Дисертації та автореферати

Постійне посилання на розділhttps://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/16999

Електронна повнотекстова колекція авторефератів та дисертацій, упорядкована за назвами спеціальностей

Переглянути

Результати пошуку

Зараз показуємо 1 - 10 з 13

Електромеханічна система регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2024) Озулу, Антон Борисович
Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науково-практичної задачі щодо покращення ходових характеристик швидкісного електропоїзду та рекуперації енергії коливань. Метою дисертаційної роботи є розробка теоретичних положень і практичних рішень щодо реалізації електромеханічної системи регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з механізмом нахилу кузова. Об’єктом дослідження є процес електромеханічного перетворення енергії в системі нахилу кузова при гасінні коливань кузова. Предметом досліджень є електромеханічна система регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду с нахилом кузова. У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, визначені задачі дослідження, показано зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами, наведено дані про наукову новизну, практичне значення, апробацію результатів та публікації. У першому розділі проведено аналіз існуючих рішень для систем нахилу кузова який показує, що найпоширенішим приводом для нахилу кузова є гідравлічний. Описано недоліків цього приводу, таких як складність гідравлічних ліній, високий тиск та складна система керування. З іншого боку, для демпфуючих систем на рухомому складі широко використовуються пневморесори. Розглянуто потенційне рішення для покращення характеристик ходової частини швидкісного електропоїзду таке як інтеграція функцій нахилу кузова та гасіння коливань в одну систему шляхом синтезу електромеханічного амортизатора. Відповідно до аналізу існуючих електромеханічних пристроїв, було обґрунтовано рішення застосування лінійного двигуна електромагнітного типу як пристрою для нахилу кузова та демпфуючої складової, що дозволяє рекуперувати енергію коливань, що може значно підвищити ефективність системи та зменшити її складність завдяки великій гнучкості та точності управління електроприводом. Обрано напрями досліджень, поставлені основні задачі дисертаційної роботи. У другому розділі запропоновано використання лінійного електромагнітного двигуна як оптимального рішення для реалізації системи нахилу кузова та демпфування коливань. Для оцінки ефективності роботи електромеханічного амортизатора була побудована математична модель ходової частини електропоїзда з електромеханічними амортизаторами, що враховує відсутність пневматичної частини. Модель включає рівняння руху та нахилу кузова, враховуючи електромеханічні характеристики. Проведено розрахунок магнітного поля методом скінченних елементів для визначення оптимальних параметрів індуктивності (32.1-40.6 мГн) та інших характеристик. Результати показали, що при максимальному робочому зазорі 70 мм магнітопровід не входить у режим насичення, забезпечуючи стабільну роботу амортизатора. У третьому розділі побудована імітаційна модель електромеханічної системи регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова. Результати моделювання нахилу кузова показують, що електромеханічний амортизатор досягає заданого кута 5° за 2 секунди з відхиленням ±0,2° при підтримці кута. Результати моделювання гасіння коливань показують, що електромеханічний амортизатор ефективно гасить коливання і відновлює енергію. Без дії амортизатора кут нахилу кузова змінюється від -0,45° до +0,38°, а після його впливу цей діапазон скорочується до -0,2° до +0,2°. Електромеханічний амортизатор здатний рекуперувати 84 Вт/год при коливаннях з амплітудою 5 мм та частотою 2 Гц, при цьому електромагнітна сила на якорі становить 43 кН. Імітаційне моделювання показало, що електромеханічний амортизатор ефективно гасить коливання та рекуперує енергію, що підтверджується осцилограмами. Ця система відкриває шлях для оптимізації параметрів та інтеграції з існуючими системами вагонів. У четвертому розділі досліджено ключові аспекти управління електромеханічною системою регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова з використанням електромеханічних компонентів. Розроблено алгоритм керування електромеханічним амортизатором, який використовує гіроскопи типу МЕМС для вимірювання кутів нахилу кузова та візка. Обрано модель МЕМС датчику MPU-9250 для використання в системі керування нахилом кузова електропоїзда, який забезпечує високу точність вимірювань (нелінійність ±0,1 % для гіроскопа та ±0,3 % для акселерометра) при частоті оновлення даних 8000 Гц. В якості основного мікроконтролеру було обґрунтовано та обрано мікроконтролер STM32F407. При виборі силових ключів обрано IGBT транзистори моделі FF800R17KP4_B2, які забезпечують надійну роботу системи в умовах високих навантажень. Розроблено схему електричну принципову драйвера керування (напівпровідникового перетворювача) електромеханічною системою, що включає блоки живлення, мікроконтролер, керування силовими ключами та вихідні роз'єми для підключення датчиків. Створена топологія друкованої плати (розмір 120 мм на 90 мм, двошарова, з розташуванням компонентів на одній стороні) забезпечує зручність монтажу та обслуговування системи. Також розроблено схему електричну принципову блоку датчику типу МЕМС, яка має компактні габарити (розмір 25 мм на 25 мм, двошарова). Виконана база конфігурація вводів/виводів мікроконтролера в програмному середовищі CubeMX. У висновках наведено основні результати наукової роботи щодо вирішення поставлених наукових задач дослідження. В дисертації отримані наступні наукові результати: 1. Вперше запропоновано використання електромеханічного амортизатор у складі ходової частини швидкісного електропоїзду для систем нахилу кузова, що дозволяє одночасно виконувати функції нахилу кузова та рекуперації енергії коливань, замінюючи традиційні пневматичні амортизатори. Без амортизатора кут нахилу кузова змінюється в межах від -0,45° до +0,38°, а з його застосуванням цей діапазон скорочується та складає від -0,2° до +0,2°, тобто вдвічі менше. Електромеханічний амортизатор здатен рекуперувати 84 Вт/год при коливаннях з амплітудою 5 мм та частотою 2 Гц. 2. Вперше запропоновано алгоритм керування нахилом кузова та рекуперацією коливань каскадного типу, алгоритм переключення режимів роботи електромеханічної системи регулювання коливань швидкісного електропоїзду з нахилом кузова Запропоновано виконувати вимір кута нахилу за допомогою датчиків акселерометру та гіроскопу типу МЕМС. Крім того, розроблено методику для розрахунку кутів, що забезпечує високу точність та стабільність вимірювань у динамічних умовах. 