Кирик Валерій Валентинович. Регулювання та стабілізація змінних параметрів електротехнологічних систем з використанням нечіткої логіки

Короткий опис

Кирик Валерій Валентинович. Регулювання та стабілізація змінних параметрів електротехнологічних систем з використанням нечіткої логіки : Дис... д-ра техн. наук: 05.09.03 / НАН України; Інститут електродинаміки. — К., 2006. — 364арк. : рис. — Бібліогр.: арк. 299-312.

Кирик В.В. Регулювання та стабілізація змінних параметрів електротехнологічних систем з використанням нечіткої логіки. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2006.
Дисертацію присвячено проблемі підвищення якості регулювання змінних параметрів, енергетичної ефективності та продуктивності складних електротехнологічних установок, динаміка процесів в яких не піддається достовірній математичній формалізації класичними методами. Вирішення цієї проблеми досягнуто на основі математичного апарату нечіткої при врахуванні особливостей тих чи інших способів регулювання та стабілізації змінної напруги. Створено пристрої, що забезпечують регулювання і стабілізацію змінних параметрів в широкому діапазоні напруги на основі методів нечіткого управління, які дозволяють приймати правильне рішення управління силовим виконавчим органом в умовах не прогнозованої зміни напруги живлення і невизначеності нелінійності навантаження. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні систем керування, призначених для регулювання параметрів високотемпературних технологічних процесів.

В дисертаційній роботі отримала подальший розвиток теорія регулювання та стабілізації змінних параметрів електротехнологічних установок з нестаціонарними процесами на основі розробки нових методів нечіткого управління та синтезу нелінійних систем формування рішення управління силовим виконавчим пристроєм. Отримані результати в сукупності розв’язують важливу науково-прикладну проблему підвищення якості регулювання змінних параметрів, енергетичної ефективності та продуктивності складних електротехнологічних комплексів і систем, динаміка процесів в яких не піддається достовірній математичній формалізації класичними методами
При цьому отримано наступні основні наукові результати:

На основі аналізу способів регулювання змінної напруги з широтно-імпульсною модуляцією на низькій частоті, широтно-імпульсною модуляцією на частоті мережі, дискретного способу регулювання і класичних методів управління обґрунтовано доцільність використання нечітких методів управління, які дозволяють підвищити ефективність регулювання та стабілізації змінних параметрів електротехнологічних систем при флуктуаціях напруги мережі живлення і нестаціонарних електротехнологічних процесах в навантаженні.
Обгрунтовано проведення формалізації обмежень нечітких змінних і початкову оцінку їхньої кількості на основі модифікованої узагальненої функції належності, виходячи з інтервалу розмитості і коефіцієнта концентрації. Такий підхід дозволяє виявити закономірності логічного рішення нечіткої системи управління в дослідженнях систем дискретного і неперервного регулювання змінної напруги при відсутності достовірної інформації про нелінійність навантаження.
Розроблено принципи побудови систем автоматичного регулювання та стабілізації змінної напруги з нечіткими логічними контролерами і їх інтеграцією з класичними ПІДрегуляторами, що дозволило зменшити динамічну похибку в десятки разів та забезпечити скорочення в 2-3 рази часу виходу на заданий технологічний параметр регулювання в електротехнологічних системах з нестаціонарними процесами.
Розроблено метод формування характеру нелінійності нечіткого логічного контролера для усунення нелінійної залежності вхідних та вихідних параметрів систем регулювання. Синтез нечіткого логічного контролера з необхідною нелінійністю передатної характеристики та введення його в зворотній зв’язок системи дозволяє реалізувати лінійну систему регулювання та покращити якість перетворення змінної напруги.
Запропоновано метод синтезу систем нелінійного регулювання та стабілізації змінних параметрів електротехнологічних систем з введенням оптимальних відношень вхідних та вихідних параметрів нечітких логічних контролерів, що забезпечує максимальну гнучкість і адекватність реакції регулятора напруги на зміну параметрів технологічного процесу та вплив зовнішніх факторів.

Вперше розроблено спосіб введення оптимальної кількості нечітких змінних і визначено критерій обмеження їх функціями належності на базовій фізичній змінній для дискретних систем перетворення напруги, що дозволило в 2-4 рази скоротити витрати часу на моделювання та підвищити оперативність та ефективність синтезу нечіткого логічного контролера.
Розроблено новий метод дефаззіфікації логічного висновку для дискретних систем стабілізації змінної напруги, який дає змогу зменшити на 3050 % час для прийняття рішення щодо управління трансформаторно-ключовими виконавчими структурами.
Визначено критерій грубої” оцінки стійкості в цілому” для нелінійної системи регулювання змінних параметрів електротехнологічних систем з нечітким логічним контролером, який забезпечує надійну роботу системи та виключає коливальні режими.
Розроблено нові імітаційні математичні моделі з використанням нечіткої логіки управління для: дискретного стабілізатора змінної напруги з трансформаторно-ключовою виконавчою структурою; фазово-імпульсного регулятора діючого значення змінної напруги підвищеної точності з лінійною передатною характеристикою; фазово-імпульсного стабілізатора напруги з регульованим рівнем з лінійною передатною характеристикою; регулятора діючого значення змінної напруги із широтно-імпульсною модуляцією на низькій частоті за критерієм стабілізації температури електротермічних установок. Це дозволяє проводити візуальне імітаційне дослідження систем та суттєво скоротити час на створення і налагодження пристроїв перетворення напруги.
Обгрунтовано, що застосування лінгвістичного підходу при створенні систем регулювання та стабілізації змінних параметрів значно розширює прозорість і потенціал варіацій системи перетворення напруги, а також забезпечує генерацію прототипу для цілого класу навантажень, модельованих аперіодичною ланкою 2-го порядку, виконання зростаючої оптимізації при коротких циклах процесу розробки, легке програмування і, в кінцевому результаті, оптимальність керування силовим виконавчим органом.
Наукові положення та висновки дисертації є достатньо обгрунтованими і достовірними, базуються на глибокому теоретичному аналізі, коректності постановки основних задач, узгодженні моделей з експериментальними результатами, апробацією основних положень і результатів на представницьких наукових конференціях.
Отримані результати впроваджено :

на комбінаті Художник” (м.Київ) та Центрі трудової реабілітації дітей-інвалідів Трамплін” (м.Київ) в електротермічних системах з регулюванням змінної напруги по критерію стабілізації температури на базі мікроконтролера АТ90S4433 фірми Atmel;
в СПД Теребов” (м.Київ) в системах керування електропечами потужністю до 50 кВА, що призначені для регулювання параметрів високотемпературних технологічних процесів;
на ПП ”ЮМОС” для регулювання змінної напруги на нагрівальних елементах електротермічної установки.