературы
1. Браславский И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод: Учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.Я. Браславский, З.Ш. Ишматов, В.Н. Поляков - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 256с.
2. Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: Учеб.пособие для студ. высш. учеб. заведений / Г.Г. Соколовский - М.: Издательский центр «Академия», 2006. - 272с.
3. Мещеряков В.Н. Оптимизация взаимного положения векторов тока статора и магнитного потока асинхронного двигателя при векторном управлении / В.Н. Мещеряков, П.Н Левин. // Москва. Известия вузов. Электромеханика. -2006. -№1. С.25-27.
4. Шваяков A.B. Нечеткий регулятор тока в асинхронном электроприводе с параметрическим управлением / A.B. Шваяков, A.C. Коваль - Электронный научно-технический журнал. Октябрь 2005. http://www.bru.mogilev.by
5. Пегат А. Нечеткое моделирование и управление/ А. Пегат; пер. с англ. // М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 798с.
6. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB/ С.Д. Штовба // М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 288с.
УДК 62-573.1
СИСТЕМА «ТПН-АД» С РЕГУЛЯТОРОМ ОСТАТОЧНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА ШИНАХ СЕТИ
A.M. Зюзее, A.B. Костылее, Д.П. Степанюк, В.П. Метельное
Уральский федеральный университет, Россия, г. Екатеринбург a.m. zyuzev@ustu. ru
Введение
Как известно, прямой пуск асинхронного двигателя (АД), мощность которого сопоставима с мощностью сети, представляет определенную проблему, так как при этом из сети потребляется 5... 7 - кратный ток по отношению к номинальному току двигателя. Этот ток
-
жения, что в свою очередь может неблагоприятно сказываться на ра-
