Acționare inteligentă a supapelor. Sisteme inteligente de control pentru acționări electrice: metode matematice și câteva abordări pentru implementarea lor în practică

Caracteristicile Intelligent Drive Electric NA

Unitățile sunt proiectate ținând cont de cele mai recente realizări în ceea ce privește protecția intelectuală a unității și a componentelor sale individuale, precum și diagnosticarea lor la distanță și locală. Până în prezent, ele respectă pe deplin toate cerințele moderne pentru astfel de echipamente din majoritatea sectoarelor economiei naționale.

Partea de putere a acționării electrice este realizată pe baza acționării electrice NA. Funcții inteligente suplimentare sunt formate în blocul inteligent, care este atașat la unitate ca bloc funcțional separat.

Caracteristici ale conducerii inteligente

1. Diagnosticarea corectitudinii secvenței fazelor și eliminarea nepotrivirii acestora;
2. Controlul direcției motorului fără schimbarea cablurilor de instalare;
3. Posibilitate de instalare a modurilor de funcționare de funcționare a motorului - deplasarea prin smucituri și deducere;
4. Setarea directiei de miscare a actionarii in cazul pierderii semnalului de control;
5. Selectarea metodei de oprire a motorului la atingerea pozițiilor finale - la atingerea poziției finale sau la depășirea cuplului;
6. Verificarea timpului de funcționare al variatorului în funcție de resursa „deschis-închis”;
7. Verificarea stării potențiometrului de măsurare;
8. Mod de calibrare automată a cursei de antrenare;
9. Selectarea semnalelor de ieșire din tipurile prezentate sau stabilirea propriilor valori;
10. Instalarea și reglarea „zonelor moarte” ale cursei de lucru a motorului - protecție împotriva „efectului de ciocan”;
11. Setarea și reglarea orei de trecere a „zonei moarte” - amânarea unor semnale pentru acest timp;
12. Emiterea unui semnal despre poziția unității după rezolvarea semnalului „defecțiune”;
13. Setarea și reglarea punctelor de început și de sfârșit ale semnalului analogic;

Opțiuni de unitate inteligente disponibile în meniu (când utilizați PMU)

Proiectarea conexiunilor electrice, izolate într-o unitate separată, cu scheme electrice instalate din fabrică, nu permite pătrunderea umidității atmosferice și a prafului în interiorul unității. Acest lucru crește ciclul de viață al unității și performanța fiecăreia dintre componentele sale pe toată durata de viață a unității.

Schema de cablare a blocului terminal

Diagrame de cablaj

1. NA 301 (Tip pornit-oprit)
2. NA 302 (Tip CPT)
3. NA 303 (tip PCU)

Protocolul Profibus de mare viteză operează prin portul RS485 într-un circuit cu 2 fire. Până la 126 de unități, inclusiv, pot fi conectate în rețea cu un repetor (repetitor) adecvat. În lipsa unui repetor (repetitor), pot fi conectate doar 32 de dispozitive.

Viteza de transfer și lungimea cablului.

GSD-FAIL master: instalare program

Specificația interfeței cardului Profibus DP

Semnale de comandă și feedback:

• semnale de comandă: valoarea poziţiei (00-FF, 256 trepte)
• semnal de feedback: valoarea poziției (00-FF, 256 pași)

Specificații generale Profibus DP:

• protocoale de comunicație: Profibus DP este conform cu IEC 61158 și 617
• mediu de transmisie: pereche răsucită, cablu de cupru ecranat, omologat conform EN50170.

Interfață Profibus DP: EIA-485 (RS485).

Număr dispozitiv: 32 dispozitive fără repetitor, 126 dispozitive cu repetitor. Temperatura de functionare (-10 +70 o C).

Desen. Unitate electronică de control pentru supape de închidere și control ESD-VT G

În prezent, există o nevoie semnificativă de modernizare a acţionărilor electrice (EA) ale supapelor de închidere pentru uz industrial general. În 2007, în aceste scopuri, compania EleSy a lansat o serie de blocuri electronice ESD-VTG (Fig. 1), concepute pentru a controla EA a supapelor de închidere și control de diferite tipuri (supape culisante și cu pană, supape cu bilă, fluture). supape etc.).

