Порівняльний аналіз цифрових регуляторів положення в асинхронному електроприводі
Автор: Ліщук Андрій Сергійович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2023-2024 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Сьогодні електропривід виступає як інструмент автоматизації технологічних процесів. Його функція полягає не тільки в приведенні механізмів у рух, але й в автоматизації виконання певних технологічних операцій. Основу будь-якої автоматизованої системи керування електроприводом складають регулятори та відповідні чутливі сенсори, які забезпечують зворотний зв’язок для точного виконання заданих переміщень у позиційних системах або для стабілізації швидкості[1,2]. Основу автоматичної системи регулювання положення становлять зворотні зв’язки за швидкістю, струмом і положенням. Важливу роль відіграє регулятор положення (РП), який забезпечує точне переміщення робочого органу. Головним завданням цієї системи є досягнення необхідної точності в переміщенні робочого органу[2-4]. Виділяють три основних режими позиційної системи це малі, середні та великі переміщення. У випадку малих та середні переміщень регулятор положення не встигає потрапити у зону насичення, а при великих навпаки може тривалий час працювати в зоні обмеження[1,2]. Вибір типу регулятора положення безпосередньо впливає на точність та час відпрацювання переміщення. Існує декілька типів регуляторів таких як: класичний параболічний регулятор, лінійно-параболічний регулятор, найпростіший P-регулятор, PI- та PID-регулятори[4-7]. Класичний параболічний регулятор формує вихідний сигнал за параболічним законом, тому у зоні малих значень розузгодження спостерігається нестабільність системи і можуть виникати коливання при великих значеннях коефіцієнта підсилення регулятора[2-4]. Для вирішення цієї проблеми початковий діапазон статичної характеристики параболічного регулятора роблять лінійною. Такий регулятор називають лінійно-параболічний. Для великих та середніх переміщень характеристика стає лінійно-параболічною, в той час як у початковому діапазоні (при малих значеннях розузгодження) застосовується пропорційний алгоритм управління[3,4]. Найпростіший P-регулятор підсилює вихідний сигнал пропорційно вхідному сигналу. На виході такого регулятора отримуємо сигнал, який компенсує будь-яке відхилення регульованої величини в даний момент часу від бажаного значення. Додавання інтегральної складової в структуру регулятора дає можливість усунути статичну похибку шляхом накопичення інтегральної похибки з часом, звідси ідея використати PI-регулятора. Додавання диференційної складової до PI-регулятора дозволяє керувати системою враховуючи її динаміку, оскільки диференційна складова враховує швидкість зміни величини відхилення., що допомагає підтримувати стійкість системи в часі та уникати перерегулювань [3-7]. В магістерській роботі було розроблено модель позиційного частотно-регульованого асинхронного електроприводу в середовищі MATLAB/Simulink. Створено моделі кожного з вище згаданих типів регуляторів та методом симуляції знято усі необхідні параметри, такі як час та точність відпрацювання переміщення для випадку малих та середніх переміщень. Також проведено експериментальні дослідження на реальній системі регулювання положення на основі частоно-регульованого електроприводу[8,9]. Замкнену систему регулювання положення реалізовано за допомогою програмованого логічного контролера Modicon M238, на якому реалізовано контур регулювання положення, давача положення (енкодера) MOK2500, який надсилає інформаційні імпульси на основі яких визначається напрям руху та кількість обертів вала двигуна, та перетворювача частоти Altivar Easy 310. Передача інформаційних сигналів між ПЛК та ПЧ здійснюється по інформаційній мережі Modbus[8,10]. Усі регулятори положення реалізовано на ПЛК за допомогою різних арифметичних функцій наявних в програмному забезпеченні SoMachine мовою CFC (Continuous Flow Chart), яка є мовою функціональних блоків[10]. Вихідний сигнал регулятора надходить на блок керування частотним перетворювачем та відпрацьовується електроприводом. Результати моделювання та експериментальних досліджень показали, що найоптимальнішим регулятором є саме лінійно-параболічний регулятор. У P-регулятора спостерігалося тривале потягування. PI- та PID- регулятори продемонстрували хороші показники точності відпрацювання переміщення, але в зоні малих значень розузгодження присутні незначні коливання. Класичний параболічний регулятор показав найбільший час відпрацювання переміщення. Додавання інтегральної складової до такого регулятора дозволила зменшити час відпрацювання переміщення, а також зменшити похибку. Об’єкт дослідження – регулятори положення в асинхронному частотно-регульованому електроприводі. Предмет дослідження –.порівняльний аналіз регуляторів положення в асинхронному частотно-регульованому електроприводі. Мета дослідження: аналіз різних типів регуляторів положення в асинхронному частотно-регульованому електроприводі та їх експериментальні дослідження на основі моделі та лабораторного стенду. В результаті виконання магістерської роботи в середовищі MATLAB/Simulink було реалізовано систему позиціювання на основі частотно-регульованого електроприводу з різними типами регуляторів, а також проведено дослідження кожного з них у випадку малих та великих переміщень. Для дослідження роботи регуляторів на практиці та подальшого їх порівняння з результатами отриманим під час моделювання на програмованому логічному контролері Modicon M238 було реалізовано замкнену позиційну систему регулювання положення на основі асинхронного частотно-керованого електроприводу з різними типами регуляторів. Ключові слова: регулятор положення; система позиціонування, аналіз регуляторів положення, параболічний регулятор положення, P-регулятор положення, PІ-регулятор положення, PІD-регулятор положення, лінійно- параболічний регулятор положення, параболічно-інтегральний регулятор положення. Перелік використаних літературних джерел 1. Куцик А. Автоматизовані системи керування на програмованих логічних контролерах: навч. посібник / А. Куцик, В. Місюренко. – Львів: Видавництво Львівської політехніки,2011. – 200 с. 2. Ключев В. И. Теория електропривода: Учебник для вузов. – М. : Энергоатомиздат. 1985. – 560 с., ил. 3. Садовой А.В., Сухинин Б.В., Сохина Ю.В. Системи оптимального управління прецизійними електроприводами. -Київ; ІСИМО, 1996. 4. Методи сучасної теорії управління: підручник /А.П. Ладанюк, Н.М. Луцька, В. Д. Кишенько, Л.О. Власенко, В.В. Іващук – Київ : Видавництво Ліра-К, 2019. – 368 с. 5. Кузнецов, О. "Моделювання і аналіз систем автоматичного керування." Київ: Видавництво НТУУ "КПІ", 2012 6. Теорія автоматичного управління: Навчальний посібник [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології»; уклад.: О. Й. Штіфзон, П. В. Новіков, В.П. Бунь. – Електронні текстові дані (1 файл: 2,2 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – 144 с. 7. Astrom K.J., H?gglund T. Advanced PID control. – ISA (The Instrumentation,System, and Automation Society) , 2006. — 460 p. 8. Реалізація системи регулювання положення на базі промислового частотно-керованого асинхронного електроприводу [Електронний ресурс]: стаття /Місюренко В. О., Куцик А. С., Семенюк М. Б// - 2020. – 34с. Режим доступу до статті: https://science.lpnu.ua 9. Building Your Own Drive [Електронний ресурс]: Режим доступу до статті: https://www.mathworks.com/help/sps/powersys/ug/building-your-own-drive.html 10. Logic controller Modicon M238: programming manual, 2011. – 230 p.