3. Вперше розроблено концептуальне прикладне рішення з реалізації блоку електроніки драйверу керування електромеханічною системою регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова та блоку електроніки датчику кута нахилу, що включає інтеграцію сучасних мікроконтролерів для обробки сигналів та розробку спеціалізованого програмного забезпечення, яке забезпечує адаптивне управління електроприводом електромеханічної системи регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова у режимі реального часу. Достовірність теоретичних дисертаційних досліджень підтверджено коректністю постановок математичних задач, відповідністю математичних моделей суті описуваних процесів та експериментальними дослідженнями, виконаними за допомогою імітаційних моделей. Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному: – розробка та впровадження електромеханічного амортизатора в системі нахилу кузова швидкісного електропоїзда дозволяє значно покращити стабільність і комфорт під час руху. Це забезпечує більш плавний нахил кузова, зменшуючи вплив коливань на пасажирів у 2 рази, що особливо важливо для швидкісних потягів; – інтеграція узагальненої імітаційної моделі системи регулювання коливань кузова швидкісного електропоїзду з нахилом кузова у процес проєктування і моделювання забезпечує точність і надійність розробки нових систем нахилу кузова; – створена концептуальна схема системи керування нахилом кузова та рекуперації коливань, що базується на використанні мікроконтролера STM32F407 та МЕМС гіроскопа MPU-9250, сприяє впровадженню інноваційних рішень у транспортній індустрії. Це відкриває можливості для подальших досліджень і розробок у сфері швидкісних електропоїздів. Результати дисертаційної роботи використано при виконанні наукового дослідження за темою: «Підвищення енергоефективності електрорухомого складу залізничного транспорту» (№ ДР 0122U201673, 2022 р.), де здобувач був виконавцем частини розділу 2 «Електромеханічні амортизатори». Результати дисертаційної роботи впроваджено на ТОВ НВП «СПЕЦЕЛЕКТРОМАШ» (акт про впровадження від 05.04.2024 р.), а також у навчальному процесі кафедри електричного транспорту та тепловозобудування НТУ «ХПІ» (акт про впровадження від 29.04.2024 р.) The dissertation is devoted to solving the actual scientific and practical problem of improving the running characteristics of a high-speed electric train and recuperating vibration energy. The purpose of the dissertation is the development of theoretical provisions and practical solutions for the implementation of an electromechanical system for regulating body vibrations of a high-speed electric train with a body tilting mechanism. The object of research is the process of electromechanical conversion of energy in the system of tilting the body during damping of vibrations of the body. The subject of research is an electromechanical system for regulating body vibrations of a high-speed electric train with a body tilt. The work solves the scientific and practical task of synthesizing an electromechanical shock absorber for the undercarriage of a high-speed electric train with a body tilting system, which allowed to ensure the performance of body tilting and vibration recovery, and will replace the pneumatic part. The research was carried out on the basis of fundamental provisions of theoretical electromechanics, methods of mathematical and simulation modeling of the high-speed electric train undercarriage system, modern information technologies and application programs. The introduction substantiates the relevance of the topic of the dissertation, defines the tasks of the research, shows the connection of the work with scientific programs, plans, topics, provides data on scientific novelty, practical significance, approbation of results and publications. In the first chapter, an analysis of existing solutions for body tilting systems is carried out, which shows that the most common drive for body tilting is hydraulic. Disadvantages of this drive are described, such as the complexity of hydraulic lines, high pressure, and complex control system. On the other hand, air springs are widely used for damping systems on rolling stock. A potential solution for improving the characteristics of the undercarriage of a high-speed electric train is considered, such as the integration of body tilt and vibration damping functions into one system by synthesizing an electromechanical shock absorber. According to the analysis of the existing electromechanical devices, the decision to use an electromagnetic type linear motor as a device for tilting the body and a damping component was justified, which allows to recover the energy of oscillations, which can significantly increase the efficiency of the system and reduce its complexity due to the great flexibility and precision of control of linear electromagnetic devices. The directions of research are chosen, the main tasks of the dissertation work are set. In the second chapter, the use of a linear electromagnetic motor is proposed as the optimal solution for the implementation of the system of tilting the body and damping vibrations. To evaluate the effectiveness of the electromechanical shock absorber, a mathematical model of the undercarriage of an electric train with electromechanical shock absorbers was built, taking into account the absence of a pneumatic part. The model includes equations of motion and tilt of the body, taking into account electromechanical characteristics. The magnetic field was calculated using the finite element method to determine the optimal inductance parameters (32.1-40.6 mH) and other characteristics. The results showed that with a maximum working gap of 70 mm, the magnet wire does not enter the saturation mode, ensuring stable operation of the shock absorber. In the third section, a simulation model of the electromechanical system for regulating body oscillations of a high-speed electric train with body inclination is built. Body tilt simulation results show that the electromechanical shock absorber reaches a set angle of 5° in 2 seconds