Noua unitate de control a fost dezvoltată inițial pentru a moderniza supapele de închidere EA utilizate anterior, care au o resursă mică din partea elementelor mecanismului cu came pentru setarea microîntrerupătoarelor electromecanice de deplasare. Din punct de vedere al funcționării, tehnologia de reglare și reglare a întrerupătoarelor de limită este, de asemenea, extrem de incomodă, necesitând deschiderea capacului comutatorului, precum și setarea manuală a camelor și a săgeții indicator. Precizia de reglare a unor astfel de ED-uri este scăzută, iar integrarea lor într-un sistem modern de control al procesului cu interfețe digitale este problematică. În propulsia electrică modernizată, în locul celei vechi este instalată o nouă unitate de control. în care:

1. devine posibilă integrarea acționării electrice în sistemul de control al procesului prin interfața serială RS-485;
2. atunci când echipați EA cu un senzor electronic de poziție care oferă o precizie ridicată de poziționare, este posibilă reglarea rapidă a pozițiilor finale ale supapei de închidere în diferite moduri, inclusiv fără a porni motorul și a muta supapa de închidere;
3. EA este echipat cu un ambreiaj electronic de limitare a cuplului în două sensuri; acest ambreiaj oferă posibilitatea de a lucra „la oprire” cu un cuplu dat, identificarea cuplului de antrenare în timpul mișcării pe baza valorilor curenților motorului și a tensiunii de rețea, precum și stabilirea unor valori limită diferite ale cuplului în funcție de direcția de mișcare a EA și poziția elementului de blocare;
4. unitatea furnizează în mod independent întregul set necesar de algoritmi pentru protejarea motorului și supapelor, eliminând necesitatea instalării unor sisteme complexe de relee externe.

Trebuie remarcat faptul că senzorul electronic vă permite să controlați poziția conexiunii de ieșire a EA, inclusiv în absența tensiunii de rețea, iar pentru funcționarea sa în acest mod, nu este necesară nicio baterie. Configurarea EA pe supapă se realizează fără a pătrunde în interiorul blocului prin setarea parametrilor în registrele de configurare de la stația de control locală folosind butoanele de control sau un panou de control cu ​​infraroșu.

Un sistem de meniu ierarhic avansat, o descriere verbală intuitivă a parametrilor în limba rusă, afișată pe un afișaj alfanumeric cu două linii, fac setarea la fel de ușoară ca și utilizarea unui telefon mobil. Unitatea electronică monitorizează parametrii de intrare pentru a nu depăși limita maximă și setarea incorectă.

În timpul procesului de reglare, este posibil să setați suplimentar algoritmul de funcționare EA, valorile valorilor limită de cuplu în funcție de poziția supapei de închidere, blocarea algoritmilor protecțiilor selectate, configurarea intrării de la distanță / iesire conform algoritmului specificat de utilizator.Este posibil si setarea unui astfel de mod de setare limitator in care nicio supapa nu trebuie mutata. Este posibil să setați moduri de oprire la atingerea limitei de compactare sau la o anumită poziție finală, precum și modul de cuplu „impact” la începerea deschiderii.

Unitatea are un sistem de înregistrare a evenimentelor care monitorizează și stochează comenzile, accidentele și stările EA (ultimele 300 de evenimente) în memoria nevolatilă cu indicarea timpului apariției. Informațiile înregistrate de acest sistem vă permit să restabiliți cauzele situațiilor problematice.

Unitatea are o interfață RS-485 care funcționează sub protocolul ModBus RTU. Interfața digitală vă permite să trimiteți comenzi „Închidere”, „Deschidere”, „Oprire” prin intermediul semnalelor cu o tensiune de 220 AC sau 24 DC. Timpul semnalului de declanșare este setat în registrele de configurare ale blocului. EA generează semnale discrete despre poziția supapei „Deschis”, „Închis”, etc.

