Синтез електромеханічних систем на базі дискретного часового еквалайзера

Abstract

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.

Dissertation for the degree of Doctor of Technical Science on Specialty 05.09.03 – Electrical Engineering Complexes and Systems. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkiv, 2018. The dissertation is devoted to the creation of unified methodology for the synthesis of control systems for electric drives, based on the condition of providing the desired dynamic properties on the output coordinate, given graphically in the form of transition function or a set of points. The discrete regulator, which provides the ability to tuning up on quantizeddesired transition functions of finite duration, is called a discrete time equalizer. A mathematical apparatus is proposed that allows performing synthesis of automatic control systems based on discrete time equalizer both with full compensation for control object dynamic properties (idealized variant) or with using the modified structural schemes principle of symmetry. The integrating unit is used as inverse transform modification block. To compensate for parametric and coordinate disturbances, a combined control structure has been developed, which includes two discrete time equalizers: main and compensating. The synthesis of electromechanical systems with direct current (DC) motors on the basis of discrete time equalizer (servosystem, interconnected system, system with decreased influence of the backlash, two-zone speed regulation system) was performed and a study of the obtained results was carried out by means of mathematical modeling. Synthesis of the vector control system of alternating current (AC) electric drive based on discrete time equalizer was realized and a study of the obtained results was carried out by means of mathematical modeling. Obtained generalized transfer functions for control objects in the reactive and active loops and the transfer functions of their inverse models allow synthesizing the systems of vector control of AC electric drives on the base of discrete time equalizer in relative units for a wide range of industrial asynchronous motors. To carry out experimental research, a laboratory test bench was created, which allowed the technical implementation of the of DC motor speed automatic control system, synthesized on the base of discrete time equalizer. Proposed technics of the basic values assignment and the desired transition function presentation in relative coordinates allows user to input data in accordance with predefined template, which is convenient for performing further verification for the possibility of physical implementation by support vector machine (SVM) method.