Розробка, дослідження системи керування на основі нейронної мережі (стр. 7 из 21)

У нашому випадку об'єктом моделювання є блок "синхронний генератор-випрямлювач". Його моделювання виконаємо за допомогою нейронних мереж.

Математичну модель блоку "синхронний генератор-выпрямитель" можна представити сукупністю моделей синхронного генератора (СГ) і випрямлювача (У).

Відповідно до загальноприйнятих допущень математичну модель СГ, що представляє собою ідеалізовану явнополюсну синхронну машину, яка має на роторі обмотку збудження і по одному короткозамкненому контуру в подовжній і поперечній осях, у координатній системі d, q можна представити наступною системою диференціальних рівнянь (2.26):

;

; (2.26)

;

Де

– відповідно потокозчеплення та струми обмоток: статора (по осям d і q), збудження і демпферних (по осям d і q);

– активні опори обмоток статора, збудження та демпферних (по осям d і q);

– кутова частота обертання ротора.

Облік насичення магнітного кола в явнополюсних синхронних машинах зазвичай вироблятися тільки по подовжній осі. Для цього у вираженнях для потокозчеплень індуктивний опір реакції якоря по подовжній осі представляють як функцію подовжньої складовий потокозчеплення в повітряному зазорі

. У цьому випадку вираження для потокозчеплень контурів синхронної машини по подовжній осі мають наступний вид:

; (2.27)

; (2.28)

; (2.29)

; (2.30)

, (2.31)

де

– відповідно опори розсіювання обмоток статора, збудження та демпферної по осі d;

– опір реакції якоря подовжній осі (2.31).

У результаті рішення системи рівнянь (2.26) з урахуванням виразів (2.27)-(2.31) визначаються струми статорної обмотки по осям d і q -

. Фазні струми СГ

, що являються впливом, яке задає, для математичної моделі некерованого трифазного випрямлювача, знаходяться за допомогою лінійних перетворювань:

; (2.32)

; (2.33)

; (2.34)

, (2.35)

де

– значення кута при t = 0.

Напруга обурення

визначається згідно до виразів:

; (2.36)

, (2.37)

де

- фазні напруги СГ, одержувані за допомогою перетворювача, що формує ці напруги на основі фазних струмів СГ.

Реалізація математичної моделі, заданої системою диференціальних рівнянь (2.26) і рівняннями (2.27) - (2.37) з використанням сучасних пакетів прикладних програм, наприклад пакета MATLAB, не викликає особливих труднощів. Вона зводиться до побудови структури моделі з наявної бібліотеки блоків пакета і розрахунку параметрів моделі.

У ряді випадків моделювання блоку "синхронний генератор-випрямлювач" можна здійснити, використовуючи його навантажувальні характеристики, представлені на рис. 2.9.

Здатність штучних нейронних мереж, навчених на деякій множині даних, видавати правильні результати для досить широкого класу нових даних є дуже вагомим аргументом для побудови моделей різних систем. У даному випадку ця властивість нейронної мережі підходить для створення моделі блоку "синхронний генератор-випрямлювач " за навантажувальними характеристиками. При цьому робота моделі полягає в наступному: на вхід подаються струми збудження

(формування струму збудження розглянуто в розділі 2.2) і навантаження

, на виході повинне формуватися випрямлена напруга

, значення якої відповідає графікам навантажувальних характеристик (рис 2.9.) Причому мережа повинна працювати не тільки на тренувальних шаблонах, але і виконувати поставлену задачу на всіх припустимих значеннях вхідних сигналів.

Рис. 2.9. Навантажувальні характеристики СГ.

Для побудови моделі обрана багатошарова нейронна мережа прямої передачі сигналів із двома нейронами у вхідному шарі (кількість входів), двома схованими шарами й одним нейроном у вихідному шарі. Для нейронів схованих шарів використовувалися нелінійні сигмоїдальні функції активації нейронів.

У результаті моделювання знайдене оптимальне число нейронів для першого і другого схованих шарів мережі, відповідно 10 і 15 нейронів. Для навчання мережі використовувалися дані рис.2.9.

Погрішність відтворення характеристик у всьому робочому діапазоні за допомогою нейронної мережі не перевищувала 1,5%, що краще, ніж у моделей, реалізованих традиційним способом.

3. РОЗРОБКА СИСТЕМИ КЕРУВАННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ МЕТОДІВ НЕЧІТКОЇ ЛОГІКИ І НЕЙРОННИХ МЕРЕЖ ДЛЯ ОПТИМІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ ЕЛЕКТРОПРИВОДА

3.1 Розробка системи керування електроприводом змінного струму з використанням методів нечіткої логіки та нейроконтролерів

Тяговий електропривод дизель-потяга являє собою конструктивну сукупність тягових асинхронних двигунів, перетворювачів частоти і пристрою керування. Зростання ступеня інтеграції в мікропроцесорній техніці і перехід від мікропроцесорів до мікроконтролерів привів до заміни аналогових систем керування тяговими електроприводами на системи безпосереднього цифрового керування. Перехід до широкодіапазонних (до 1:10000), швидкодіючих електроприводів транспортних засобів, зажадав застосування більш складних структур на основі векторного керування.

При векторному керуванні, на відміну від частотного, керування швидкістю обертання тягового асинхронного двигуна здійснюється за допомогою регулювання амплітуди і фази вектора поля двигуна. Таке керування є найбільш точним у динаміці та статиці, а також більш економічним.

Однак, як при частотному, так і при векторному способі керування, необхідно здійснювати керування процесом розгону дизель-потяга з урахуванням протікання електромагнітних процесів і оптимізації енергетичних витрат, що вимагає у свою чергу створення ефективних систем керування. Як відзначено в розділі 1, одним із критеріїв якості протікання електромагнітних процесів є величина перерегулювання. Задачею системи керування в даному випадку є те, що б величина перерегулювання не перевищувала деякого граничного значення в перехідному режимі. В існуючих системах керування тягових електроприводів ці задачі вирішувалися за допомогою використання ПІД регуляторів і блоків задавання інтенсивності, що формують сигнал керування в залежності від зростання чи убування сигналу керування на виході відповідного ПІД регулятора. В останні роки рішення аналогічних задач пропонується виконувати з використанням сучасних технологій, в основі яких лежать методи аналізу і синтезу складних технічних систем, зокрема систем векторного керування і нейромережевих технологій, використовуючи при цьому пряме цифрове керування моментом. Відмінною рисою цих рішень є гранично висока швидкодія систем керування, реалізованих, як правило, на базі цифрових релейних регуляторів чи регуляторів, що працюють на принципах нечіткої логіки та нейроконтролерів.

У цьому розділі приведені результати розробки моделі системи керування з використанням методів нечіткої логіки для електропривода дизель-потяга з тяговими асинхронними двигунами і порівняльний аналіз за допомогою моделювання динамічних характеристик, у порівнянні з системами керування, побудованими на основі стандартних ПІД - регуляторів.