Синтез та реалізація регуляторів дробового порядку у контурі струму двигуна послідовного збудження

Автор(и)

  • Victor Busher Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044, Україна https://orcid.org/0000-0002-3268-7519
  • Lubov Melnikova Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044, Україна https://orcid.org/0000-0002-1732-1930
  • Vasiliy Horoshko Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044, Україна https://orcid.org/0000-0002-7265-2513

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161352

Ключові слова:

дробове обчислення, регулятори з дробовим порядком диференціювання і інтегрування, двигун послідовного збудження

Анотація

Проведено синтез і дослідження регуляторів дробового порядку, які для ряду технологічних процесів забезпечують найкращі показники якості перехідних процесів, зокрема для двигуна постійного струму з послідовним збудженням. Внаслідок залежності магнітного потоку від струму якоря та насичення магнітної системи якірний ланцюг двигуна характеризується як ланка з суттєвими нелинейними властивостями в статичних та динамічних режимах. Але з високою точністю його можна описати передавальною функцією дробового порядку. Завдяки відповідним дробовим інтегрально-диференційним регуляторам стає можливим забезпечити якість перехідних процесів значно кращу, ніж з класичними регуляторами.

Розглянуто стандартні методи синтезу коефіцієнтів регуляторів і встановлено, що подібні налаштування призводять до погіршення перехідних процесів через насичення регуляторів, викликаної обмеженням напруги джерела живлення. Отже, для замкнутого контуру з різними структурами дробових регуляторів було запропоновано використовувати генетичний алгоритм для визначення оптимальних значень коефіцієнтів регуляторів за критерієм найменшого часу першого узгодження і мінімального перерегулювання.

Експериментальні дослідження з різними структурами регуляторів проведено для налаштувань на модульний оптимум і дробовий порядок астатизму від 0.35 до 1.5. За отриманими результатами можна стверджувати, що найкращі показники забезпечують регулятори з астатизмом 1+μco, 1.5. Тоді перерегулювання фактично менше 2 %. Також показано, що при астатизмі 1+μco забезпечується висока якість перехідних процесів і в зоні ненасиченої магнітної системи.

Результати дослідження можуть бути використані в першу чергу в системах замкнутого керування в двигунах постійного струму з послідовним збудженням, а також з об’єктами, в яких спостерігається степеневі закономірності

Біографії авторів

Victor Busher, Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електромеханічних систем з комп’ютерним управлінням

Lubov Melnikova, Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електромеханічних систем з комп’ютерним управлінням