Ca opțiune pentru unitățile de control electronice, consumatorul poate achiziționa o telecomandă cu infraroșu pentru a configura unitatea și a citi datele stocate în ea: jurnalul de evenimente și setările. Utilizarea unei telecomenzi cu schimb bidirecțional vă permite să transferați fișierul de setări pregătit pe un computer personal la ES instalat la unitate, reducând astfel timpul de configurare. După citirea jurnalului de blocare cu ajutorul telecomenzii, acesta poate fi vizualizat pe ecranul computerului pentru a evalua activitățile personalului de întreținere și funcționarea corectă a alimentării cu energie electrică, starea rețelei electrice etc. Fișierul jurnal de evenimente poate fi trimis printr-un computer personal conectat la Internet către departamentul de service EleSy pentru sfaturi privind situațiile problematice.

Ca întrerupător de alimentare în unitate, se utilizează un regulator de tensiune tiristor (TRV), care determină dimensiunile mici, fiabilitatea ridicată și costul scăzut al EP.

Unitatea ca parte a unui tiristor asincron EP îndeplinește următoarele funcții: y protecție împotriva curenților de scurtcircuit; y limitarea curenților motorului la nivelul maxim admisibil; y protectie termica la suprasarcina motorului; y formarea impulsurilor cuplului de pornire necesare pentru a depăși forțele de frecare uscată, blocare etc.; y limitarea momentului de mișcare, ceea ce permite prevenirea defecțiunii elementelor mecanice ale EA; y lucrați pe un accent cu menținerea momentului stabilit.

Îndeplinirea acestor cerințe în sistemul TRN-IM este complicată de natura semicontrolată a funcționării tiristoarelor, distorsiunea nesinusoidală a formei curenților statorului motorului și lipsa metodelor de control al cuplului prin reglarea tiristorului. unghi de deschidere.

În EP pot fi utilizate diferite tipuri de cutii de viteze. Cerințele privind limitele de cuplu ale acționării electrice sunt îndeplinite ținând cont de proprietățile cutiei de viteze și, în primul rând, trebuie luat în considerare coeficientul de transfer pentru moment Km. Studiile au arătat că coeficientul Km în cutii de viteze variază semnificativ în funcție de modul de funcționare. De exemplu, pentru o cutie de viteze cu un raport de transmisie de Kr = 220, utilizată în EP al supapelor cu gură, valorile se modifică după cum urmează: y se lucrează la oprirea la pornire cu aplicarea cuplului de șoc: Km = 0,8 Kr . ; y oprirea lucrului la pornire cu aplicarea lină a cuplului: Km = 0,65 Kr; y lucru în mișcare: Km = 0,9 Kp × f(Mc), unde Mc este momentul de rezistență; y trecerea de la modul de conducere la modul de operare oprire: Km = 0,95Kr.

Astfel, algoritmul de control EA trebuie să țină cont de natura neliniară a elementelor sale (IM, TRN, reductor). Datorită faptului că coeficientul Km pentru diferite cutii de viteze poate prezenta unele diferențe (datorită imperfecțiunii tehnologiilor de fabricație pentru elementele sale), este necesar să se prevadă posibilitatea adaptării corespunzătoare a sistemului de control. Pentru a rezolva această problemă, la crearea unei unități de control electronice, algoritmul prezentat în fig. 3 sub forma unui grafic. Nodurile graficului arată modurile logice de funcționare ale sistemului de control sub forma unor stări fixe, unde există o logică proprie de funcționare, un model de proces și criterii pentru atingerea scopului stabilit al modului. Liniile graficului arată condițiile și direcțiile tranzițiilor atunci când apar evenimente în sistem care determină schimbarea regimului. Desemnări de evenimente pe săgeți:

1. comanda de miscare;
2. prezența unui scurtcircuit de fază;
3. prezența unui scurtcircuit liniar;
4. cronometru de testare scurtă de fază;
5. cronometru liniar de testare a scurtcircuitului;
6. fără cronometru de mișcare;
7. finalizarea procedurii momentului de șoc;
8. numărul de încercări de aplicare a momentului de șoc este zero;
9. depășirea momentului de mișcare;
10. viteza motorului este mai mult de jumătate din nominală;
11. comanda de oprire, ajungand la pozitia tinta;
12. fără cronometru de mișcare.

