Search

Purpose. The aim of the work is the calculation and design of a robust speed controller of a frequency-controlled induction electric drive with parametric uncertainty and the presence of interferences in the feedback channel. Methodology. The calculation and design of the controller was carried out in four stages. At the first stage, a linearized mathematical model of the control object with parametric uncertainty was constructed and the transfer function of the H∞-suboptimal controller was calculated in the Robust Control Toolbox using the mixed sensitivity method. At the second stage, the stability of the robust system and the accuracy of stabilization of the induction machine speed with random variations of the object's and controller's uncertain parameters within the specified boundaries were explored. At the third stage, the influence of interferences arising in the feedback channel on the speed of the electric motor was explored in the Simulink package. At the final stage, the transfer function of the H∞-suboptimal controller was decomposed into a continued fraction using the Euclidean algorithm. This fraction was used to build the electric scheme of the controller. Results. Computer modelling of the transfer function of H∞-suboptimal controller, the robust stabilization system for the speed of the frequency-controlled electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at specified boundaries, as well as with the presence of varying intensity interferences in the feedback channel, was carried out. The choice of variable parameters was carried out according to the Monte-Carlo method. The curves of transient processes of the induction machine speed with parametric uncertainty and at different ranges of interference are constructed, as well as a Bode diagram for an open system. By the scatter of the obtained curves of the transient processes, the accuracy of speed stabilization of the machine was determined, and according to the Bode diagram, stability reserves in the amplitude and the phase of the robust system were determined. They are within tolerances with comparatively large deviations of the varied parameters and the range of interferences. Based on the investigations, an electrical circuit of the H∞-suboptimal robust controller was developed. Originality. The mathematical model has been developed and the methodology for calculating and designing of H∞-suboptimal robust speed controller of the frequency-controlled system of an induction electric drive with random variations of the uncertain parameters of the object and the controller at determined boundaries and the presence of interferences in the feedback channel, ensuring the stability of the system with allowable reserves of the amplitude and the phase and high accuracy of speed stabilization of the machine within the tolerances of uncertain system parameters and interferences was proposed. Practical value. The obtained structure of the controller from analog elements makes it possible to carry out modernization of the electric drives frequency-controlled systems in operation with minimal financial costs., Цель. Целью работы является расчет и проектирование робастного регулятора скорости частотно-регулируемого асинхронного электропривода с параметрической неопределенностью и наличием помех в канале обратной связи. Методология. Расчет и проектирование регулятора проводился в четыре этапа. На первом этапе строилась линеаризованная математическая модель объекта управления с параметрической неопределенностью и рассчитывалась в пакете Robust Control Toolbox передаточная функция Н∞-субоптимального регулятора по методу смешанной чувствительности. На втором этапе исследовалась устойчивость робастной системы и точность стабилизации скорости асинхронной машины при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах. На третьем этапе изучалось в пакете Simulink влияние помех, возникающих в канале обратной связи, на скорость электродвигателя. На заключительном этапе выполнялось разложение передаточной функции Н∞-субоптимального регулятора в цепную дробь по алгоритму Евклида. Эта дробь использовалась для построения электрической схемы регулятора. Результаты. Проведено компьютерное моделирование передаточной функции Н∞-субоптимального регулятора, системы робастной стабилизации скорости частотно-регулируемого электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах, а также при наличии помех различной интенсивности в канале обратной связи. Выбор варьируемых параметров осуществлялся по методу Монте-Карло. Построены кривые переходных процессов скорости асинхронной машины с параметрической неопределенностью и при размахах помех, а также диаграмма Боде для разомкнутой системы. По разбросу полученных кривых переходных процессов определялась точность стабилизации скорости машины, а по диаграмме Боде – запасы устойчивости по амплитуде и фазе робастной системы. Они находятся в пределах допусков при сравнительно больших отклонениях варьируемых параметров и размахах помех. На базе проведенных исследований разработана электрическая схема Н∞-субоптимального робастного регулятора. Новизна. Разработана математическая модель и предложена методика расчета и проектирования Н∞-субоптимального робастного регулятора скорости системы частотного управления асинхронного электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах и наличии помех в канале обратной связи, обеспечивающая устойчивость системы с допускаемыми запасами по амплитуде и фазе и высокую точность стабилизации скорости машины в пределах допусков неопределенных параметров системы и помех. Практическое значение. Полученная структура регулятора из аналоговых элементов дает возможность проводить модернизацию систем частотного управления электроприводов, находящихся в эксплуатации, с минимальными финансовыми затратами.

