 |
Нечеткий регулятор работает четко: ученые ПНИПУ улучшили управление синхронными двигателями
Ученые ПНИПУ предложили использовать нечеткий регулятор, основанный на знаниях эксперта-человека, чтобы более точно и стабильно управлять работой синхронного двигателя.
Синхронные двигатели широко применяются в машиностроении, энергетике, строительстве и металлургии благодаря своей эффективности, мощности и надежности. Однако регуляторы, которые обычно управляют параметрами работы таких двигателей, например, скоростью, не всегда обеспечивают высокое качество контроля. В результате эффективность двигателя снижается, растет потребление электроэнергии и износ деталей. Ученые ПНИПУ предложили решение этой проблемы: нечеткий регулятор, основанный на знаниях эксперта-человека, позволит более точно и стабильно управлять работой двигателя.
Исследование опубликовано в журнале «Электротехника», № 11, 2023. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
В синхронном электродвигателе скорость работы ротора (вращающаяся часть) совпадает со скоростью вращения магнитного поля статора (неподвижная часть). Такие двигатели дороже и сложнее в эксплуатации – быстрее изнашиваются и требуют дополнительный источник постоянного тока, но при этом обладают большей мощностью, чем асинхронные, и менее чувствительны к скачкам напряжения.
Ученые ПНИПУ проанализировали работу системы управления синхронного двигателя с постоянными магнитами без датчика положения ротора, которая содержит регулятор скорости ротора и наблюдатель для оценки его текущей скорости. Они предложили заменить используемый в ней классический пропорционально-интегральный регулятор (ПИ-регулятор) скорости вращения ротора на нечеткий регулятор.
ПИ-регулятор – устройство с обратной связью для управления технологическими параметрами (скоростью, температурой, давлением и т.д.) Чтобы пояснить принцип его работы, приведем пример. Допустим, ПИ-регулятор отвечает за положение регулирующего вентиля на трубе с горячей водой, при этом необходимо, чтобы вода была определенного градуса. Получив информацию от датчика о реальной температуре воды, регулятор решает, насколько приоткрыть вентиль, чтобы та достигла нужного значения.
Однако ПИ-регулятор слабо подходит для сложных систем, например, доменной печи, поскольку невозможно учесть все факторы, влияющие на их работу (меняющуюся нагрузку, температуру, качество смазки, износ деталей и др.) При этом квалифицированный оператор качественно управляет такими объектами, опираясь на показания приборов и накопленный опыт.
В таком случае политехники предлагают заменить ПИ-регуляторы на нечеткие регуляторы, построенные на основе нечеткой логики. Что это значит? Нечеткий регулятор состоит из фаззификатора, блока правил и дефаззификатора.
Фаззификатор преобразует точные значения входных сигналов (например, значения скорости ротора) в нечеткие величины (очень высокая, высокая, очень низкая, низкая, норма). Блок правил содержит инструкции (если x, то y), с которыми регулятор соотносит полученные нечеткие величины, и определяет, какое управляющее воздействие ему применить (если скорость очень низкая, то подачу тока увеличить сильно). Дефаззификатор преобразует нечеткие решения (увеличить сильно) в точные значения управляющих воздействий (увеличить на х), которыми регулятор контролирует скорость ротора.
Инструкции для нечеткого регулятора основаны на знаниях опытных специалистов. При этом возможно сформировать любое количество инструкций и условий в них, что делает процесс управления гораздо более эффективным.
– ПИ-регуляторы чувствительны к изменениям параметров системы, недостаточно качественно реагируют на быстрые и сильные перепады нагрузки, это приводит к ошибкам в процессе управления, снижению эффективности работы всей системы. Применение нечеткого регулятора исключает эти недостатки, – рассказывает ассистент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ Сергей Сторожев.
Чтобы убедиться в эффективности предложенного подхода, ученые Пермского Политеха смоделировали работу нечеткого регулятора скорости в синхронном двигателе при помощи специализированного ПО. Они исследовали его работу при разной нагрузке и изменяющихся параметрах двигателя (например, при перегреве, вибрациях, износе деталей).
– Результаты показали, что использование нечеткого регулятора улучшает основные показатели качества управления в обоих случаях. Например, перерегулирование (превышение необходимого уровня управляющего воздействия) в идеальных условиях сокращается с 5% до 1%, а в условиях изменяющихся параметров двигателя – с 10% до 2 %, – подводит итог доктор технических наук, заведующий кафедрой автоматики и телемеханики ПНИПУ Александр Южаков.
Разработанный учеными ПНИПУ подход представляет собой альтернативу стандартному способу управления синхронными двигателями с постоянными магнитами без датчика положения ротора. Он может применяться в двигателях беспилотников, электросамокатов, велосипедов, топливных и масляных насосов. Это позволит добиться более простого, точного и качественного управления их работой, повысить их эффективность, сократить потери электроэнергии, избежать ускоренного износа деталей. Как отмечают ученые, конструкторская и программная документация уже разработана и планируется к внедрению в 2024 году.
Контактное лицо: Марина Козаченко (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 21:16, 05.12.2023
Количество просмотров: 230
Страна: Россия
| Ученый Пермского Политеха рассказал об изменениях в правилах для водителей, ПНИПУ, 21:48, 16.03.2026, Россия |
103 |
| С 1 марта 2026 года в России вступают в силу законодательные изменения, которые коснутся всех автовладельцев. Нововведения затронут цифровизацию электронных паспортов и усиление ответственности за нарушение ПДД. Ученый Пермского Политеха рассказал, какие изменения ждут водителей, как они повлияют на бюджет и авторынок, и что делать, чтобы избежать лишних расходов. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали 10 неочевидных фактов про сон, ПНИПУ, 21:18, 16.03.2026, Россия |
26 |
| 13 марта отмечается Всемирный день сна. Ученые ПНИПУ рассказали, сколько плод спит в беременность, почему дети не видят себя во сне, как головной мозг избавляется от токсичных белков, зачем нам негативные сновидения, как нехватка сна приводит к диабету и какие психологические установки порождают бессонницу. |
|
| Ученая Пермского Политеха развеяла миф о вреде зимне-весенних овощей, ПНИПУ, 21:15, 16.03.2026, Россия |
20 |
| Существует миф, что зимне-весенние овощи содержат большое количество пестицидов и нитратов. Ученая Пермского Политеха разбирает популярный миф о зимне-весенних овощах, в чем их отличие от сезонных, как меняется количество витаминов в плодах и какие лучше всего употреблять для поддержания иммунитета. |
|
| Ученая Пермского Политеха поделилась 10 полезными фактами про почки, ПНИПУ, 21:55, 12.03.2026, Россия |
383 |
| 12 марта отмечается Всемирный день почки. Ученая ПНИПУ рассказала, когда формируются почки у ребенка, как работают, почему влияют на давление, мозг и витамин D, как часто их пересаживают, у кого выше риск образования камней, полезно ли есть арбуз и где разрабатывают искусственную почку. |
|
| Пермские ученые объяснили, почему на спутнике Сатурна бьют гейзеры, а на других — нет, ПНИПУ, 21:54, 12.03.2026, Россия |
383 |
| Европа, Энцелад и Титан — ледяные спутники Юпитера и Сатурна с подледными океанами. Только Энцелад выбрасывает воду в космос через гейзеры. Почему при сходном строении остальные спутники скрыты подо льдом, выяснили ученые Пермского Политеха и УрО РАН, создав математическую модель, которая объяснила этот феномен. |
|
|
|