Îndeplinirea cerințelor de protecție împotriva curenților de scurtcircuit se realizează prin aplicarea impulsurilor de testare preliminare tiristoarelor cu unghiuri mari de deschidere φ (170° pentru determinarea unui scurtcircuit de fază și 120° pentru unul liniar). La sfârșitul testului, se calculează cuplul de oprire setat la pornire; în acest caz, unghiul de deschidere al tiristoarelor este format în conformitate cu limita de cuplu specificată și tensiunea curentă a rețelei. În absența mișcării, controlul este transferat algoritmului „Strike”, care generează un impuls de cuplu datorită unghiului de deschidere zero al tiristoarelor cu controlul numărului de porniri ale acestui algoritm și revenirea ulterioară la unghiul de deschidere anterior al tiristoare. La începutul mișcării, unghiul de deschidere al tiristoarelor tinde spre valoarea minimă (algoritmul „de mișcare”), iar calculul cuplului de sarcină se efectuează ca o funcție tabelară a tensiunii rețelei, curentului motorului și factorului de putere. În acest mod, motorul funcționează pe o secțiune liniară a caracteristicii mecanice și asigură o turație apropiată de cea nominală. Dacă cuplul depășește valoarea setată, controlul este transferat la algoritmul „Upor” cu o modificare treptată a unghiului de deschidere al tiristoarelor, ceea ce duce la o scădere a vitezei, „relaxarea” cutiei de viteze și posibilitatea de control în conformitate cu masa, „formând” momentul de început. Dacă mișcarea EA nu este reluată în timpul specificat, este generată o alarmă despre depășirea cuplului de sarcină și motorul este oprit.

În concluzie, trebuie menționat că pentru un studiu mai detaliat al posibilităților unui astfel de ES, este posibil să se obțină pe site www.elesy.ru simulator software al supapelor de închidere EA cu unitate de control electronică ESDVTG. Acest produs software este cel mai aproximativ model al unui EA real cu o unitate de control ESD-VTG. Există și simulatoare pentru alte unități de control electronice fabricate de EleSy. Acest model este construit pe baza: y software real încărcat în unitatea electronică ESD-VTG; y sisteme de ecuații diferențiale pentru modelarea funcționării unui motor trifazat asincron cu rotor cu colivie; y principii de funcționare a TRN pentru o sarcină trifazată fără ieșire zero; y posibilitatea de a crea un control „virtual” asupra unei interfețe seriale. Cu ajutorul simulatorului propus, utilizatorul are posibilitatea de a simula funcționarea EA a supapelor de închidere (ținând cont de diagrama de sarcină, starea rețelei electrice, conexiunile efectuate la interfața și părțile de putere ale unității). , etc.).

Desen. Unitate electronică de control pentru supape de închidere și control ESD-VT G

În prezent, există o nevoie semnificativă de modernizare a acţionărilor electrice (EA) ale supapelor de închidere pentru uz industrial general. În 2007, în aceste scopuri, compania EleSy a lansat o serie de blocuri electronice ESD-VTG (Fig. 1), concepute pentru a controla EA a supapelor de închidere și control de diferite tipuri (supape culisante și cu pană, supape cu bilă, fluture). supape etc.).

Noua unitate de control a fost dezvoltată inițial pentru a moderniza supapele de închidere EA utilizate anterior, care au o resursă mică din partea elementelor mecanismului cu came pentru setarea microîntrerupătoarelor electromecanice de deplasare. Din punct de vedere al funcționării, tehnologia de reglare și reglare a întrerupătoarelor de limită este, de asemenea, extrem de incomodă, necesitând deschiderea capacului comutatorului, precum și setarea manuală a camelor și a săgeții indicator. Precizia de reglare a unor astfel de ED-uri este scăzută, iar integrarea lor într-un sistem modern de control al procesului cu interfețe digitale este problematică. În propulsia electrică modernizată, în locul celei vechi este instalată o nouă unitate de control. în care:

1. devine posibilă integrarea acționării electrice în sistemul de control al procesului prin interfața serială RS-485;
2. atunci când echipați EA cu un senzor electronic de poziție care oferă o precizie ridicată de poziționare, este posibilă reglarea rapidă a pozițiilor finale ale supapei de închidere în diferite moduri, inclusiv fără a porni motorul și a muta supapa de închidere;
3. EA este echipat cu un ambreiaj electronic de limitare a cuplului în două sensuri; acest ambreiaj oferă posibilitatea de a lucra „la oprire” cu un cuplu dat, identificarea cuplului de antrenare în timpul mișcării pe baza valorilor curenților motorului și a tensiunii de rețea, precum și stabilirea unor valori limită diferite ale cuplului în funcție de direcția de mișcare a EA și poziția elementului de blocare;
4. unitatea furnizează în mod independent întregul set necesar de algoritmi pentru protejarea motorului și supapelor, eliminând necesitatea instalării unor sisteme complexe de relee externe.