with a deviation of ±0.2° when maintaining the angle. The results of vibration damping simulation show that the electromechanical shock absorber effectively damps vibrations and recovers energy. Without the action of the shock absorber, the angle of inclination of the body varies from -0.45° to +0.38°, and after its influence, this range is reduced to -0.2° to +0.2°. The electromechanical shock absorber is capable of recuperating 84 W/h during oscillations with an amplitude of 5 mm and a frequency of 2 Hz, while the electromagnetic force on the armature is 43 kN. Simulation modeling showed that the electromechanical shock absorber effectively dampens oscillations and recovers energy, which is confirmed by oscillograms. This system paves the way for parameter optimization and integration with existing railcar systems. In the fourth chapter, the key aspects of the control of the electromechanical system of regulating the oscillations of the body of a high-speed electric vehicle with the tilt of the body using electromechanical components are investigated. An algorithm for controlling an electromechanical shock absorber has been developed, which uses MEMS-type gyroscopes to measure the angles of inclination of the body and the trolley. The MPU-9250 MEMS sensor model was selected for use in the body inclination control system of the electric train, which provides high measurement accuracy (nonlinearity ±0.1% for the gyroscope and ±0.3% for the accelerometer) at a data update frequency of 8000 Hz. The STM32F407 microcontroller was justified and chosen as the main microcontroller. When choosing power switches, IGBT transistors of the FF800R17KP4_B2 model were chosen, which ensure reliable operation of the system under conditions of high loads. The electrical schematic diagram of the control driver (semiconductor converter) of the electromechanical system, which includes power supplies, a microcontroller, control of power switches and output connectors for connecting sensors, has been developed. The created topology of the printed circuit board (size 120 mm by 90 mm, two-layer, with the arrangement of components on one side) ensures the convenience of installation and maintenance of the system. Also developed is the electrical principle diagram of the MEMS-type sensor unit, which has compact dimensions (size 25 mm by 25 mm, two-layer). The basic configuration of the inputs/outputs of the microcontroller in the CubeMX software environment is completed. In the conclusions, the main results of the scientific work regarding the solution of the set scientific problems of the research are given. Scientific novelty of the results: 1. For the first time, the use of an electromechanical shock absorber as part of the chassis of a high-speed electric train for body tilting systems is proposed, which allows simultaneously performing the functions of body tilting and vibration energy recovery, replacing traditional pneumatic shock absorbers. Without a shock absorber, the angle of inclination of the body varies from -0.45° to +0.38°, and with its use, this range is reduced to -0.2° to +0.2°, that is, half as much. The electromechanical shock absorber is able to recover 84 W/h during oscillations with an amplitude of 5 mm and a frequency of 2 Hz. 2. For the first time, an algorithm for controlling body inclination and recuperation of cascade-type oscillations, an algorithm for switching modes of operation of the electromechanical system for regulating oscillations of a high-speed electric train with an inclination of the body is proposed for the first time. It is proposed to measure the inclination angle using MEMS-type accelerometer and gyroscope sensors. In addition, a technique for calculating angles has been developed, which ensures high accuracy and stability of measurements in dynamic conditions. 3. For the first time, a conceptual application solution has been developed for the implementation of the driver electronics unit for controlling the electromechanical body vibration control system of a high-speed electric train with body inclination and the tilt angle sensor electronics unit, which includes the integration of modern microcontrollers for signal processing and the development of specialized software that provides adaptive control of the electric drive of the electromechanical control system oscillations of the body of a high-speed electric train with body inclination in real time. The reliability of theoretical dissertation research is confirmed by the correctness of mathematical problem statements, the correspondence of mathematical models to the essence of the described processes, and experimental studies performed with the help of simulation models. The practical significance of the results obtained is as follows: – the development and implementation of an electromechanical shock absorber in the tilting system of the body of a high-speed electric train allows to significantly improve stability and comfort during movement. This ensures a smoother body tilt, reducing the impact of vibrations on passengers by 2 times, which is especially important for high-speed trains; – the integration of the generalized simulation model of the body oscillation regulation system of the high-speed electric train with body inclination into the design and modeling process ensures the accuracy and reliability of the development of new body inclination systems; – a conceptual diagram of the body tilt control system and vibration recovery based on the use of the STM32F407 microcontroller and MPU-9250 MEMS gyroscope was created, which contributes to the implementation of innovative solutions in the transport industry. This opens up opportunities for further research and development in the field of high-speed electric trains. The results of the research were used in the performance of scientific research on the following planned topics: "Increasing the energy efficiency of electric rolling stock of railway transport" (No. DR 0122U201673, 2022), where the acquirer was the executor of part of section 2 "Electromechanical shock absorbers". The results of the dissertation work were implemented in the Research and Production Enterprise LLC SPE "SPETSELEKTROMASH" from 04.05.2024, as well as in the educational process of the Department of Electric Transport and Locomotive Construction of NTU "KhPI" from 04.29.2024.
