CC BY
15
УДК 677.027.45;004.94
Ю.О. Лебеденко, К.В. Тимофеев, Л.К. Тимофеев, В.Б. Сис
НЕЧ1ТКА МОДЕЛЬ РЕГУЛЯТОРА ПРИВОДА З1 ЗМ1ННИМ МОМЕНТОМ 1НЕРЦП
Вступ. У сучасних умовах безперервного росту вартосп енергоресурав багато ранiше створених технологш стають нерентабельними або малорентабельними, що негативно вiдбиваeться на конкурентоспроможностi вироблено! продукцп. Це особливо стосуеться найбшьш енерговитратних технологiй, як1 мiстять електроприводи, параметри навантаження яких залишаються невизначеними та змшюються у часi. Наприклад, у текстильнiй промисловостi, при рвдиннш обробцi ниток у пакуваннях розподш потоку розчину м1ж сотнями пакувань, установлених усерединi автоклава, носить невизначений характер, що ускладнюе контроль процесу обробки та не дозволяе завершити його за мiнiмально необхвдний пром1жок часу [1].
Анaлiз останшх дослвджень i публiкацiй. У приводах зi змiнним моментом шерцп змiна введеного моменту значно впливае на перехвдш процеси в електроприводi, що приводить до значного недовикористання його можливостей.
Зменшення впливу змш введеного моменту шерцп можливе за рахунок вводу позитивного зворотного зв'язку за швидк1стю на вх1д регулятору струму [2]. Проте, структура системи керування таким електроприводом висувае додатковi вимоги щодо динамiки та швидкоди li складових частин. Завдяки позитивному зворотному зв'язку можливi рiзкi змши завдання з виходу регулятора струму, яш система керування разом iз силовим перетворювачем повиннi оперативно ввдпрацьовувати.
1ншим напрямком вирiшення проблеми ефективного керування при змш параметрiв навантаження двигуна е застосування систем безпосереднього вимiру крутного моменту на основi оптичних та iндуктивних датчиков [3]. Але, багатоконтурш системи керування iз лiнiйними регуляторами можуть забезпечити ефективне керування лише в певному дiапазонi змiни параметрiв навантаження.
Перспективним напрямком виршення зазначено! проблеми е впровадженню нечiтких алгоритмiв керування приводом [4]. Техшка нечико! логiки е виграшною в тих випадках, коли в процеа роботи виникае дефiцит шформацп про елементи вектору стану системи, що характерно для режимiв роботи електропривода, наприклад, ткацьких пакувань, коли алгоритм роботи та зовшшш впливи на навантаження е недетермшованими у час та в просторi.
Метою роботи е розробка та дослщження нечигсо! моделi регулятора системи керування приводом зi змiнним моментом шерцп на прикладi технологiчного процесу рвдинно! обробки ткацьких пакувань.
Основний мaтерiaл.
Система управлшня швидк1стю обертання текстильного пакування з урахуванням змiни його структури повинна аналiзувати наступну iнформацiю:
- ввдхилення входного струму асинхронного двигуна ввд номiнального для запобiгання перевантаження привода;
- ввдхилення кутово! швидкосп обертання вiд задано!;
- ввдхилення моменту на валу двигуна ввд заданого.
Зауважимо, що вих1дними параметрами системи управлшня асинхронним двигуном е:
- частота напруги на виходi частотного перетворювача;
- величина напруги на виходi частотного перетворювача.
Розглянемо реалiзацiю алгоритму оптимального управлiння на основi системи нечiткого виводу.
Основою для проведення операци нечiткого лопчного виводу е база правил, що мютить нечiткi висловлення у формi "ЯКЩО-ТО" i функцil належностi для ввдповвдних лiнгвiстичних термiв [5].
У загальному випадку механiзм логiчного виводу включае чотири етапи: введення нечггкосп (фазифiкацiя), нечiткий вивiд, композицiя й приведения до чикосп, або дефазифжащя. Алгоритми нечiткого виводу розрiзняються головним чином видом використовуваних правил, лопчних операцш i рiзновидом методу дефазифжацп. Для розробки системи доцiльно використовувати модель нечеткого виводу Мамданi [20].
Спираючись на алгоритм дЦ системи управлшня та на чисельш даш, на основi нечiтких множин сформуемо базу правил про параметри живлення асинхронного двигуна привода для рщинно! обробки текстильного пакування.
Задамо лiнгвiстичнi терми й базу правил для вхвдних i вихiдних змiнних
Лiнгвiстичнi терми:
- Негативне: low
- Близьке_до_Номшалу: mid
- Позитивне: high
Терм-множини вхвдних нечетких лшгвютичних змшних та обмеження для них мають вигляд:
- Д1 - вщхилення вх1дного струму асинхронного двигуна ввд номшального:
dI ={«low», «mid», «high»}, Д1 £ [-Almax...Almax].