Trebuie remarcat faptul că senzorul electronic vă permite să controlați poziția conexiunii de ieșire a EA, inclusiv în absența tensiunii de rețea, iar pentru funcționarea sa în acest mod, nu este necesară nicio baterie. Configurarea EA pe supapă se realizează fără a pătrunde în interiorul blocului prin setarea parametrilor în registrele de configurare de la stația de control locală folosind butoanele de control sau un panou de control cu ​​infraroșu.

Un sistem de meniu ierarhic avansat, o descriere verbală intuitivă a parametrilor în limba rusă, afișată pe un afișaj alfanumeric cu două linii, fac setarea la fel de ușoară ca și utilizarea unui telefon mobil. Unitatea electronică monitorizează parametrii de intrare pentru a nu depăși limita maximă și setarea incorectă.

În timpul procesului de reglare, este posibil să setați suplimentar algoritmul de funcționare EA, valorile valorilor limită de cuplu în funcție de poziția supapei de închidere, blocarea algoritmilor protecțiilor selectate, configurarea intrării de la distanță / iesire conform algoritmului specificat de utilizator.Este posibil si setarea unui astfel de mod de setare limitator in care nicio supapa nu trebuie mutata. Este posibil să setați moduri de oprire la atingerea limitei de compactare sau la o anumită poziție finală, precum și modul de cuplu „impact” la începerea deschiderii.

Unitatea are un sistem de înregistrare a evenimentelor care monitorizează și stochează comenzile, accidentele și stările EA (ultimele 300 de evenimente) în memoria nevolatilă cu indicarea timpului apariției. Informațiile înregistrate de acest sistem vă permit să restabiliți cauzele situațiilor problematice.

Unitatea are o interfață RS-485 care funcționează sub protocolul ModBus RTU. Interfața digitală vă permite să trimiteți comenzi „Închidere”, „Deschidere”, „Oprire” prin intermediul semnalelor cu o tensiune de 220 AC sau 24 DC. Timpul semnalului de declanșare este setat în registrele de configurare ale blocului. EA generează semnale discrete despre poziția supapei „Deschis”, „Închis”, etc.

Ca opțiune pentru unitățile de control electronice, consumatorul poate achiziționa o telecomandă cu infraroșu pentru a configura unitatea și a citi datele stocate în ea: jurnalul de evenimente și setările. Utilizarea unei telecomenzi cu schimb bidirecțional vă permite să transferați fișierul de setări pregătit pe un computer personal la ES instalat la unitate, reducând astfel timpul de configurare. După citirea jurnalului de blocare cu ajutorul telecomenzii, acesta poate fi vizualizat pe ecranul computerului pentru a evalua activitățile personalului de întreținere și funcționarea corectă a alimentării cu energie electrică, starea rețelei electrice etc. Fișierul jurnal de evenimente poate fi trimis printr-un computer personal conectat la Internet către departamentul de service EleSy pentru sfaturi privind situațiile problematice.

Ca întrerupător de alimentare în unitate, se utilizează un regulator de tensiune tiristor (TRV), care determină dimensiunile mici, fiabilitatea ridicată și costul scăzut al EP.

Unitatea ca parte a unui tiristor asincron EP îndeplinește următoarele funcții: y protecție împotriva curenților de scurtcircuit; y limitarea curenților motorului la nivelul maxim admisibil; y protectie termica la suprasarcina motorului; y formarea impulsurilor cuplului de pornire necesare pentru a depăși forțele de frecare uscată, blocare etc.; y limitarea momentului de mișcare, ceea ce permite prevenirea defecțiunii elementelor mecanice ale EA; y lucrați pe un accent cu menținerea momentului stabilit.

