Марущак Ярослав Юрійович. Синтез електромеханічних систем на основі узагальненого характеристичного полінома

Короткий опис

Марущак Ярослав Юрійович. Синтез електромеханічних систем на основі узагальненого характеристичного полінома: Дис... д-ра техн. наук: 05.09.03 / Національний ун-т "Львівська політехніка". - Л., 2002. - 353арк. - Бібліогр.: арк. 322-347

Марущак Я.Ю. Синтез електромеханічних систем на основі узагальненого характеристичного полінома. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 електротехнічні комплекси та системи. Національний університет Львівська політехніка”, Львів, 2002.
Дисертацію присвячено вирішенню науково-технічної проблеми синтезу на єдиній методологічній основі різноманітних електромеханічних систем автоматичного керування з метою забезпечення динамічних показників вихідної координати регулювання згідно зі стандартними формами розподілу коренів характеристичного рівняння у поєднанні із заданими статичними показниками при дії на систему детермінованих збурень, а при дії випадкових збурень забезпечення заданих показників, як в режимі відпрацювання директивних значень, так і в режимі стабілізації вихідних координат регулювання. Розроблений метод узагальненого характеристичного полінома дозволяє з позицій єдиної методології знаходити передавальні функції елементів змінюваної частини замкнених електромеханічних систем постійного і змінного струму, з жорсткими і пружними елементами кінематичної схеми, з різними принципами побудови структурних схем а також при наявності і відсутності нулів у їх передавальних функціях.
При дії випадкових збурень синтез електромеханічних систем запропонованим методом враховує особливості статистичних характеристик збурень при роботі систем в режимах відпрацювання директивних значень завдання та стабілізації вихідної координати.
Використання результатів синтезу при налаштуванні електромеханічних систем автоматичного керування виробничими механізмами та технологічними комплексами дозволяє підняти їх продуктивність за рахунок покращення характеристик регулювання їх вихідних координат.

У дисертаційній роботі вирішена науково-прикладна проблема синтезу ЕМС при керуванні детермінованими та стохастичними об’єктами, з метою забезпечення динамічних властивостей вихідної координати регулювання згідно з вибраною стандартною формою відповідно до особливостей характеристик збурень. Створений метод синтезу, виходячи з єдиних методологічних позицій для різних типів і структур ЕМС, забезпечує досягнення поставленої мети. Завдяки цьому траєкторія зміни координати регулювання, як статичних, так і астатичних систем повністю відповідає бажаній стандартній формі перехідного процесу, поєднуючи вимоги до динамічних та статичних характеристик процесу керування. Для випадку керування стохастичними об’єктами, ЕМС з системою розпізнавання стану об’єкта втручаються в процес керування вихідною координатою тільки тоді, коли вона виходить за допустиму зону, межі якої визначаються методами статистичних рішень, а швидкодія ЕМС розраховується згідно з характеристиками марківських процесів, що відображають поведінку координат регулювання. Завдяки вирішенню
даної проблеми синтезу широкого класу ЕМС забезпечуються бажані динамічні і статичні характеристики синтезованих систем автоматичного керування детермінованими та стохастичними об’єктами, що сприяє підвищенню швидкодії та точності відпрацювання задаючих і збурюючих впливів, завдяки чому збільшується продуктивність виробничих механізмів та технологічних комплексів а також знижуються енергозатрати на виготовлення продукції.
Виконані в даній дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити такі висновки:

В результаті проведеного аналізу існуючих методів синтезу ЕМС встановлено, що відсутні єдині методологічні засади синтезу різноманітних систем, які відрізняються: родом струму живлення двигуна; структурою; наявністю, чи відсутністю нулів у передавальній функції; кількістю рухомих мас кінематичної схеми, а також дією різних типів збурень, виходячи з умови забезпечення в них будь-яких стандартних форм відпрацювання задаючих дій у поєднанні із заданими характеристиками системи в режимі стабілізації вихідної координати регулювання.
Розроблений метод УХП для синтезу лінійних ЕМС дає можливість підходити до синтезу коректуючих ланок, як електроприводів постійного, так і змінного струму з єдиних методологічних позицій, забезпечуючи комплексний підхід до формування нулів і полюсів передавальних функцій замкнених систем, завдяки чому можна реалізувати будь-яку стандартну форму перехідних функцій, як для статичних, так і для астатичних систем.
Для забезпечення уніфікації налаштування контурів СПР, синтезованих методом УХП, слід використовувати декомпозиційний варіант синтезу, якщо ж визначальним фактором є збільшення швидкодії системи, то тоді рекомендується варіант, названий інтегральним, а для триконтурних позиційних систем поєднання уніфікації налаштувань частини контурів та забезпечення бажаної швидкодії вихідної координати може бути отримане при варіанті синтезу, названому комбінованим.
Для ЕМС, структури яких відрізняються від СПР, а також для синтезу СПР координатами об’єкта з пружним зв’язком рекомендується інтегральний варіант синтезу вищеназваним методом. При цьому використання триконтурної системи з контуром струму та контурами швидкостей обох мас робить електропривід астатичним до дії моменту статичного навантаження в поєднанні з відповідністю динамічних характеристик відпрацювання задаючого впливу вибраній стандартній формі.
Синтезована даним методом астатична ЕМС з комбінованим керуванням за задавальною дією забезпечує вибрану стандартну форму перехідного процесу вихідної координати при відпрацюванні задаючого впливу і одночасно має зневажливо малу динамічну похибку до дії Мс.Ці результати знайшли своє підтвердження експериментальними дослідженнями реального електроприводу.
Розроблена процедура формування функції мети оптимального керування ЕМС, яка дає можливість отримати екстремалі, що відповідають стандартним формам при різних швидкодіях в межах цих форм.
На основі аналізу статичних характеристик одно-, дво- і тримасових систем сформульовано умови, при яких можна отримати необхідну статичну точність регулювання, як при дії керуючого, так і збурюючих впливів в традиційних ЕМС та в системах, синтезованих методом УХП.
Запропоновано принцип зонного керування для об’єктів із випадковим характером збурень вихідної координати регулювання. Межі зони значень координати регулювання при її стабілізації, котрі визначають умову втручання, чи не втручання ЕМС в процес зміни координати, знаходяться методами статистичних рішень. В режимі відпрацювання директивних значень таких координат має місце поєднання детермінованих і стохастичних принципів керування даними об’єктами, а це дозволило простими способами забезпечити керування об’єктом, статистичні характеристики якого визначають налаштування ЕМС.
У зв’язку з тим, що стохастичні об’єкти можуть перебувати у різних станах, котрі випадково змінюються протягом функціонування системи, для адаптації ЕМС до реальних умов експлуатації отримав подальший розвиток метод розпізнавання станів на основі теорії статистичних рішень при одно- та двовимірному законі розподілу ідентифікаційних характеристик. Сформульована методика самонавчання системи розпізнавання підвищує ефективність стабілізації вихідних координат.
Розроблена математична модель стохастичного об’єкта при дії потоку збурюючих та керуючих впливів за допомогою марківських процесів. Внаслідок цього, на основі рівнянь Колмогорова-Чепмена, вдалося отримати вирази інтенсивностей відновлення, які повинні забезпечуватися ЕМС. Це є вихідною інформацією при розрахунку бажаного значення середньогеометричного кореня системи для відповідного стану об’єкта.
Ефективність розроблених ЕМС керування детермінованими та стохастичними об’єктами підтверджена експериментальними випробуваннями в лабораторіях кафедри електроприводу та автоматизації промислових установок НУ”Львівська політехніка”. Промислові випробування синтезованих ЕМС були проведені на Жидачівському целюлозо-паперовому комбінаті (ЖЦПК) під час виконання госпдоговорів, пов’язаних з налаштуванням електроприводів поздовжньо-розрізного верстату та пресу картоноробної машини, а також млинів папереробної машини. При цьому швидкодія цих електроприводів збільшилася на 15% 18% при забезпеченні аперіодичності перехідних процесів і завдяки цьому зросла продуктивність відповідних виробничих механізмів у середньому на 2%. Принцип зонного керування стохастичними об’єктами був апробований на ЕМС автоматичного керування потужністю дефібрера ЖЦПК. Це забезпечило зниження дисперсії коливання потужності дефібрера на 21%, завдяки чому вдалося підняти директивні значення потужності дефібрування до номінальних і забезпечити стабільну продуктивність дефібрера на вищому рівні. Крім цього, принцип зонного керування стохастичним об’єктом був апробований на ДСП-1,5 ВАТ ”Львівський завод Автонавантажувач””, а система розпізнавання стадій стаціонарного об’єкта з метою адаптацїі системи регулювання довжини дуги ДСП була впроваджена на Молдавському металургійному заводі (м. Рибніца). Підтверджений економічний ефект по цій роботі становить 247509крб.