Розроблення та дослідження нечіткого ПІД-контролера для керування швидкістю асинхронного двигуна
Автор: Атанов Володимир Володимирович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютеризовані системи управління та автоматика
Інститут: Центр дистанційного навчання
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Широка автоматизація в сучасних галузях вимагає впровадження кількох стратегій, які мають високу надійність і стійкість, і однією з головних вимог є використовувана техніка управління. Асинхронний трифазний двигун – це пристрій, який перетворює електричну енергію на механічну. Агрегати відрізняються простотою в експлуатації, високою надійністю і досить недорогою вартістю. Завдяки цим якостям асинхронні двигуни набули великого поширення у різних сферах промислового виробництва, у науці, сільському господарстві. На сьогоднішній день майже 90% двигунів – асинхронні. У більшості програм керування процесом, де використовуються приводи з асинхронними двигунами (АД), потрібно змінювати швидкість. Це можливо за допомогою силових електронних перетворювачів. Керування швидкістю АД здійснюється за допомогою перетворювача змінної напруги. Основна мета керування полягає в тому, щоб співвідношення між напругою та частотою на виході перетворювача залишалося незмінним. Щоб забезпечити такий стабільний вихід на швидкості асинхронного двигуна, необхідна система управління, щоб підтримувати швидкість, коли виникає збурення. Забезпечення необхідного входу ШІМ інвертора буде регулюватися контролером. Керування швидкістю асинхронного двигуна в промисловій автоматизації, можна реалізувати на основі програмованого логічного контролера. Застосування інтелектуального алгоритму, такого як нечітка логіка, до існуючих пристроїв дозволить оптимально використовувати пристрої та підвищити продуктивність. Об’єктом дослідження є динамічні процеси в системах з нечіткими регуляторами. Предметом дослідження є аналіз та синтез нечітких регуляторів з метою отримання бажаних динамічних та статичних показників. Мета роботи полягає в реалізації гібридного нечіткого ПІД-регулятора на програмованому логічному контролері (ПЛК) та дослідженні ефективності керування гібридним нечітким ПІД-регулятором. У роботі проведений аналіз основних принципів побудови нечітких ПІД регуляторів, розглянуто теоретичні основи керування приводом, зокрема керування асинхронним двигуном. Проаналізовано основні положення фундаментальної теорії асинхронного двигуна, основні підходи до використання методу перетворення змінної напруги у зміну частоти і того, як його можна досягти за допомогою ШІМ-техніки та різних способів керування швидкістю асинхронних двигунів [1]. Наведено загальний огляд ПЛК та його функціональних властивостей, які забезпечують створення на його основі контролера для приводу асинхронного двигуна з ШІМ [2]. У роботі реалізовано таку методика керування, як ПІД [3] та нечітке керування [4], що призвело до розробки гібридного нечіткого контролера. Визначено, що гібридний нечіткий контролер є комбінацією двох регуляторів –нечіткого ПІД-регулятора та звичайного ПІД-регулятора. Розроблено блок-схему керуючої дії, в основі якої лежить передача керування одній з структур гібридного ПІД-регулятора, залежно від розміру похибки регулювання. Реалізовано моделі MATLAB/Simulink для інкрементного ПІД-контролера, Fuzzy ПІД-контролера, гібридного ПІД-контролера для визначення керуючих сигналів і параметрів для ПЛК [4]. Визначено ступінчастий відгук реалізованої системи на вхідну дію для інкрементного ПІД-контролера, Fuzzy ПІД-контролера, гібридного ПІД-контролера та проведено порівняльний аналіз отриманих результатів [6]. Розроблено блок-схему гібридного нечіткого ПІД-алгоритму керування для реалізації її у ПЛК [7]. Ключові слова – асинхронний двигун, ШІМ, нечітке керування, програмований логічний контролер, ПІД контролер Перелік використаних літературних джерел: 1. 1. А. А. Видмиш, Л. В. Ярошенко. Основи електропривода. Теорія та практика. Частина 1. / Навчальний посібник. – Вінниця: ВНАУ, 2020. – 387 с. 2. B. K. Bose, Power Electronics and Variable Frequency Drives: Technology and Applications: IEEE Press, 1996. 3. F. A. Mohamed and H. Koivo, "Modelling of induction motor using non-linear neural network system identification," in SICE 2004 Annual Conference, vol. 2, 2004, pp. 977- 982. 4. Гостев В.И. Нечеткие регуляторы в системах автоматического управления. К.: „Радіоаматор”, 2008. 972 с. 5. Волков В.Е., Макоєд Н.О. Нечітка логіка та керування складними системами. Зб. тез доп. 75-ої наук. конф. викл. акад., Одеса, 20-24 квіт. 2015 р. Одес. нац. акад. харч. технологій; під заг. ред. Б.В. Єгорова. Одеса, 2015. С. 211- 212 6. Хасіянов Д.Я. Моделювання динамічних систем / Д.Я. Хасіянов, І.І. Харченко, А.В. Шатирко // Основи моделювання динамічних систем. Частина 1 – К., 2004. – 68 с6 7. M. G. Ioannides, "Design and Implementation of PLC-Based Monitoring Control System for Induction Motor," IEEE, vol. 19 no.3, pp. 469 - 476, 2004.