Для терму dI обмеження i ДImax означае максимально можливу р1зницю м1ж номшальним струмом та максимально припустимим для певного типу асинхронного двигуна.
- Дю - вщхилення кутово! швидкосет обертання вщ задано!:
dra ={«low», «mid», «high»}, Дю £ [^ramax..^ramax]
Для терму dra обмеження + Дюта* означае максимально можливе розузгодження за швидшстю обертання двигуна та заданою частотою обертання.
- dM - вщхилення моменту на валу двигуна вщ заданного:
dM={«low», «mid», «high»}, ДМ £ [-ДМ^^-ДМ^.
Для терму dM обмеження + ДМтах означае максимально можливу р1зницю м1ж заданим моментом та максимально припустимим.
Терм-множини вихвдних нечетких лшгвютичних змшних та обмеження для них мають вигляд:
- f - частота на виход1 перетворювача: f ={«low», «mid», «high»}, f £ [0...fmax].
Для терму f обмеження fmax означае максимально припустиму частоту живлення для певного типу асинхронного двигуна.
- U - дшче значення напруги на виход1 перетворювача:
U ={«low», «mid», «high»}, U £ [0. U max]
Для терму U обмеження Umax означае максимально припустиму напругу живлення для певного типу асинхронного двигуна.
Евристичш правила-продукци формулюються таким чином:
1. If (dw is low) and (dM is low) and (dl is low) then (f is high) and (U is high)
2. If (dw is low) and (dM is low) and (dl is mid) then (f is high) and (U is mid)
3. If (dw is low) and (dM is low) and (dl is high) then (f is high) and (U is low)
4. If (dw is low) and (dM is mid) and (dl is low) then (f is high) and (U is mid)
5. If (dw is low) and (dM is mid) and (dl is mid) then (f is high) and (U is mid)
6. If (dw is low) and (dM is mid) and (dl is high) then (f is high) and (U is low)
7. If (dw is low) and (dM is high) and (dl is low) then (f is high) and (U is low)
8. If (dw is low) and (dM is high) and (dl is mid) then (f is high) and (U is low)
9. If (dw is low) and (dM is high) and (dl is high) then (f is high) and (U is low)
10. If (dw is mid) and (dM is low) and (dl is low) then (f is high) and (U is high)
11. If (dw is mid) and (dM is low) and (dl is mid) then (f is mid) and (U is high)
12. If (dw is mid) and (dM is low) and (dl is high) then (f is high) and (U is mid)
13. If (dw is mid) and (dM is mid) and (dl is low) then (f is mid) and (U is high)
14. If (dw is mid) and (dM is mid) and (dl is mid) then (f is mid) and (U is mid)
15. If (dw is mid) and (dM is mid) and (dl is high) then (f is mid) and (U is low)
16. If (dw is mid) and (dM is high) and (dl is low) then (f is low) and (U is low)
17. If (dw is mid) and (dM is high) and (dl is high) then (f is low) and (U is low)
18. If (dw is high) and (dM is low) and (dl is low) then (f is low) and (U is high)
19. If (dw is high) and (dM is low) and (dl is mid) then (f is low) and (U is high)
20. If (dw is high) and (dM is mid) and (dl is mid) then (f is low) and (U is mid)
21. If (dw is high) and (dM is mid) and (dl is high) then (f is low) and (U is low)
22. If (dw is high) and (dM is high) and (dl is low) then (f is low) and (U is low)
23. If (dw is high) and (dM is high) and (dl is mid) then (f is low) and (U is low)
24. If (dw is high) and (dM is high) and (dl is high) then (f is low) and (U is low)
Спираючись на щ правила, можливе створення нечетко! моделi визначення параметрiв (U, f живлення асинхронного двигуна.
Графiчне зображення моделi нечеткого виводу по Мамдаш наведено на рис.4.3.
Рис. 1 Нечгтка модель визначення параметрiв (U, f живлення асинхронного двигуна
Функцп належностi для кожного терму кожно! лшгвютично! змшно! наведено на рис. 2, 3.
а) б)
-1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
input variable "dI"
в)
Рис. 2 Функцп належносп терм-множин вхвдних змшних нечетко! модел1 визначення
параметрiв живлення АД: а) вщхилення за швидшстю dra; б) вiдхилення моменту dM; в) ввдхилення струму dl
а) б)
Рис. 3 Функцп належносп терм-множин вихщних змшних нечетко! моделi визначення параметрiв живлення АД: а) частота f; б) напруга U
Кожному введеному правилу привласнюеться ваговий коефщент, р1вний 1. Для дослвдження регулятора 1з нечеткою моделлю було використано прикладну програму MatLab FIS Editor.
