Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі (стр. 6 из 21)

У САК електропередачі дизель-потягу для формування сигналу керуючого впливу по збудженню тягового генератора U_УГ, як один з можливих варіантів, може бути використаний пропорційно-інтегральний закон управління. Математична модель регулятора збудження може бути представлена у вигляді:

, (2.6)

, (2.7)

, (2.8)

U_ЗГ = U_ЗГ2 – U_УВ = K₉ + K₇U_fГ – U_УВ, (2.9)

U_fГ = f_Г

, (2.10)

U_ЗВ = K₈U_fГ +

, (2.11)

U_УВ = K₆(U_ЗВ+ U_В), (2.12)

U_В = U_ВГ

, (2.13)

де K₁ – K₁₀ – коефіцієнти підсилення;

Т₁ – Т₅ – постійні часу інтегрування;

р – оператор Лапласа;

U_ЗГ2 – сигнал керування, що здійснює обмеження максимальної напруги тягового генератора.

Значення U_ЗГ1 формується з використанням блоку задавання інтенсивності, що забезпечує темп наростання відповідного сигналу в перехідному режимі. Величина T₃ визначається з умови:

T₃ = T₃₁ при U_ЗГ1 £ U_ЗГ;

T₃ = T₃₂ при U_ЗГ1 > U_ЗГ,

де Т₃₁, Т₃₂ – постійні часу інтегрування, що визначаються в процесі досліджень.

За допомогою сигналу управління U_УВ здійснюється обмеження максимального значення напруги збудження тягового генератора.

Коефіцієнти передач К₂, К₃ та постійні часу Т₂, Т₃ визначаються в процесі досліджень. При цьому значення постійної часу Т₃ (блок задавання інтенсивності), як правило, має різні значення при «накиданні» та « скиданні» сигналу U_ЗГ, який на нього поступає.

З метою визначення структури та параметрів регулятора вихідної напруги інверторів електроприводу, його модель може бути представлена сукупністю моделей каналу струму I_g та каналу потужності Р_Г.

Ці канали призначені для формування сигналу керуючого впливу U_УШ по вихідній напрузі інверторів.

Математична модель регулятору вихідної напруги інверторів електроприводу каналу струму I_g в режимі без урахування процесів буксування може бути представлена у вигляді:

= , (2.14)

(2.15)

= KI_g , (2.16)

= , (2.17)

U_G =

, (2.18)

I_YG =K₈U_G, (2.19)

= I_YG , (2.20)

де К_i (i = 1, 10) – коефіцієнти підсилення;

Т_j (j = 1, 4) – постійні часу (Т₁ –постійна часу блоку задавання інтенсивності);

– вихідний сигнал низькочастотного фільтру, що встановлюється на виході ПІ-регулятора;

KI_g– вихідний сигнал ПІ-регулятора каналу струму;

– сигнал, пропорційний струму навантаження ТАД;

I_YG – вхідний сигнал формувача зворотного зв’язку по каналу струму;

U_G – сигнал, який відповідає ефективному значенню напруги живлення ТАД.

Співвідношення (2.15) описує модель регулятора каналу обмежувача струму (канал I_g), використовуючи при цьому пропорційно-інтегральний закон керування. При проведенні досліджень не виключається використання також інших законів керування.

Формування сигналу задавання U_ЗТ здійснюється на основі використання сигналу, пропорційного номеру позиції контролеру машиніста, з встановленням певного темпу його наростання.

Математична модель регулятора вихідної напруги інверторів електроприводу каналу потужності P_Г у режимі тяги може бути представлена у вигляді:

= K₂ W(p), (2.21)

W(p) =

, (2.22)

= , (2.23)

I_УМ =

, (2.24)

= I_УМU_УГ , (2.25)

де К_i (i = 2, 6) – коефіцієнти підсилення;

Т_j (j = 1, 2) – постійні часу(Т₁ –постійна часу блока задавання інтенсивності);

U_УШ – сигнал керуючого впливу по вихідній напрузі інверторів;

– вихідний сигнал регулятора каналу потужності;

– сигнал, пропорційний вживаній потужності ТАД;

U_УГ – сигнал , пропорційний напрузі генератора;

I_УМ – вхідний сигнал формувача зворотного зв’язку по каналу потужності;

b₁, b₂ – постійні коефіцієнти;

Т – постійна часу блока задавання інтенсивності.

Формування сигналу задавання U_ЗМ здійснюється на основі використання сигналу, пропорційного номеру позиції контролеру машиніста, з установленням визначеного темпу його наростання.

На основі розробленої моделі уточнена структура САК каналу обмеження струму, визначені значення параметрів регулятора вихідної напруги з урахуванням забезпечення вимог до якісних показників перехідного процесу (величини перерегулювання, часу регулювання, числа коливань) [2-106]. Результати досліджень регулятора вихідної напруги (канал обмеження струму) при різних коефіцієнтах підсилення К₄ приведені на рис. 2.7, де процеси 1-5 (криві перехідних процесів струму навантаження ТАД) відповідають коефіцієнтам підсилення К₄, відповідно: 0.2; 0.3; 0.4; 0.5; 0.6.

Рис. 2.6. Структурна схема моделі регулятора вихідної напруги.

Рис. 2.7. Результати моделювання з різними коефіцієнтами підсилення К₄.

Рис. 2.8. Результати роботи ланки корекції.

На рис. 2.8 приведені результати моделювання (криві перехідних процесів струми навантаження ТАД) скоректованої системи регулювання, що забезпечує виконання необхідних вимог до якісних показників перехідного процесу регулятора вихідної напруги інверторів. Крива 1 – перехідний процес струму навантаження ТАД без урахування корекції; крива 2 – з урахуванням корекції.

2.3. Розробка моделі блоку «синхронний генератор-випрямлювач» електропередачі дизель-потягу з використанням нейронних мереж

Аналіз і синтез систем керування складними енергетичними об’єктами, до яких відноситься електропередача дизель-потягу з асинхронним тяговим електроприводом, нерозривно пов’язані з питаннями створення їхніх моделей з метою проведення комплексних досліджень, а також уточненням структури та параметрів пристроїв для розробки.

Питанням моделювання окремих блоків системи керування електропередач потягів присвячено значне число робіт. Однак традиційні підходи викликають труднощі при вирішенні вказаних задач. Тому постійно йде пошук у напрямку створення моделей на основі досягнень сучасних комп’ютерних технологій рішення цих задач, зокрема нейромережевих технологій. Однією із задач при вирішенні цих проблем є адаптація відомих архітектур нейронних мереж для побудови моделей компонентів структури САР енергетичної системи дизель-потягу.