 |
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: 208
Страна: Россия
| Ученые Пермского Политеха рассказали, как боль в суставах связана с погодой, ПНИПУ, 22:32, 08.09.2025, Россия |
172 |
| По данным ВОЗ, каждый 10 россиянин страдает от проблем с суставами. Причем, многие испытывают обострение симптомов в холодную и дождливую погоду. Эксперты Пермского Политеха объяснили, почему это не миф, кто больше всего подвержен метеочувствительности, какой спорт поможет решить проблему и почему даже дети могут реагировать на магнитные бури. |
|
| Ученые Пермского Политеха рассказали, что стоит за трендом «шрекинга» в отношениях, ПНИПУ, 22:42, 03.09.2025, Россия |
199 |
| Зумеры распространяют новый тренд под названием «шрекинг». Это социокультурный феномен, когда человек выбирает романтического партнера, которого он считает менее привлекательным по внешности или другим критериям. Ученые Пермского Политеха рассказали, почему это явление набирает популярность, и может осложнять семейные отношения. |
|
|
|