Vasiliy Horoshko, Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044

Аспірант

Кафедра електромеханічних систем з комп’ютерним управлінням

Посилання

  1. Vasil'ev, V. V., Simak, L. A. (2008). Drobnoe ischislenie i approksimacionnye metody v modelirovanii dinamicheskih sistem. Kyiv, 256.
  2. Uchaykin, V. V. (2008). Metod drobnyh proizvodnyh. Ul'yanovsk: Izdatel'stvo «Artishok», 512.
  3. Uchaikin, V. V. (2013). Fractional Derivatives for Physicists and Engineers. Springer, 385. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-33911-0
  4. Tarasov, V. E. (2010). Fractional Dynamics. Applications of Fractional Calculus to Dynamics of Particles, Fields and Media. Heidelberg, 505.
  5. Oldham, K. B., Spanier, J. (Eds.) (1974). The Fractional Calculus: Theory and Applications of Differentiation and Integration to Arbitrary Order. Elsevier, 322. doi: https://doi.org/10.1016/s0076-5392(09)x6012-1
  6. Hilfer, R. (2000). Applications of Fractional Calculus in Physics. World Scientific, 472. doi: https://doi.org/10.1142/3779
  7. Novikov, V. V., Wojciechowski, K. W., Komkova, O. A., Thiel, T. (2005). Anomalous relaxation in dielectrics. Equations with fractional derivatives. Materials Science-Poland, 23 (4), 977–984.
  8. Petrushin, V., Bendahmane, B., Yahiaoui, B., Yakimets, A. (2017). Influence of magnetic circuit saturation and skin effects on the adjustable induction motor characteristics. International Journal of Hydrogen Energy, 42 (48), 29006–29013. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.07.221
  9. Doradla, S. R., Sen, P. C. (1978). Time ratio control (TRC) scheme for a DC series motor Part II: Commutation circuit analysis. Canadian Electrical Engineering Journal, 3 (2), 44–48. doi: https://doi.org/10.1109/ceej.1978.6591134
  10. Sen, P. C., Doradla, S. R. (1978). Time ratio control (TRC) scheme for a DC series motor Part I: Performance. Canadian Electrical Engineering Journal, 3 (2), 39–43. doi: https://doi.org/10.1109/ceej.1978.6591133
  11. Alexandridis, A. T., Konstantopoulos, G. C. (2014). Modified PI speed controllers for series-excited dc motors fed by dc/dc boost converters. Control Engineering Practice, 23, 14–21. doi: https://doi.org/10.1016/j.conengprac.2013.10.009
  12. Rengifo Rodas, C. F., Castro Casas, N., Bravo Montenegro, D. A. (2017). A performance comparison of nonlinear and linear control for a DC series motor. Ciencia en Desarrollo, 8 (1), 41–50. doi: https://doi.org/10.19053/01217488.v8.n1.2017.5455
  13. Farooq, U., Gu, J., Asad, M. U., Abbas, G. (2014). Robust Takagi-Sugeno fuzzy speed regulator for DC series motors. 2014 12th International Conference on Frontiers of Information Technology. doi: https://doi.org/10.1109/fit.2014.24
  14. Valluru, S. K., Singh, M., Kumar, N. (2012). Implementation of NARMA-L2 Neuro controller for speed regulation of series connected DC motor. 2012 IEEE 5th India International Conference on Power Electronics (IICPE). doi: https://doi.org/10.1109/iicpe.2012.6450518
  15. Petrás, I. (2009). Fractional – order feedback control of a dc motor. Journal of Electrical Engineering, 60 (3), 117–128. Available at: https://pdfs.semanticscholar.org/a033/af254d22cc8bfc979341bd8af6e3c76a07a6.pdf
  16. Copot, C., Muresan, C. I., De Keyser, R. (2013). Speed and position control of a DC motor using fractional order PI-PD control. 3rd International Conference on Fractional Signals and Systems. Ghent. Available at: https://core.ac.uk/download/pdf/55870474.pdf
  17. Heidarpoor, S., Tabatabaei, M., Khodadadi, H. (2017). Speed control of a DC motor using a fractional order sliding mode controller. 2017 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe). doi: https://doi.org/10.1109/eeeic.2017.7977822
  18. Tajbakhsh, H., Balochian, S. (2014). Robust Fractional Order PID Control of a DC Motor with Parameter Uncertainty Structure. International Journal of Innovative Science, Engineering & Technology, 1 (6), 223–229. Available at: http://www.ijiset.com/v1s6/IJISET_V1_I6_37.pdf
  19. Petras, I. (2011). Fractional Derivatives, Fractional Integrals, and Fractional Differential Equations in Matlab. Engineering Education and Research Using MATLAB. doi: https://doi.org/10.5772/19412
  20. Das, S., Pan, I. (2012). Fractional Order Signal Processing. SpringerBriefs in Applied Sciences and Technology. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-3-642-23117-9
  21. Marushchak, Y. Y., Kopchak, B. L. (2017). Synthesis fractional order controllers for electromechanical systems. Elektrotekhnichni ta kompiuterni systemy, 25, 26–33. Available at: http://nbuv.gov.ua/UJRN/etks_2017_25_6
  22. Busher, V., Aldairi, A. (2018). Synthesis and technical realization of control systems with discrete fractional integral-differentiating controllers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (2 (94)), 63–71. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139892
  23. Kuvshinov, A. A. (2009). Teoriya elektroprivoda. Ch. 1. Orenburg, 197.
  24. Rutkovskaya, D., Pilin'skiy, M., Rutkovskiy, L. (2006). Neyronnye seti, geneticheskie algoritmy i nechetkie sistemy. Moscow, 452.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-04-02

Як цитувати

Busher, V., Melnikova, L., & Horoshko, V. (2019). Синтез та реалізація регуляторів дробового порядку у контурі струму двигуна послідовного збудження. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(2 (98), 63–72. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161352

Номер

Том 2 № 2 (98) (2019): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Victor Busher, Lubov Melnikova, Vasiliy Horoshko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.