Цель. Целью работы является исследование устойчивости и точности робастной системы стабилизации потокосцепления ротора асинхронного электропривода при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и регулятора в заданных границах. Методология. Для проведения исследований применялась математическая модель канала потокосцепления ротора системы векторного управления асинхронного электропривода с параметрической неопределенностью. Рассчитывалась передаточная функция Н∞-субоптимального регулятора по методу смешанной чувствительности. Эта передаточная функция использовалась для построения структурной схемы регулятора в виде соединения пропорциональных и интегрирующих звеньев и нескольких сумматоров. Определялись аналитические зависимости коэффициентов передаточной функции регулятора от параметров звеньев такого соединения. Эти зависимости служили для исследования влияния неопределенных параметров звеньев регулятора и объекта на устойчивость робастной системы и точность стабилизации потокосцепления. Результаты. Проведены исследования устойчивости робастной системы и точности стабилизации потокосцепления в пакете Robust Control Toolbox. Построены кривые переходных процессов потокосцепления и диаграмма Боде для разомкнутой системы при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и звеньев регулятора в заданных границах. Выбор варьируемых параметров осуществлялся по методу Монте-Карло. По разбросу полученных кривых переходных процессов определялась точность стабилизации потокосцепления, а по диаграмме Боде – запасы устойчивости по амплитуде и фазе робастной системы. Установлена высокая точность стабилизации потокосцепления (отклонение менее 1 %) в достаточно широких диапазонах изменения неопределенных параметров объекта и регулятора при сохранении устойчивости системы с допустимыми запасами по амплитуде и фазе. Новизна. Впервые получены аналитические зависимости коэффициентов передаточной функции Н∞-субоптимального регулятора от параметров его структурной схемы, представленной в виде соединения пропорциональных и интегрирующих звеньев. Построена методика расчета устойчивости системы робастного управления потокосцепления и точности его стабилизации при случайных вариациях неопределенных параметров объекта и звеньев регулятора в заданных границах. Практическое значение. Использование предложенной методики позволяет в процессе конструирования регулятора обеспечить выбор его элементов из стандартных рядов., Purpose. The aim is to investigate the stability and the accuracy of a robust system for stabilizing the rotor flux-linkage of an asynchronous electric drive at random variations of the uncertain parameters of the object and the regulator within the specified boundaries. Methodology. To make the research, the mathematical model of the rotor flux-linkage channel of the vector control system of an asynchronous electric drive with parametric uncertainty was applied. The transfer function of the Н∞-suboptimal regulator was calculated using the mixed sensitivity method. This transfer function was used to construct the regulator structural scheme in the form of a connection of proportional and integrating links and several adders. Analytical dependences of the coefficients of the regulator's transfer function on the parameters of links of such a connection are determined. These dependences served to researching the influence of uncertain parameters of the regulator links and the object on the stability of the robust system and the accuracy of flux-linkage stabilization. Results. Investigations of the robust system stability and the accuracy of flux-linkage stabilization in the Robust Control Toolbox are done. The curves of the flux-linkage transient processes and the Bode diagram for the open system at random variations of the indeterminate parameters of the object and the regulator links within the specified boundaries are constructed. A choice of variable parameters was carried out by the Monte Carlo method. By the scatter of the obtained curves of the transient processes, the accuracy of flux-linkage stabilization was determined, and according to the Bode diagram, stability reserves in the amplitude and the phase of the robust system were determined. A high accuracy of flux-linkage stabilization (deviation less than 1 %) in fairly wide ranges of changing the uncertain parameters of the object and the regulator, while maintaining the stability of the system with permissible reserves in amplitude and phase, is established. Originality. For the first time, analytical dependences of the coefficients of the transfer function of the Н∞-suboptimal regulator on the parameters of its structural scheme, which represented in the form of a connection of proportional and integrating links, are obtained. The method for calculating the stability of a robust flux-linkage control system and the accuracy of its stabilization at random variations of the uncertain parameters of the object and the regulator links within the specified boundaries is developed. Practical value. The use of the proposed method allows, during the design of the regulator, to ensure the selection of its elements from standard series.

Purpose. The aim is to structural synthesis of robust stabilizing control of the rotor flux vector control system of induction motor. Methodology. Synthesis controller structure was carried out in two stages. The first stage constructed a mathematical model of the channel of the rotor flux with parametric uncertainty and calculated transfer function of H∞-suboptimal controller by method of the mixed sensitivity. The second stage was carried out the expansion of the transfer function of the continued fraction for the Euclidean algorithm. This fraction was used to construct the controller structural scheme. Results. Computer modeling of the transfer function of H∞-suboptimal controller. Achieved decomposition found the transfer function of the continued fraction. The flow diagram of suboptimal H∞-controller with a proportional and integrating links and a few summers. The curves of transient rotor flux linkage in packages Robust Control Toolbox and Simulink. They coincide in the steady state, but differ among themselves in the transition. Originality. We developed the method of structural synthesis of robust stabilizing controller of the flux linkage rotor, H∞-suboptimal structural scheme of which is presented in the form of simple compounds integrating and proportional elements of the same order as the controller with the strictly correct transfer function, and takes into account the parametric uncertainty of control object. The results of the simulation of transient processes in a variety of packages MATLAB applications confirms the adequacy and small sensitivity of the system to parametric perturbation. Practical value. The resulting structure of the controller makes it possible to carry out the modernization of electric control systems, in use, with minimal financial costs., Цель. Целью работы является структурный синтез стабилизирующего робастного регулятора потокосцепления ротора системы векторного управления асинхронного электропривода. Методология. Синтез структуры регулятора проводился в два этапа. На первом этапе строилась математическая модель канала потокосцепления ротора с параметрической неопределенностью и рассчитывалась передаточная функция H∞-субоптимального регулятора по методу смешанной чувствительности. На втором этапе выполнялось разложение найденной передаточной функции в цепную дробь по алгоритму Евклида. Эта дробь использовалась для построения структурной схемы регулятора. Результаты. Проведено компьютерное моделирование передаточной функции H∞-субоптимального регулятора. Выполнено разложение найденной передаточной функции в цепную дробь. Построена структурная схема H∞-субоптимального регулятора с интегрирующих и пропорциональных звеньев и нескольких сумматоров. Получены кривые переходных процессов потокосцепления ротора в пакетах Robust Control Toolbox и Simulink. Они совпадают на установившемся режиме, а на переходном несколько отличаются между собой. Новизна. Построена математическая модель канала потокосцепления ротора с параметрической неопределенностью. Разработана методика структурного синтеза робастного регулятора системы управления потокосцеплением, которая обеспечивает нахождение оптимальной передаточной функции регулятора с параметрической неопределенностью в виде структуры, содержащей интегрирующие и пропорциональные звенья и сумматоры. Практическое значение. Полученная структура регулятора дает возможность проводить модернизацию систем управления электроприводов, находящихся в эксплуатации, с минимальными финансовыми затратами.