Îndeplinirea acestor cerințe în sistemul TRN-IM este complicată de natura semicontrolată a funcționării tiristoarelor, distorsiunea nesinusoidală a formei curenților statorului motorului și lipsa metodelor de control al cuplului prin reglarea tiristorului. unghi de deschidere.

În EP pot fi utilizate diferite tipuri de cutii de viteze. Cerințele privind limitele de cuplu ale acționării electrice sunt îndeplinite ținând cont de proprietățile cutiei de viteze și, în primul rând, trebuie luat în considerare coeficientul de transfer pentru moment Km. Studiile au arătat că coeficientul Km în cutii de viteze variază semnificativ în funcție de modul de funcționare. De exemplu, pentru o cutie de viteze cu un raport de transmisie de Kr = 220, utilizată în EP al supapelor cu gură, valorile se modifică după cum urmează: y se lucrează la oprirea la pornire cu aplicarea cuplului de șoc: Km = 0,8 Kr . ; y oprirea lucrului la pornire cu aplicarea lină a cuplului: Km = 0,65 Kr; y lucru în mișcare: Km = 0,9 Kp × f(Mc), unde Mc este momentul de rezistență; y trecerea de la modul de conducere la modul de operare oprire: Km = 0,95Kr.

Astfel, algoritmul de control EA trebuie să țină cont de natura neliniară a elementelor sale (IM, TRN, reductor). Datorită faptului că coeficientul Km pentru diferite cutii de viteze poate prezenta unele diferențe (datorită imperfecțiunii tehnologiilor de fabricație pentru elementele sale), este necesar să se prevadă posibilitatea adaptării corespunzătoare a sistemului de control. Pentru a rezolva această problemă, la crearea unei unități de control electronice, algoritmul prezentat în fig. 3 sub forma unui grafic. Nodurile graficului arată modurile logice de funcționare ale sistemului de control sub forma unor stări fixe, unde există o logică proprie de funcționare, un model de proces și criterii pentru atingerea scopului stabilit al modului. Liniile graficului arată condițiile și direcțiile tranzițiilor atunci când apar evenimente în sistem care determină schimbarea regimului. Desemnări de evenimente pe săgeți:

1. comanda de miscare;
2. prezența unui scurtcircuit de fază;
3. prezența unui scurtcircuit liniar;
4. cronometru de testare scurtă de fază;
5. cronometru liniar de testare a scurtcircuitului;
6. fără cronometru de mișcare;
7. finalizarea procedurii momentului de șoc;
8. numărul de încercări de aplicare a momentului de șoc este zero;
9. depășirea momentului de mișcare;
10. viteza motorului este mai mult de jumătate din nominală;
11. comanda de oprire, ajungand la pozitia tinta;
12. fără cronometru de mișcare.

Îndeplinirea cerințelor de protecție împotriva curenților de scurtcircuit se realizează prin aplicarea impulsurilor de testare preliminare tiristoarelor cu unghiuri mari de deschidere φ (170° pentru determinarea unui scurtcircuit de fază și 120° pentru unul liniar). La sfârșitul testului, se calculează cuplul de oprire setat la pornire; în acest caz, unghiul de deschidere al tiristoarelor este format în conformitate cu limita de cuplu specificată și tensiunea curentă a rețelei. În absența mișcării, controlul este transferat algoritmului „Strike”, care generează un impuls de cuplu datorită unghiului de deschidere zero al tiristoarelor cu controlul numărului de porniri ale acestui algoritm și revenirea ulterioară la unghiul de deschidere anterior al tiristoare. La începutul mișcării, unghiul de deschidere al tiristoarelor tinde spre valoarea minimă (algoritmul „de mișcare”), iar calculul cuplului de sarcină se efectuează ca o funcție tabelară a tensiunii rețelei, curentului motorului și factorului de putere. În acest mod, motorul funcționează pe o secțiune liniară a caracteristicii mecanice și asigură o turație apropiată de cea nominală. Dacă cuplul depășește valoarea setată, controlul este transferat la algoritmul „Upor” cu o modificare treptată a unghiului de deschidere al tiristoarelor, ceea ce duce la o scădere a vitezei, „relaxarea” cutiei de viteze și posibilitatea de control în conformitate cu masa, „formând” momentul de început. Dacă mișcarea EA nu este reluată în timpul specificat, este generată o alarmă despre depășirea cuplului de sarcină și motorul este oprit.