Енергоефективний електропривід електромобіля з суперконденсаторною батареєю
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Семіков, Олексій Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Робота пов'язана із створенням лабораторного зразка енергоефективного електропривода електромобіля для учбових і наукових цілей на кафедрі «Автоматизовані електромеханічні системи» в НТУ "ХПІ". За свідченням світових експертів відбувається перехід до електромобільного транспорту з наростаючим темпами. Це обумовлено обмеженістю органічних енергоресурсів та екологічними факторами, особливо у в великих містах, де забрудненість повітря від вихлопних газів автомобілів з двигунами внутрішнього згоряння (ДВЗ) вже досягає критичного рівня. Вищезазначене пояснює той факт, що уряди ряду провідних промислово розвинених країн (Німеччина, США, Китай та ін.) затвердили програми з переходу від ав-томобілів до електромобілів і навіть прийняли закони про заборону випуску автомобілів з ДВЗ вже в найближчій перспективі. Багато провідних закор-донних автомобільних фірм (Ніссан, Мерседес, Тесла, Фольксваген і ін.) вже серійно випускають електромобілі. Для України, яка імпортує більш половини необхідних нафтопродуктів і газу і в той же час має значні ресурси виробництва електроенергії від атомної енергетики у нічний час, перехід від автомобілів до електромобілів має особливе значення. В перспективі Україна, як і зазначені країни, приступить до широкого переходу на електромобільний транспорт. Вже у 2018 році країна посіла перше місце в Європі за темпами зростання кількості електромобілів. Найбільший наукотехнічний вклад у розробку та створення в Україні електротранспортних засобів різного призначення до 2010 року було внесено науковцями інституту електродинаміки НАН України під керівництвом А. К. Шидловского та В. Б. Павлова. Щоб бути готовим до масового переходу до електромобільного транспорту необхідно забезпечити підготовку фахівців, обізнаних у програмуванні, здатних здійснювати діагностику, ремонт, кваліфіковане обслуговування і експлуатацію електромобілів, а у можливій перспективі й прийняти участь у розробці та створенні вітчизняних зразків. Зараз електромобільною тематикою розпочали займатися кафедри ряду провідних ВУЗів, що традиційно готували фахівців з електроприводу. Це викликано з одного боку зменшенням виробництва промислових підприємств традиційних споживачів випускників з автоматизованого електроприводу (ЕП), з другого — доцільністю використання великого досвіду, що накопичений вченими, науковцями та викладачами закладів вищої освіти у дослідженні, розробці, створенні сучасних енергоефективних промислових електроприводів широкого призначення, а також при підготовці фахівців в галузі автоматизованих електромеханічних систем. На кафедрі "Автоматизовані електромеханічні системи" НТУ "ХПІ" у 2011 році було відкрито спеціалізацію "Комп'ютеризовані системи електромобілів", підготовка по якій після затвердження в Україні нового переліку спеціальностей ведеться в рамках спеціалізації "Мехатроніка та робототехніка" спеціальності "Електроенергетика, електротехніка і електромеханіка". Це потребувало створення тягового електропривода електромобіля для учбових і дослідницьких цілей, розробці методик дослідження різноманіття режимів його роботи, та отримання залежностей для розрахунку компонентів ЕП електромобіля. Тому представляється актуальною розробка енергоефективного тягового електропривода електромобіля і дослідження різноманіття режимів його роботи для учбових і дослідницьких цілей, а також вдосконалення методик для розрахунку силових компонентів ЕП з отриманням відповідних розрахункових залежностей. Вдосконалено методику розрахунку та вибору силового обладнання електропривода електромобіля за методом еквівалентування з використанням запропонованого масогабаритного коефіцієнту питомих сил та потужностей. Створено лабораторний стенд для перевірки працездатності розробленої схеми і оцінки енергоефективності при використанні суперконденсаторної батареї та співставленні результатів двома запропонованими модифікованими схеми, які забезпечують зменшення пульсацій напруги та втрат енергії. Побудовано математичну модель електромеханічної системи електромобіля в класичній і структурної формі, а також комп'ютерна модель з використанням пакету Simulink програми Matlab. Виконано комп'ютерне моделювання електромагнітних, електромеханічних і механічних процесів руху електромобіля в динамічних і статичних режимах при різних умовах руху. Досліджено аномальні режими роботи електроприводу електромобіля в умовах буксування коліс і встановлено, що можливими легко вимірювальними координатами встановлення факту буксування можуть бути похідна струму якоря, прискорення колеса і його похідна при наявності сучасного імпульсного датчика швидкості. Зроблено оцінку енергоефективності запропонованих схем електроприводу з суперконденсаторною батареєю для 7-ми міжнародних стандартних циклів руху з урахуванням втрат енергії в компонентах електроприводу. Проведено випробування електромобіля. Підтверджено працездатність розробленої принципової схеми електроприводу і підвищення енергоефективності в залежності від стандартного циклу руху на 13…24% за рахунок рекуперативних режимів при наявності суперконденсаторної батареї. Випробування підтвердили також суттєве зменшення навантаження акумуляторної батареї струмом, що свідчить про покращення теплового режиму. Це сприяє підвищенню її ресурсу і вказує на доцільність досліджень сумісного використання з СКБ літій-іоних та інших батарей, що встановлюються у серійних зарубіжних електромобілях.
