Устройство управления судовой системой электродвижения на основе нечеткого регулятора


 


Владельцы патента RU 2450299:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Устройство управления судовой системой электродвижения на основе нечеткого регулятора относится к судостроению, в частности к применению нечеткого регулятора при управлении трехфазным асинхронным двигателем, используемым в судовой системе электродвижения. Техническим результатом является создание судовой системы управления электродвижением с применением нечеткой логики. Устройство содержит элемент сравнения; блок оценки скорости изменения рассогласования системы; нечеткий регулятор скорости, выполненный на базе микроконтроллера; систему управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненную на базе микроконтроллера; трехфазный автономный инвертор напряжения и связи между ними. 1 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к применению нечеткой логики для регулирования трехфазного асинхронного двигателя, используемого в судовой системе электродвижения.

Управление трехфазным асинхронным двигателем осуществляется со стороны статора при помощи преобразователя частоты со звеном постоянного тока. Таким образом, наиболее близкой к предлагаемой системе является система управления, описанная Джоуз А.Торрико, Эдсон Бим (Jose A.Torrico, Edson Bim) в работе «Управление током трехфазным инвертором с использованием нечеткой логики и пространственного вектора» (Fuzzy Logic Space Vector Current Control of Three-Phase Inverters, UNICAMP-FEEC-DSCE), которая включает в себя регулятор тока, микропроцессорную подсистему, рассчитывающую и управляющую временными задержками между переключениями ключей инвертора для получения заданного регулятором тока пространственного вектора напряжения, силовой инвертор, трехфазный асинхронный двигатель, преобразователь координат в обратной связи, осуществляющий переход от трехфазной системы токов к двухфазной.

Применение в данной системе управления регулятора тока позволяет получать постоянную частоту переключения без ухудшения динамических свойств системы. Представленный регулятор тока позволяет упростить систему вычислений, благодаря применению нечеткой логики, что делает необязательным знание точной математической модели для расчета времени переключения пространственного вектора напряжения. Однако для реализации вышеописанной системы требуется усложнение исходной системы путем введения в нее дополнительного блока математических расчетов, осуществляющих преобразование векторов токов из трехфазной системы координат в двухфазную систему координат α-β, вращающуюся в электрическом пространстве с синхронной угловой скоростью, равной частоте напряжения питания.

В предлагаемом изобретении применение нечеткой логики в нечетком регуляторе скорости обосновывается следующими преимуществами: отсутствие необходимости в точном математическом описании управляемого объекта, возможность относительно легкой перенастройки нечеткого регулятора скорости, возможность увеличения количества входных переменных нечеткого регулятора скорости. Нечеткий регулятор скорости реализуется на микроконтроллере, благодаря чему возможна удаленная настройка нечеткого регулятора скорости, которая в дальнейшем может способствовать более широкому применению предлагаемого регулятора, а также построению адаптивной системы на базе изобретения.

Предлагаемое изобретение представляет собой устройство управления судовой системой электродвижения, в частности трехфазным асинхронным двигателем, используемым в судовой системе электродвижения. В состав устройства входят элемент сравнения, блок оценки скорости изменения рассогласования системы, нечеткий регулятор скорости, выполненный на базе микроконтроллера, система управления трехфазным автономным инвертором напряжения, реализованная также на базе микроконтроллера, трехфазный автономный инвертор напряжения. Структурная схема системы управления представлена на чертеже.

Входными параметрами устройства управления судовой системой электродвижения являются сигнал задания угловой скорости вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя (ω3) и текущее значение угловой скорости вращения ротора (ω), которые сопоставляются на элементе сравнения, в результате чего вырабатывается сигнал рассогласования системы (ε). Далее сигнал рассогласования системы (ε) поступает на блок оценки скорости изменения рассогласования системы, где на основании разностных уравнений определяется второй управляющий сигнал для нечеткого регулятора скорости - сигнал скорости изменения рассогласования системы (έ). Сигнал рассогласования системы (ε) и сигнал скорости изменения рассогласования системы (έ) поступают на нечеткий регулятор скорости. Процесс обработки сигнала в нечетком регуляторе скорости можно разделить на следующие этапы:

- оцифровка сигнала;

- фаззификация;

- нечеткий логический вывод на основе базы правил;

- композиция;

- дефаззификация.

На этапе фаззификации дискретные четкие сигналы рассогласования системы (ε) и скорости изменения рассогласования системы (έ) в дискретные моменты времени приводятся к нечеткости, то есть определяется степень принадлежности значений этих сигналов заданным нечетким множествам, представленным в программе в форме функций принадлежности. Далее на основании базы правил, составленной с использованием эмпирических данных, происходит нечеткий логический вывод, то есть определение степеней истинности каждого из правил (агрегирование) и последующее формирование выходной функции принадлежности, для каждого из правил (активизация). После чего происходит расчет итоговой функции принадлежности, определяющей выходное воздействие (композиция). На конечном этапе логической обработки сигнала происходит дефаззификация, то есть приведение нечеткого сигнала к четкому. Применение микроконтроллера при реализации нечеткого регулятора скорости позволяет на каждом из описанных этапов использовать различные алгоритмы обработки сигналов. Так, например, на этапе дефаззификации в программе предусмотрены следующие варианты:

- бисекторный, когда четкое управляющее воздействие определяется, как абсцисса прямой, параллельной оси ординат, разделяющей область под графиком итоговой функции принадлежности на две равные по площади части;

- центроидный, когда четкое управляющее воздействие определяется, как абсцисса центра тяжести фигуры, ограниченной итоговой функцией принадлежности.

