Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі (стр. 5 из 21)

= U_M sin [(W₀ – W_K)t + j_K],

де U_М - амплітуда першої гармоніки фазної напруги на статорі двигуна;

- кутова швидкість обертання осей координат;

- довільна початкова фаза напруги обмотки А статора.

У випадку синхронних осів

за умови, що початкова фаза напруги , функції впливу – це постійна напруга, яка дорівнює U_M по осі X, та нульова напруга по осі Y.

Рис.2.1. Структурна схема моделі в пакеті MatLab.

На рис. 2.1 приведена структурна схема моделі, що реалізує систему рівнянь (2.4) у пакеті MathLab. Вона складається з наступних частин: блока формування сигналів керування(функцій впливів) по амплітуді

(Subsystem1) та частоті w₀ (Subsystem2); блока інтегрування системи диференційних рівнянь (2.4) у вигляді субблока Object1; блока задавання похідних даних та параметрів ТАД; блока обмеження амплітуди та частоти напруги сигналу керування та ряду допоміжних блоків (перемикачів – Switch); блока, який задає певне співвідношення між амплітудою напруги та частотою (один з таких законів управління U/f = const); блоків відображення інформації.

Вхідними сигналами для субблока моделі Object1 є сигнали, пропорційні керуючим впливам

и w₀, а вихідними сигнали – потокозчеплення (X₁, Y₁, X₂, Y₂), струми (X₅ – X₈) ТАД та кутова швидкість крутіння ротора двигуна в залежності від моменту навантаження, що визначається моментом інерції J. У математичній та машинній моделях мають місце наступні відповідності:

º X₁; º Y₁; º X₂; º Y₂.

Змінні X₅ – X₈ - проекції струмів статорної та роторної обмоток ТАД на відповідні осі координат.

На рис. 2.2 і 2.3 приведені перехідні процеси у вигляді осцилограм, що демонструють роботу моделі при визначених початкових умовах у замкненій системі керування (сигнали керування формуються або згідно до певного закону, наприклад U/f = const, або згідно до заданого закону керування, синтезованого з використанням змінних стану об’єкту). На рис. 2.4 приведені процеси, відповідні сигналу задавання w₀ та сигналу w, відповідної швидкості обертання ротора ТАД при визначених заданих умовах розгону та відповідних параметрах ТАД, який являє собою деяку інтегральну характеристику розглянутого об’єкта керування.

Рис. 2.2. Залежності X₁(t), Y₁(t), X₂(t), Y₂(t).

Рис. 2.3. Залежності X₅(t), X₆(t), X₇(t), X₈(t).

Рис. 2.4. Залежності w₀(t), w(t).

Ряд експериментів, проведених з моделлю, підтвердили її адекватність, що й дозволило зробити висновок про те, що запропонована модель в осях X, Y,0 може бути використана для проведення досліджень та синтезу керуючих впливів у вигляді амплітуди і частоти напруги живлення ТАД. Крім того, вона може бути використана для уточнення структур САК, що вже маються, та розробки структур САК на основі синтезованих законів керування згідно заданих критеріїв якості, а також визначення та уточнення параметрів САК по результатам досліджень. Особливо вона корисна для попередньої оцінки параметрів регуляторів, які синтезуються для системи керування.

Для проведення комплексних досліджень синтезованих систем управління може бути використана модель ТАД у фазних координатах a, b, 0 зі врахуванням насичення, яка представлена у вигляді системи рівнянь:

,

,

, (2.5) ,

де

– відповідно потокозчеплення, напруга та струм фаз a та b статора;

– потокозчеплення та струм обмоток фаз a та b ротора;

– модуль вектора струму, який намагнічує;

–електромагнітний момент ТАД.

Відповідність вище приведених параметрів між собою має вигляд:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;

.

Математична модель ТАД, що представлена у вигляді рівнянь (2.5), більш складна, ніж моделі вигляду (2.1) і (2.4), оскільки тут ряд параметрів є постійними величинами, як у попередніх моделях, а являють собою функції модуля вектору току, що намагнічує.

Аналіз моделей, що задані системами рівнянь (2.1) – (2.5), показує, що в залежності від мети досліджень, кожна з них може біти використана для визначення керуючих впливів.

Аналіз різних форм запису показує, що для моделювання безпосередньо двигуна та механізму, без урахування властивостей джерела живлення (приймаємо його джерелом ЕРС), найбільш проста модель виходить при запису рівнянь двигуна в рухомій системі координат в осях X,Y через потокозчеплення. Моделювання ТАД як у прямокутній системі координат a, b, так і у природній (в осях a,b,0) доцільно використовувати для дослідження об’єкту керування у замкненій системі регулювання з урахуванням протікання електромагнітних процесів.

2.2. Моделювання пристроїв САК об’єкта керування

Електропередача дизель-потягу має автономну систему автоматичного керування, яка здійснює спільну роботу з дизелем та забезпечує керування тяговими асинхронними двигунами для реалізації тягових характеристик у всьому діапазоні швидкостей та навантажень. У електропередачі, що досліджується, використовується САК, яка забезпечує формування амплітудного значення напруги живлення та частоти тягових асинхронних двигунів. В електропередачі дизель-потягу САК виконана двоконтурною. Перший контур здійснює регулювання збудження тягового генератора та задає величину напруги, яка підводиться до двигунів. Він забезпечує стабілізацію струму асинхронних двигунів при пуску та регулювання струму та напруги генератора в зоні дії обмеження по напрузі дизеля. Другий контур регулювання є підлеглим по відношенню до першого, він здійснює регулювання частоти живлення тягових двигунів.

Для розробки моделей пристроїв САК використані структурна схема системи керування та функціональні схеми каналів регулювання окремих компонентів енергетичної системи дизель-потягу.

Структурна схема системи управління електропередачі дизель-потягу приведена на рис. 2.5.

При дослідженні САК об’єкта керування практичний інтерес являють математичні моделі регуляторів тягового генератора та електропривода з метою формування керуючих впливів по каналу напруги та частоти [26].

Рис. 2.5. Структурна схема системи керування електропередачі дизель-потягу.

До першого контуру САК електропередачі відноситься регулятор тягового генератора (РТГ), який призначений для формування сигналу керуючого впливу по збудженню тягового генератора U_УГ . В якості вхідних сигналів для РТГ використовуються напруга, пропорційна частоті тягового генератора U_fГ; напруга обмотки збудження U_В; струм мостів випрямлювачів I_ОТ; напруга задавання U_ЗГТ; активні струми I_d1, I_d2 кожного ТАД; напруга генератора U_Г.

Формування сигналу U_УГ з урахуванням забезпечення динамічних показників системи здійснюється шляхом включення у контур регулювання пристроїв, які функціонують згідно до певних алгоритмів, що реалізують відповідні закони управління, такі як пропорційний, інтегральний, пропорційно-інтегральний або більш складні, якщо не можна досягти заданих показників якості шляхом застосування одного з названих алгоритмів.