Енергоефективний електропривід електромобіля з суперконденсаторною батареєю
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2021) Семіков, Олексій Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2021. Робота пов'язана із створенням лабораторного зразка електромобіля для учбових і наукових цілей на кафедрі "Автоматизовані електромеханічні системи" в НТУ "ХПІ" для підготовки кваліфікованих кадрів здатних вирішувати задачі діагностування, програмування, експлуатації і ремонту ЕП електромобі-лів, перехід до яких зменшує витрати вуглеводневих ресурсів і покращує екологічну обстановку в великих містах, та кількість яких значними темпами збільшується в Україні. Проведено огляд по електромобілям ведучих зарубіжних фірм. Сформульовані принципи розробки ЕП електромобіля, розроблено функціональну та принципові схеми ЕП. Запропоновано використання в складі джерела енергії суперконденсаторної батареї. Запропоновані методики розрахунків компонентів ЕП. Розвинуто метод еквівалентування навантаження при виборі електродвигуна введенням питомих по масі сил та потужностей та масогабаритного коефіцієнту. Розроблені математична та комп'ютерна моделі тягової електромеханічної системи, що враховують: нелінійність сил опору внаслідок аеродинамічної складової, нелінійність сил зчеплення коліс з дорожнім покриттям, нелінійність характеристики намагнічування, широтно-імпульсну модуляцію, дискретність системи керування. Здійснено комп'ютерне моделювання електромеханічних, електромагнітних процесів в динамічних і статичних режимах для різних умов руху і встановлено відповідність характеру часових діа-грам фізичній сущності процесів. Створено лабораторний стенд для експериме-нтального дослідження роботи СКБ в рекуперативних режимах і обґрунтована доцільність її використання. Проведене комп'ютерне моделювання, аналіз результатів якого дозволив запропонувати нові принципи побудови багатофазного широтноімпульсного перетворювача, який забезпечує раціональний розподіл струмів між АБ та СКБ. Виконана оцінка енергоефективності запропонованих схем у різних стандартних циклах руху із урахуванням втрат в компонентах ЕП. Показано, що економія електроенергії в залежності від умов руху складає 13...24%. Досліджені аномальні режими роботи ЕП електромобіля при буксуванні коліс і показано, що легко вимірюваними величинами встановлення факта виникнення буксування при наявності імпульсного датчика швидкості на колесах можуть бути похідна тока якоря, прискорення колеса та його похідна. Розроблено і створено на базі автомобіля "Ланос" першій в Україні електромобіль з СКБ. Підтверджено роботоздатність розробленого ЕП.
Синтез електромеханічних систем вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Алексієвський, Дмитро Геннадійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 "Електротехнічні комплекси та системи" (14 - Електрична інженерія) - Запорізький національний університет, Запоріжжя, 2020. Подана до захисту до спеціалізованої вченої ради Д 64.050.04 у Національному технічному університеті "Харківський політехнічний інститут". Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми, що полягає у розвитку теоретичних засад синтезу електромеханічних систем вітроенергетичних установок (ВЕУ) з аеродинамічним мультиплікуванням (АДМ), які забезпечують максимальну ефективність роботи ВЕУ з точки зору відбору потужності від вітрового потоку та підвищення їх експлуатаційної надійності. Запропонована узагальнена математична модель вітроелектрогенеруючої системи ВЕУ з аеродинамічним мультиплікуванням, яка дозволяє отримувати теоретичні залежності, що описують властивості даної системи, в узагальненій формі з метою їх використання при проектуванні даних систем. Запропоновано графоаналітичний метод аналізу ефекту автооптимізації, який дозволив: дати теоретичне пояснення причин появи цього ефекту та виявити умови, що необхідні для його виникнення, намітити шляхи його більш ефективного використання. Запропоновано спосіб декомпозиції електромеханічної системи та методику побудови схем трактів перетворення енергії в цих системах, які дозволяють розглядати широкий клас електромеханічних систем ВЕУ з аеродинамічним мультиплікуванням з єдиних теоретичних позицій, проводити їх аналіз та класифікацію за структурними ознаками, виявляти ці ознаки завдяки наочній візуалізації. Запропоновано спосіб синтезу візуально-блочних моделей електромеханічних систем ВЕУ з АДМ, який значно скорочує терміни проведення даного синтезу та значно зменшує ймовірність помилок при моделюванні. Розроблено формалізований алгоритм перетворення візуально-блочної моделі електротехнічного комплексу ВЕУ з АДМ, який дозволяє значно скоротити створення математичного опису електромеханічної системи ВЕУ з АДМ як об'єкту управління, що використовується при синтезі її систем управління. Розроблено алгоритм моментного керування електромеханічною системою ВЕУ з АДМ, який дозволяє використовувати аеромеханічну систему ВЕУ з АДМ з жорсткою аеродинамічною конструкцією первинного