În concluzie, trebuie menționat că pentru un studiu mai detaliat al posibilităților unui astfel de ES, este posibil să se obțină pe site www.elesy.ru simulator software al supapelor de închidere EA cu unitate de control electronică ESDVTG. Acest produs software este cel mai aproximativ model al unui EA real cu o unitate de control ESD-VTG. Există și simulatoare pentru alte unități de control electronice fabricate de EleSy. Acest model este construit pe baza: y software real încărcat în unitatea electronică ESD-VTG; y sisteme de ecuații diferențiale pentru modelarea funcționării unui motor trifazat asincron cu rotor cu colivie; y principii de funcționare a TRN pentru o sarcină trifazată fără ieșire zero; y posibilitatea de a crea un control „virtual” asupra unei interfețe seriale. Cu ajutorul simulatorului propus, utilizatorul are posibilitatea de a simula funcționarea EA a supapelor de închidere (ținând cont de diagrama de sarcină, starea rețelei electrice, conexiunile efectuate la interfața și părțile de putere ale unității). , etc.).

Condiții preliminare de bază pentru dezvoltarea unităților electrice digitale inteligente

Apariția în 1971 a primului microprocesor ar trebui considerată un început al dezvoltării accelerate a sistemelor digitale, care formează baza sistemelor de control inteligente pentru acționările electrice. De atunci, această industrie a cunoscut o dezvoltare rapidă, ceea ce se observă în prezent.
Datorită progreselor tehnologiei microprocesoarelor și electronicii de putere, sistemele cu microprocesoare încorporate, tranzistoarele IGBT, sistemele de microcontrolere de înaltă performanță pentru controlul digital direct al echipamentelor și modulele inteligente de putere IPM și-au găsit aplicații practice în ultimii ani, capabile să controleze în timp real procesele dinamice ale acţionărilor electrice.

Microcontrolerele moderne includ funcții de control digital direct care sunt integrate direct în microcontrolere și se disting printr-o arhitectură dezvoltată și un sistem de comandă care permit rezolvarea celor mai tipice probleme de control al sistemelor dinamice la nivel de cod rapid. Printre noile abordări utilizate în sistemele de control digital ale acționărilor electrice moderne se numără:
— trecerea de la contoare convenționale la seturi de contoare/temporizatoare universale cu canale de comparare/captură încorporate și mai departe la procesoare de evenimente multicanal;
- disponibilitatea canalelor de ieșire de mare viteză la frecvențe de până la 20-50 kHz;
— prelucrarea în timp de precizie a secvențelor de impulsuri multicanal de intrare pentru interfața cu o clasă largă de senzori de feedback (puls, inductivi, pe elemente Hall etc.);
- prezența unei funcții de intrare de mare viteză la frecvențe de până la 100 kHz și mai sus;
- crearea de dispozitive periferice specializate precum „decodoare în quadratură” pentru procesarea semnalelor de la cei mai uzuali senzori de feedback (în special, senzori optici de poziţie);
- prezența funcțiilor de control direct al tastelor de pornire și de identificare a poziției/vitezei;
— crearea de generatoare PWM multicanal unificate cu capabilități încorporate pentru controlul digital direct al cheilor invertorului, redresoarelor active și convertoarelor DC-DC în modurile de modulație PWM frontale, centrate și vectoriale;
- integrarea unui procesor de evenimente și a unui generator PWM multicanal într-un dispozitiv universal - un manager de evenimente;
– crearea de microcontrolere cu manageri de evenimente duali pentru controlul digital direct al convertizoarelor în funcție de sistem: „Redresor activ-Invertor-Motor” și „Convertor DC-DC – Invertor-Motor”, precum și pentru controlul acționărilor cu două motoare ;
- o creștere semnificativă a vitezei convertoarelor analog-digitale (timp de conversie până la 100 ns pe canal), sincronizarea automată a proceselor de pornire ADC cu funcționarea altor dispozitive periferice, în special, generatoare PWM;
canalizarea automată a proceselor de conversie în ADC pe mai multe canale (până la 16)
— suport pentru controlul curentului continuu și funcțiile de control direct al cuplului.
Caracteristicile enumerate ale controlului digital al acționărilor electrice, împreună cu dezvoltarea accelerată a tehnologiei microprocesoarelor, creează un climat favorabil pentru dezvoltarea și implementarea tehnologiilor inovatoare și utilizarea metodelor matematice moderne pentru sinteza sistemelor de control al acționărilor electrice.

