 |
Разработка ученых Пермского Политеха позволит легче управлять двигателями насосов, станков, генераторов
Синхронные двигатели незаменимы в промышленности. Их традиционное управление требует датчиков, уязвимых к вибрациям, помехам и высоким температурам, что приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые ПНИПУ предложили метод бездатчикового управления, который обеспечивает широкий диапазон скоростей, а статистические ошибки не превышают 1%.
Синхронные двигатели с постоянными магнитами широко используются в робототехнике, промышленных приводах, электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды и других системах, где важны точность и динамика. Традиционные методы управления требуют наличия датчиков положения и скорости, однако их применение ограничено условиями эксплуатации: они могут быть слишком чувствительны к вибрации и ударам, подвергаться воздействию электромагнитных помех, не работать при высоких температурах, возникающих в двигателе. Все это приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод бездатчикового управления синхронным двигателем, который поддерживает широкий диапазон скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Статистические ошибки этой системы составляют менее 1%.
Статья опубликована в журнале «Russian Electrical Engineering», т. 95, №11, 2024. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Двигатели бывают синхронными и асинхронными. Оба вида имеют статор и ротор – статичную и подвижную часть соответственно. При включении оборудования обмотка статора создает магнитное поле, которое вращается и приводит в движение ротор – так механическая энергия преобразуется в электрическую. В асинхронном двигателе ротор вращается немного медленнее, чем магнитное поле статора, в синхронном же их быстрота одинакова. Благодаря этому последний вид двигателей считается более точным и применяется там, где нужна постоянная скорость – станки, роботы, манипуляторы, генераторы.
Для управления синхронными механизмами традиционные системы полагаются на специальные датчики положения и скорости ротора. Несмотря на свою эффективность, они усложняют систему и могут быть подвержены поломкам, особенно в жестких условиях эксплуатации – при воздействии высоких или низких температур (как в двигателе внутреннего сгорания автомобилей), вибраций и ударов (в экскаваторах, бульдозерах, кранах и другой строительной технике).
Бездатчиковый подход значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость оборудования. Однако здесь возникает другая проблема: в таких системах сложно точно определить положение ротора на низких скоростях и на самом старте двигателя. Если система управления некорректно оценивает эти параметры и «думает», что двигатель вращается с одной скоростью, а на самом деле – с другой, то она будет подавать неправильные управляющие сигналы. Могут возникнуть и проблемы со стартом: двигатель может запуститься в неправильном направлении, с рывками, вибрациями, или не запуститься вообще.
Ученые Пермского Политеха разработали новый метод управления синхронными двигателями с постоянными магнитами без использования традиционных датчиков. Его преимущество в том, что он обеспечивает уверенный запуск оборудования, способен управлять двигателем в широком диапазоне скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Это не только снижает затраты, но и повышает надежность системы.
Подход политехников позволяет оценивать положение ротора двигателя не используя датчики, а непосредственно по его токам и напряжениям. Сначала эти параметры считывает система управления двигателя. Затем они обрабатываются адаптивным наблюдателем состояния, который оценивает положение ротора. Если полученные данные не совпадают с теми, которые он предсказал, наблюдатель автоматически корректирует свою работу. Эта информация используется для точного управления токами в двигателе даже при изменении нагрузки.
– Одной из ключевых проблем в бездатчиковом управлении является оценка положения ротора на низких скоростях, где традиционные методы часто не работают. Мы решили эту проблему, разработав специальный алгоритм управления. Сначала магниты ставятся в начальное положение (0о наклона) и двигатель начинает постепенно разгоняться, поддерживая заданный ток – это похоже на плавное нажатие педали газа в машине. Когда скорость достигает нужного уровня, система переключается с начальных настроек на управление с обратной связью, когда система «следит» за своей работой и автоматически подстраивается, чтобы двигатель работал правильно. Это позволяет делать разгон двигателя с нулевой скорости, при этом требуя меньшего количества процессорного времени на реализацию, – рассказывает Евгений Солодкий, доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации, кандидат технических наук.
Для проверки достоверности вычислений систему протестировали с помощью математического моделирования.
– Численный эксперимент продемонстрировал способность модели надежно запускать двигатель и поддерживать точное управление скоростью даже при значительных колебаниях нагрузки. Результаты показали, что статическая ошибка при оценке скорости вращения составляет менее 1%, что означает устойчивость модели к изменениям параметров двигателя, – поясняет Данил Савенко, студент кафедры микропроцессорных средств автоматизации.
Метод бездатчикового управления, разработанный учеными Пермского Политеха, обеспечивает не только возможность запуска синхронного двигателя с постоянными магнитами без использования специальной техники, но и высокое качество управления скоростью при относительно простой реализации. Он также снижает стоимость и сложность систем.
Контактное лицо: Лидия Попова (написать письмо автору)
Компания: ПНИПУ (все новости этой организации)
Добавлен: 14:39, 28.03.2025
Количество просмотров: 581
Страна: Россия
| От него зависит работа сердца и мозга: ученые Пермского Политеха рассказали, что важно знать о гемоглобине, ПНИПУ, 17:57, 30.10.2025, Россия |
336 |
| Анемия является самым распространенным заболеванием крови у россиян и диагностируется у 15% человек. Ученые ПНИПУ рассказали, почему гемоглобин понижается не только из-за дефицита железа, чем опасна анемия, почему она возникает у спортсменов, как этот повышенный белок приводит к инсульту, как регулировать его уровень. |
|
| Ученые ПНИПУ рассказали, что скрывается в некачественной косметике, ПНИПУ, 17:19, 30.10.2025, Россия |
47 |
| Покупая косметику, мы часто не знаем, на что обращать особое внимание в составе. Ученые ПНИПУ рассказали, почему в нанесении SPF-крема зимой больше вреда, чем пользы, а шампуни без SLS раздражают кожу, как кремы с маслами разрушают защитный барьер и какие отдушки являются аллергенами. |
|
|
|