вітроколеса, що значно зменшує капітальні та експлуатаційні витрати на ВЕУ та підвищує її експлуатаційну надійність. Шляхом математичного моделювання отримано залежності величини перевищення потужності, під час перехідного процесу при реалізації алгоритму моментного управління електромеханічною системою ВЕУ з АДМ, від середнього значення, амплітуди та частоти коливання вітрового потоку, що дозволяє проводити розрахунок встановленої потужності компонентів електрообладнання ВЕУ. В результаті модельного експерименту отримано характеристики впливу параметрів системи на величину вихідної потужності, що дозволило визначити оптимальні режими керування електромеханічною системою ВЕУ з АДМ. За допомогою експериментальної ВЕУ було підтверджено працездатність запропонованого способу моментного управління ВЕУ з АДМ. Розроблено схему та алгоритм функціонування імітатору аеромеханічної підсистеми, який дозволяє створити стенд для випробування електрообладнання ВЕУ з АДМ в лабораторних або цехових умовах як на стадії розробки нового електрообладнання, так і при випробуванні електрообладнання при серійному виробництві цих систем. Результати роботи було використано при проектуванні електрообладнання ВЕУ з АДМ ТГ-750, ТГ-1000 ВАТ «НДІ «Перетворювач» (м. Запоріжжя) і КБ «Конкорд» (м. Дніпро) та в перспективній розробці КБ «Голубенко» ВАТ «Згода» (м. Дніпро) ВЕУ з АДМ ТГ-2100 потужністю 2100 кВт.
Синтез електромеханічних систем вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2020) Алексієвський, Дмитро Геннадійович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 "Електротехнічні комплекси та системи" - Запорізький національний університет, Запоріжжя, 2020. Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми, що полягає у розвитку теоретичних засад синтезу електромеханічних систем вітроенергетичних установок з аеродинамічним мультиплікуванням, які забезпечують максимальну ефективність роботи ВЕУ з точки зору відбору потужності від вітрового потоку та підвищення їх експлуатаційної надійності. Запропонована узагальнена математична модель вітроелектрогенеруючої системи ВЕУ з аеродинамічним мультиплікуванням, яка дозволяє отримувати теоретичні залежності, що описують властивості даної системи, в узагальненій формі з метою їх використання при проектуванні даних систем. Запропоновано графоаналітичний метод аналізу ефекту автооптимізації, який дозволив: дати теоретичне пояснення причин його появи та виявити умови, що необхідні для виникнення цього ефекту, намітити шляхи його більш ефективного використання. Запропоновано спосіб декомпозиції електромеханічної системи та методику побудови схем трактів перетворення енергії в цих системах, які дозволяють розглядати широкий клас електромеханічних систем ВЕУ з аеродинамічним мультиплікуванням з єдиних теоретичних позицій, проводити їх аналіз та класифікацію за структурними ознаками, виявляти ці ознаки завдяки наочній візуалізації. Запропоновано спосіб синтезу візуально-блочних моделей електромеханічних систем ВЕУ з АДМ, який значно скорочує терміни проведення даного синтезу та значно зменшує ймовірність помилок при моделюванні. Розроблено формалізований алгоритм перетворення візуально-блочної моделі електротехнічного комплексу ВЕУ з АДМ, який дозволяє значно скоротити створення математичного опису електромеханічної системи ВЕУ з АДМ як об'єкту управління, що використовується при синтезі її систем управління. Розроблено алгоритм моментного управління електромеханічною системою ВЕУ з АДМ, який дозволяє використовувати аеромеханічну систему ВЕУ з АДМ з жорсткою аеродинамічною конструкцією первинного вітроколеса, що значно зменшує капітальні та експлуатаційні витрати на ВЕУ та підвищує її експлуатаційну надійність. Шляхом математичного моделювання отримано залежності величини перевищення потужності під час перехідного процесу, при реалізації алгоритму моментного управління електромеханічною системою ВЕУ з АДМ, від середнього значення, амплітуди та частоти коливання вітрового потоку, що дозволяє проводити розрахунок встановленої потужності компонентів електрообладнання ВЕУ. В результаті модельного експерименту отримано характеристики впливу параметрів системи на величину вихідної потужності, що дозволило визначити оптимальні режими управління електромеханічною системою ВЕУ з АДМ. За допомогою експериментальної ВЕУ було підтверджено працездатність запропонованого способу моментного управління ВЕУ з АДМ. Розроблено схему та алгоритм функціонування імітатору аеромеханічної підсистеми, який дозволяє створити стенд для випробування електрообладнання ВЕУ з АДМ в лабораторних або цехових умовах як на стадії розробки нового електрообладнання, так і при випробуванні електрообладнання при серійному виробництві цих систем. Результати роботи було використано при проектуванні електрообладнання ВЕУ з АДМ ТГ-750 та ТГ-1000 ВАТ «НДІ «Перетворювач» (м. Запоріжжя) і КБ «Конкорд» (м. Дніпро) та у перспективній розробці КБ «Голубенко» ВАТ «Згода» (м. Дніпро) ВЕУ з АДМ ТГ-2100 потужністю 2100 кВт.
