Розробка методики параметричного синтезу регуляторів дробового порядку та їх реалізація в системі ПЧ–АД

Автор(и)

  • Bohdan Kopchak Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-2705-8240
  • Yaroslav Marushchak Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013, Україна https://orcid.org/0000-0002-7901-3343
  • Jaroslaw Zaleski ТОВ «Підприємство Енергоелектроніки ТВЕРД» вул. Олександрівська, 28-30, м. Торунь, Польща, 87-100, Польща https://orcid.org/0000-0002-3322-1024

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.213469

Ключові слова:

перетворювач частоти, асинхронний двигун, регулятор дробового порядку, система, параметричний синтез

Анотація

В сучасній промисловості домінують електроприводи системи перетворювач частоти – асинхронний двигун, в яких реалізуються регулятори цілого порядку. Надання можливості реалізації та налаштування дробових регуляторів у самому перетворювачі значно розширює їх можливості, а тому є актуальним. Розроблена методика параметричного синтезу ПІλДμ-регуляторів дробового порядку, за використання бажаних форм дробового порядку, та їх практичної реалізації в системі перетворювач частоти – асинхронний двигун. При цьому об’єкт керування описується передавальною функцією дробового чи цілочисельного порядку, отриманою на основі результатів експерименту. Результати досліджень показують можливість створення нових та модернізації існуючих електромеханічних систем з ПІλДμ-регуляторами дробового порядку з розширеним спектром динамічних властивостей, які відповідають бажаним формам дробового порядку. Здійснено теоретичне обґрунтування методики параметричного синтезу ПІλДμ-регулятора, яке отримало своє підтвердження за допомогою симуляційного моделювання та натурних експериментів стосовно електромеханічнної системи перетворювач частоти – асинхронний двигун. Запропонована методика є універсальною, тому, що дає можливість синтезувати ПІλДμ-регулятор, як для стандартних форм цілочисельного, так і дробового порядку. Зрозуміло, що спектр бажаних стандартних форм в процесі синтезу може включати в себе всі можливі відомі форми, в тому числі і дробового порядку. В результаті проведених досліджень можна стверджувати, що є можливість застосовувати розроблений алгоритм дій в інженерних завданнях побудови таких систем для різноманітних виробничих механізмів. При цьому жодних обмежень щодо передавальної функції об’єкта регулювання не накладається

Біографії авторів

Bohdan Kopchak, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра електромехатроніки та компʼютеризованих електромеханічних систем

Yaroslav Marushchak, Національний університет «Львівська політехніка» вул. С. Бандери, 12, м. Львів, Україна, 79013

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електромехатроніки та компʼютеризованих електромеханічних систем

Jaroslaw Zaleski, ТОВ «Підприємство Енергоелектроніки ТВЕРД» вул. Олександрівська, 28-30, м. Торунь, Польща, 87-100