Функцп належносет будуються зпдно вказаним вище граф1кам, база правил задаеться за допомогою вбудованого редактора.
Шсля проведених процедур отримуемо поверхш ршення для р1зних комбшацш змшних. Поверхня ршення наведена на рис. 4. Результати моделювання процедури нечеткого виводу для визначення параметр1в живлення двигуна наведено на рис. 5.
У випадку, зображеному на рис. 5.3 ситуащя змодельована для вх1дних змшних: dra =
0.3 Л® , dM = -0.4 AM , dI = -0.2 Л . Вихвдт змшш показують, що для даного запиту частота
max ' max ' max J ' J
повинна складатиf=1,07^ом , напруга и=1,12ином .
Рис. 4 Поверхш ршення
dw = 0.3
dM = -0.4
II = -0.2
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13
14
15
16
17
18
19
20 21 22
23
24
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
1
>> 1
1
1 ^ ^ 1
1 ^ ^ 1
^ 1
^
^ 1
^ 1
^^^ 1
1 / 1
\ 1
1
^
1 ^ ^ 1
1 ^ \ 1
i i
\
/
/
\
/
/
\
/ А
/
\
/ А
/
\
/ 'Л
/
\
/
\
/ А
/
/
N
/ А
/
is:
is:
is:
is:
is:
is:
is:
f = 1.07 U = 1.12
1 1 ^ 1
1 1 ^Ч 1
1 1 V 1
1 1 ^Ч 1
1 1 ^Ч 1
1 1 Ч 1
1 1 Ч 1
1 1 V 1
1 1 Ч 1
1 ^ 1 ^и
1 ^ 1 1 ^и
1 1 V 1
1 1 | ^J
1 ^^ 1 1 1
Рис. 5 Результати моделювання нечеткого виводу
Як показали попередш результати комп'ютерного моделювання системи керування приводом iз нечiтким регулятором, змша параметрiв передатно! функцп пакування впливае в меншому ступенi на яшсть переходного процесу системи з нечетким регулятором у порiвняннi iз багатоконтурною системою керування
Виводи.
Використання моделей нечеткого виводу для побудови регуляторiв систем керуванння електроприводiв технологiчних установок, параметри об'екпв в яких змiнюються у час або е невизначеними, дозволяе забезпечити iнварiантнiсть в широких межах при ввдносно простому алгоритмi керування.
0
2
0
2
Л1ТЕРАТУРА:
1. Сыс В. Б. Развитие научных основ создания гибкой технологии жидкостной обработки нитей в паковках: дис. доктора техн. наук: 27.05.2008/Сыс Вячеслав Борисович. - Херсон, 2008. - 327с.
2. Пат. № 36098А, Украна, МПК G05B13/02, G05B11/01. Сладкуючий електропривод 3i змшним моментом шерцц / Аркадьев В.Ю., Лебеденко Ю.О., Пекелiс Д.А., Балш Г.М., Боярчук В.П.; заявник i патентовласник Херс. держ. технiчний ун-тет. - № 99115980; заявл. 02.11.1999; опубл. 16.04.2001, Бюл. №3. - 2 с.
3. Попов А.П. Микропроцессорная система бесконтактного контроля и измерения крутящего момента / А.П. Попов, М.Р. Винокуров, А.А. Моисеенко //Вестник ДГТУ, 2010. Т.10. №2(45). - С. 243-248.
4. Леоненков А. Ю. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTech. Леоненков А. Ю. - С. -Птб.: БХВ, 2003. - 720 с.
5. Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB / Штовба С.Д. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 288 с.
ЛЕБЕДЕНКО Юрш Олександрович - к.т.н., доцент кафедри техшчно! к1бернетики Херсонського нацюнального технiчного унiверситету
Науковi штереси:
- оптимальне управлiння складними системами.
ТИМОФЕЕВ Костянтин Васильович - к.т.н., доцент кафедри технчно! кибернетики Херсонського нацюнального техшчного унiверситету
Науковi штереси:
- цифровi та мiкропроцесорнi системи керування технологiчними процесами.
ТИМОФЕЕВ Лев Костянтинович - магiстр кафедри техшчно! шбернетики Херсонського нацiонального технiчного ушверситету
Науковi iнтереси:
- цифровi та мжропроцесорш системи керування технологiчними процесами.
СИС В'ячеслав Борисович - доктор техшчних наук, профессор Херсонського нацюнального техшчного ушверситету.
Науковi штереси:
- математичне моделювання складних систем.