Синтез електромеханічних систем з нейронною мережею та фрикційним навантаженням
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Обруч, Ігор Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2019. Дисертаційна робота присвячена синтезу електромеханічних систем з нейронною мережею типу персептрон та фрикційним навантаженням, яке в реальних електроприводах носить нелінійний характер і проявляється в електромеханічних системах у вигляді фрикційних автоколивань. АКФ – особливий режим роботи електроприводів, негативно впливає на його функціонування. Існують різні способи усунення фрикційних автоколивань в електроприводі. В даній роботі, на основі проведених досліджень, запропонована нова методика усунення фрикційних автоколивань та вдосконалення динамічних властивостей електромеханічних систем за допомогою нейрорегуляторів, які побудовані на базі багатошарових прямоспрямованих нейронних мереж типу персептрон, синтезованих з використанням методу генетичного алгоритму. В дисертаційній роботі обґрунтовано вибір структури та методу навчання нейронної мережі, вибір зворотних зв'язків автоматизованої системи управління, отримані математичні моделі одномасовї та двомасової електромеханічних систем з нейромережевим регулятором в безрозмірних параметрах, а також отримані моделі електроприводів з урахуванням нелінійності механічних характеристик навантаження. Проведено аналіз впливу параметрів об'єкта управління на динамічні режими роботи синтезованих одно- та двомасових електро-механічних систем з нейронною мережею. Запропановано новий критерій навчання нейронних мереж та розроблена методика синтезу нейромережевих регуляторів електромеханічних систем з не-лінійним тертям. Розроблена методика апробована на прикладах синтезу різних електроприводів постійного та змінного струму конкретних машин і механізмів з використанням відповідних їм реальних даних. Приведені в дисертаційній роботі приклади пов'язані з виконанням бюджетних питань за планами МОН України та ініціативної тематики за запитами підприємств. Показана ефективність використання нейронних мереж для широкого різноманіття електроприводів машин і механізмів.
Синтез електромеханічних систем з нейронною мережею та фрикційним навантаженням
(Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", 2019) Обруч, Ігор Володимирович
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – "Електротехнічні комплекси та системи". Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Міністерство освіти і науки України, Харків, 2019. Дисертаційна робота присвячена синтезу електромеханічних систем з нейронною мережею типу персептрон та фрикційним навантаженням, яке в реальних електроприводах носить нелінійний характер і проявляється в електромеханічних системах у вигляді фрикційних автоколивань. АКФ – особливий режим роботи електроприводів, негативно впливає на його функціонування. Існують різні способи усунення фрикційних автоколивань в електроприводі. В даній роботі, на основі проведених досліджень, запропонована нова методика усунення фрикційних автоколивань та вдосконалення динамічних властивостей електромеханічних систем за допомогою нейрорегуляторів, які побудовані на базі багатошарових прямоспрямованих нейронних мереж типу персептрон, синтезованих з використанням методу генетичного алгоритму. В дисертаційній роботі обґрунтовано вибір структури та методу навчання нейронної мережі, вибір зворотних зв'язків автоматизованої системи управління, отримані математичні моделі одномасовї та двомасової електромеханічних систем з нейромережевим регулятором в безрозмірних параметрах, а також отримані моделі електроприводів з урахуванням нелінійності механічних характеристик навантаження. Проведено аналіз впливу параметрів об'єкта управління на динамічні режими роботи синтезованих одно- та двомасових електро-механічних систем з нейронною мережею. Запропановано новий критерій навчання нейронних мереж та розроблена методика синтезу нейромережевих регуляторів електромеханічних систем з не-лінійним тертям. Розроблена методика апробована на прикладах синтезу різних електроприводів постійного та змінного струму конкретних машин і механізмів з використанням відповідних їм реальних даних. Приведені в дисертаційній роботі приклади пов'язані з виконанням бюджетних питань за планами МОН України та ініціативної тематики за запитами підприємств. Показана ефективність використання нейронних мереж для широкого різноманіття електроприводів машин і механізмів.