Варьирование алгоритмов обработки позволяет изменять закон управления в зависимости от необходимости. Далее четкое управляющее воздействие, сформированное на нечетком регуляторе скорости и представляющее собой сигнал задания частоты напряжения питания обмоток статора (Uf), подается на вход системы управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненной на базе микроконтроллера. Система управления трехфазным автономным инвертором рассчитывает временные интервалы включения ключей трехфазного автономного инвертора напряжения, соответствующие сигналу задания частоты напряжения питания обмоток статора (Uf). При этом система управления трехфазным автономным инвертором напряжения реализует векторную широтно-импульсную модуляцию. С выхода системы управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненном на базе микроконтроллера, на ключи трехфазного автономного инвертора напряжения подаются управляющие импульсы (Uy). Кроме того, на трехфазный автономный инвертор напряжения подается постоянное напряжение питания (Ud) от внешнего источника. В результате трехфазный автономный инвертор напряжения формирует на обмотках статора трехфазную систему напряжений (uA, uB, uC), которая дает изменения токов, близких к синусоидальным. Нагрузкой трехфазному асинхронному двигателю (управляемому объекту) служит внешний момент сопротивления (Mc).

Далее контур замыкается обратной связью по скорости. Таким образом, осуществляется реализация системы регулирования, представляющей собой систему управления с замкнутой цепью.

Устройство управления судовой системой электродвижения на основе нечеткого регулятора, отличающееся тем, что включает в себя элемент сравнения, блок оценки скорости изменения рассогласования системы, нечеткий регулятор скорости, выполненный на базе микроконтроллера, систему управления трехфазным автономным инвертором напряжения, выполненную на базе микроконтроллера, и трехфазный автономный инвертор напряжения, осуществляет регулирование по угловой скорости вращения ротора трехфазного асинхронного двигателя с использованием известного значения рассогласования системы и оценки скорости изменения рассогласования системы, используемых нечетким регулятором скорости для определения необходимой частоты напряжения питания статора и подачи сигнала задания частоты напряжения питания обмоток статора на систему управления трехфазным автономным инвертором напряжения, задающую длительность управляющих импульсов, поступающих на трехфазный автономный инвертор напряжения, формирующий трехфазную систему напряжений на обмотках статора трехфазного асинхронного двигателя, являющегося объектом управления для данной системы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области управления с повышенной точностью сложными и быстродействующими технологическими процессами на предприятиях химической, машиностроительной, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, которые не удается описать системой линейных дифференциальных уравнений малого порядка, что вынуждает такие процессы представлять в виде вербальной модели.

Изобретение относится к области автоматизированных систем управления технологическими процессами и производствами, а конкретно к устройствам управления процессом обжига известняка в печах шахтного типа, и может быть использовано в металлургической, строительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано в системах управления периодическими режимами априорно неопределенных нестационарных динамических объектов.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления объектами с известным запаздыванием, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта.

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах управления объектами с известным запаздыванием, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины, а измерению доступен только выходной сигнал объекта.

Изобретение относится к автоматическому или автоматизированному управлению, в частности к системам с координатными и параметрическими обратными связями, и может быть использовано для построения систем управления сложными организованными объектами (коборгами), например, в технической, экономической, административной, военной и др.

Изобретение относится к способу для управления охлаждением технической установки с, по меньшей мере, одной электрической компонентой, как, например, трансформатором, и с системой охлаждения с, по меньшей мере, одним охлаждающим элементом для охлаждения электрической компоненты, причем, по меньшей мере, один сенсорный датчик измеряет температуру и/или вязкость находящейся в системе охлаждения охлаждающей среды.

Изобретение относится к автоматическому управлению, а именно к адаптивным системам двухпозиционного автоматического управления. .

Изобретение относится к системам автоматического регулирования. .

Изобретение относится к системам автоматического регулирования и может быть использовано при управлении периодическими режимами нестационарных динамических объектов.

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для управления периодическими режимами нестационарных динамических объектов, содержащих запаздывание по состоянию

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано при создании приводов манипулятора

Изобретение относится к вычислительной технике

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания электроприводов роботов

Изобретение относится к робототехнике и может быть использовано для создания электроприводов роботов

Изобретение относится к электронной технике и предназначено для использования в цифровых и аналоговых автоматических системах управления, регулирования и стабилизации различных величин: температуры, давления, производительности, скорости и т.д

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах слежения для объектов, параметры которых - неизвестные постоянные или медленно меняющиеся во времени величины

Изобретение относится к электрическим самонастраивающимся системам управления, а именно к области адаптивных систем управления с пробным гармоническим сигналом, и предназначено для управления химическими, энергетическими, электромеханическими и другими объектами с переменными или нестационарными параметрами
Наверх