Інженер-магістр, технічний директор

Посилання

  1. Marushchak, Y., Kopchak, B. (2015). Synthesis of Automatic Control Systems by Using Binomial and Butterworth Standard Fractional Order Forms. Computational problems of electrical engineering, 5 (2), 89–94.
  2. Lozynskyy, O., Lozynskyy, A., Kopchak, B., Paranchuk, Y., Kalenyuk, P., Marushchak, Y. (2017). Synthesis and research of electromechanical systems described by fractional order transfer functions. 2017 International Conference on Modern Electrical and Energy Systems (MEES). doi: https://doi.org/10.1109/mees.2017.8248877
  3. Kopchak, B., Marushchak, Y., Kushnir, A. (2019). Devising a procedure for the synthesis of electromechanical systems with cascade-enabled fractional-order controllers and their study. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (2 (101)), 65–71. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.177320
  4. Kopchak, B. (2015). Synthesis of automatic control systems by a particle swarm optimization method using butterworth fractional standard forms. 2015 16th International Conference on Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). doi: https://doi.org/10.1109/cpee.2015.7333342
  5. Hall, M. (2012). A Cumulative Multi-Niching Genetic Algorithm for Multimodal Function Optimization. International Journal of Advanced Research in Artificial Intelligence, 1 (9), 6–13. doi: https://doi.org/10.14569/ijarai.2012.010902
  6. Malhotra, R., Singh, N., Singh, Y. (2011). Genetic Algorithms: Concepts, Design for Optimization of Process Controllers. Computer and Information Science, 4 (2), 39–54. doi: https://doi.org/10.5539/cis.v4n2p39
  7. Zheng, W., Wang, X., Pi, Y. (2015). Study of the fractional order proportional integral controller for PMSM based on differential evolution algorithm. 2015 IEEE Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference (IAEAC). doi: https://doi.org/10.1109/iaeac.2015.7428547
  8. Lino, P., Maione, G., Salvatore, N., Stasi, S. (2016). Fractional-order PI control of PMSM drives in nested loops. Conference: ICFDA 2016 – IEEE International Conference on Fractional Differentiation and its Applications. Novi Sad, 333–342.
  9. Ruszewski, A., Sobolewski, A. (2013). Position control of DC motor using fractional order controller. Archives of Electrical Engineering, 62 (3), 505–516. doi: https://doi.org/10.2478/aee-2013-0041
  10. Leuzzi, R., Lino, P., Maione, G., Stasi, S., Padula, F., Visioli, A. (2014). Combined fractional feedback-feedforward controller design for electrical drives. ICFDA’14 International Conference on Fractional Differentiation and Its Applications 2014. doi: https://doi.org/10.1109/icfda.2014.6967380
  11. Сopot, C., Muresan, C., Keyser, R. (2013). Speed and position control of a dc motor using fractional order PI-PD control. In Proc. 3rd International Conference on Fractional Signals and Systems – FSS 2013. Ghent.
  12. Ahuja, A., Aggarwal, S. (2014). Design of fractional order PID controller for DC motor using evolutionary optimization techniques. WSEAS Transactions on systems and control, 9, 171–182.
  13. Ahuja, A., Tandon, B. (2014). Design of Fractional Order PID controller for dc motor using Genetic Algorithm. TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering, 12 (12). doi: https://doi.org/10.11591/telkomnika.v12i12.6470
  14. Bendjedia, M., Tehrani, K. A., Azzouz, Y. (2014). Design of RST and Fractional order PID controllers for an Induction motor drive for Electric Vehicle Application. 7th IET International Conference on Power Electronics, Machines and Drives (PEMD 2014). doi: https://doi.org/10.1049/cp.2014.0445
  15. Kopchak, B. (2017). Approximation accuracy of electromechanical systems high order objects using different types of fractional order transfer functions. 2017 XIIIth International Conference on Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). doi: https://doi.org/10.1109/memstech.2017.7937544
  16. Kopchak, B., Kopchak, M. (2018). Application of fractional order transfer function with zero and pole in approximation of electromechanical systems high order objects. 2018 XIV-Th International Conference on Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). doi: https://doi.org/10.1109/memstech.2018.8365694
  17. Burakov, M. V. (2008). Geneticheskiy algoritm: teoriya i praktika. Sankt-Peterburg: GUAP, 164.
  18. Haupt, R. L., Haupt, S. E. (2003). Practical genetic algorithms. John Wiley & Sons. doi: https://doi.org/10.1002/0471671746
  19. Konak, A., Coit, D. W., Smith, A. E. (2006). Multi-objective optimization using genetic algorithms: A tutorial. Reliability Engineering & System Safety, 91 (9), 992–1007. doi: https://doi.org/10.1016/j.ress.2005.11.018
  20. Saleem, A., Soliman, H., Al-Ratrout, S., Mesbah, M. (2018). Design of a fractional order PID controller with application to an induction motor drive. TURKISH JOURNAL OF ELECTRICAL ENGINEERING & COMPUTER SCIENCES, 26 (5), 2768–2778. doi: https://doi.org/10.3906/elk-1712-183
  21. Deng, W., Zhao, H., Yang, X., Li, X., Dong, C. (2016). An optimized fractional order PID controller for suppressing vibration of AC motor. Journal of Vibroengineering, 18 (4), 2205–2220. doi: https://doi.org/10.21595/jve.2016.16652
  22. Thammarat, C., Puangdownreong, D. (2019). Design of Fractional Order PID Controller for Induction Motor Speed Control System by Cuckoo Search. International journal of circuits, systems and signal processing, 13, 92–96.
  23. Chang, Y., Wu, C., Lin, H., Hsu, C., Liao, G. (2009). Design of fractional-order PID controller for vector-controlled induction motors. In Proc. of the 9th WSEAS international conference on Robotics, control and manufacturing technology (ROCOM'09). Hangzhou, 142–147.
  24. Kopchak, B. (2016). Development of fractional order differential-integral controller by using Oustaloup transformation. 2016 XII International Conference on Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). doi: https://doi.org/10.1109/memstech.2016.7507521

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-10-31

Як цитувати

Kopchak, B., Marushchak, Y., & Zaleski, J. (2020). Розробка методики параметричного синтезу регуляторів дробового порядку та їх реалізація в системі ПЧ–АД. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(2 (107), 57–65. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2020.213469

Номер

Том 5 № 2 (107) (2020): Інформаційні технології. Системи управління в промисловості

Розділ

Системи управління в промисловості

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Богдан Любомирович Копчак, Ярослав Юрійович Марущак, Ярослав Ришардович Заленський

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.