Синтез електромеханічних систем на базі дискретного часового еквалайзера
(Дніпровський державний технічний університет, 2018) Шеремет, Олексій Іванович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси і системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню єдиної методології синтезу систем керування електроприводами, виходячи з умови забезпечення бажаних динамічних властивостей за вихідною координатою, що задаються графічно у вигляді перехідної функції або набору точок. Дискретний регулятор, який забезпечує можливість налаштування на квантовані бажані перехідні функції кінцевої тривалості, названо дискретним часовим еквалайзером. Запропоновано математичний апарат, що дозволяє виконувати синтез систем автоматичного керування на базі дискретного часового еквалайзера як за умови повної компенсації динамічних властивостей об'єкта керування (ідеалізований варіант), так і при використанні модифікованого принципу симетрії структурних схем. Інтегруюча ланка використовується як блок модифікації зворотного перетворення. Для компенсації параметричних та координатних збурень розроблено структуру комбінованого керування, що включає до свого складу два дискретних часових еквалайзера: основний та компенсуючий. Виконано синтез електромеханічних систем з двигунами постійного струму на базі дискретного часового еквалайзера (слідкуючої системи, взаємозв'язаної, зі зниженням впливу люфта, системи двозонного регулювання швидкості) та проведено дослідження одержаних результатів шляхом математичного моделювання. Здійснено синтез системи векторного керування електроприводом змінного струму на базі дискретного часового еквалайзера та проведено дослідження одержаних результатів шляхом математичного моделювання. Отримані узагальнені передатні функції для об'єктів керування у контурах реактивної та активної потужностей, а також передатні функції їхніх обернених моделей дозволяють виконувати синтез систем векторного керування електроприводами змінного струму на базі дискретного часового еквалайзера у відносних одиницях для широкого спектру промислових асинхронних двигунів. Для виконання експериментальних досліджень створено лабораторно-дослідний стенд, який дозволив технічно реалізувати систему автоматичного керування швидкістю двигуна постійного струму, синтезовану на базі дискретного часового еквалайзера. Запропонована методика завдання базисних величин та бажаної перехідної функції у відносних координатах дозволяє користувачеві вводити дані у відповідності до заздалегідь визначеного шаблону, який є зручним для виконання подальшої перевірки на можливість фізичної реалізації за допомогою метода опорних векторів.
Синтез електромеханічних систем на базі дискретного часового еквалайзера
(НТУ "ХПІ", 2018) Шеремет, Олексій Іванович
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси і системи. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018. Дисертація присвячена створенню єдиної методології синтезу систем керування електроприводами, виходячи з умови забезпечення бажаних динамічних властивостей за вихідною координатою, що задаються графічно у вигляді перехідної функції або набору точок. Дискретний регулятор, який забезпечує можливість налаштування на квантовані бажані перехідні функції кінцевої тривалості, названо дискретним часовим еквалайзером. Запропоновано математичний апарат, що дозволяє виконувати синтез систем автоматичного керування на базі дискретного часового еквалайзера як за умови повної компенсації динамічних властивостей об'єкта керування (ідеалізований варіант), так і при використанні модифікованого принципу симетрії структурних схем. Інтегруюча ланка використовується як блок модифікації зворотного перетворення. Для компенсації параметричних та координатних збурень розроблено структуру комбінованого керування, що включає до свого складу два дискретних часових еквалайзера: основний та компенсуючий. Виконано синтез електромеханічних систем з двигунами постійного струму на базі дискретного часового еквалайзера (слідкуючої системи, взаємозв'язаної, зі зниженням впливу люфта, системи двозонного регулювання швидкості) та проведено дослідження одержаних результатів шляхом математичного моделювання. Здійснено синтез системи векторного керування електроприводом змінного струму на базі дискретного часового еквалайзера та проведено дослідження одержаних результатів шляхом математичного моделювання. Отримані узагальнені передатні функції для об'єктів керування у контурах реактивної та активної потужностей, а також передатні функції їхніх обернених моделей дозволяють виконувати синтез систем векторного керування електроприводами змінного струму на базі дискретного часового еквалайзера у відносних одиницях для широкого спектру промислових асинхронних двигунів. Для виконання експериментальних досліджень створено лабораторно-дослідний стенд, який дозволив технічно реалізувати систему автоматичного керування швидкістю двигуна постійного струму, синтезовану на базі дискретного часового еквалайзера. Запропонована методика завдання базисних величин та бажаної перехідної функції у відносних координатах дозволяє користувачеві вводити дані у відповідності до заздалегідь визначеного шаблону, який є зручним для виконання подальшої перевірки на можливість фізичної реалізації за допомогою метода опорних векторів.
Параметрическая оптимизация условно устойчивых электромеханических систем методом диаграмм качества управления
(НТУ "ХПИ", 2016) Кунченко, Татьяна Юрьевна
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2016 г. Диссертация посвящена исследованию и решению задач оптимизации параметров астатических регуляторов многократноинтегрирующих систем с использованием минимаксных критериев оптимизации. Выполнен анализ способов параметрической оптимизации и повышения эффективности управления условно устойчивыми многократно интегрирующими электромеханическими системами методом диаграмм качества управления. Теоретически обосновано существование оптимального решения для управления условно устойчивыми электромеханическими системами (ЭМС) на основании комплексного критерия качества управления – максимума добротности и запаса устойчивости (МДУ). Разработаны компьютерные методики построения и анализа ДКУ условно устойчивых систем во временной и частотной областях, на которых выделены области повышенной добротности и запаса устойчивости (ПДУ). Обоснована инженерная методика применения диаграмм качества управления к решению задач оптимизационного синтеза по критерию МДУ систем с астатизмом второго и третьего порядков. Выполнена параметрическая оптимизация по критерию МДУ различных условно устойчивых ЭМС с последовательной и параллельной коррекцией с учетом особенностей структуры объекта управления, включая в ее состав неминимально-фазовые звенья. Использование результатов работы при минимальных затратах позволяет переналадить работающие МИС ЭП, что будет способствовать повышению точности их работы, росту качества выпускаемой продукции. При разработке новых систем целесообразно расчет астатических регуляторов осуществлять на основании разработанной инженерной методики, основанной на ДКУ и линии МДУ.