Câteva metode și abordări matematice utilizate în sistemele de control inteligente pentru acționările electrice

Una dintre sarcinile urgente ale sintezei unui motor electric modern este construirea unor sisteme de control optime. La formularea problemei de sinteză a controlului optim, pe lângă ecuațiile obiectului de control, se alege un criteriu de optimitate, care trebuie realizat într-un timp finit, cu condiția să fie îndeplinite restricțiile specificate asupra controlului, vectorului de fază și condițiilor la limită. .
O anumită funcție obiectivă (de exemplu, atingerea performanțelor maxime, a consumului minim de energie etc.) acționează ca un criteriu de optimitate.
Sunt cunoscute diferite abordări pentru rezolvarea acestei probleme. Printre cele mai comune sunt așa-numitele metode gradient, în care funcția obiectiv este reprezentată ca funcțională a mai multor variabile de stare ale unui sistem dinamic - F(x1,x2, ... xn).
Conform algoritmului metodei gradientului, pentru a determina direcția de mișcare spre optim, este necesar să se găsească derivatele parțiale: δF/δx1; δF/δx2;… δF/δxn, care determină vectorul gradient și fac un pas spre scăderea acestuia. La fiecare pas de optimizare se repetă procedura de calcul a gradientului. Ca urmare, la punctul final, valoarea funcționalului F(x1,x2, … xn) atinge un extrem, iar valoarea gradientului atinge valoarea zero.
La implementarea metodelor de gradient în practică, apar multe întrebări legate de fundamentarea tipului calității funcționale, de lungimea pasului la fiecare iterație, precum și de probabilitatea ca traiectoria mișcării să cadă la un punct minim local și de rezolvarea problemei găsirii. un extremum global.
Trecerea la sistemele de control al sistemelor digitale, construite folosind o bază de elemente moderne și tehnologia microprocesorului, a făcut posibilă trecerea la noi tehnologii pentru controlul acționărilor electrice, care anterior nu erau atinse din cauza limitărilor tehnice. Astfel de tehnologii includ sinteza sistemelor de acționare electrică cu elemente de inteligență artificială, care folosesc pe scară largă realizările faunei sălbatice în probleme de adaptare a organismelor la un mediu în schimbare.
Recent, au fost propuși mulți algoritmi pentru optimizarea controlului sistemelor dinamice bazate pe simularea comportamentului organismelor vii. Sunt folosiți pe scară largă diverși algoritmi stochastici de căutare, care sunt cunoscuți în literatura de specialitate ca algoritmi de populație (algoritmi de populație). Ei aparțin clasei de algoritmi euristici, a căror convergență la soluția globală nu a fost dovedită teoretic, totuși, pe baza experimentelor numerice, s-a demonstrat că în majoritatea cazurilor dau rezultate destul de bune.
Următoarele clasificări ale algoritmilor populației sunt prezentate în:
— algoritmi evolutivi, inclusiv algoritmi genetici;
— algoritmi de populație inspirați din fauna sălbatică;
— algoritmi inspirați din natura neînsuflețită;
— algoritmi inspirați de societatea umană;
- alti algoritmi.
La rândul lor, algoritmii evolutivi includ:
-algoritmi genetici (algoritm genetic),
-strategia evolutiei,
-programare evolutivă,
-algoritmi de evolutie diferentiala (diferentialevolution),
- programare genetică (programare genetică).
Algoritmii evolutivi se bazează pe principiile generale ale evoluției biologice (selectarea, mutația și reproducerea indivizilor) și fac parte dintr-o tehnologie mai largă a așa-numitei soft computing, care include logica fuzzy, rețelele neuronale și raționamentul probabilistic și rețelele de încredere. , care singure sau în diverse combinații sunt folosite în sinteza sistemelor cu inteligență artificială.
Printre algoritmii de optimizare care au fost utilizați pe scară largă pentru sinteza sistemelor de acționare electrică, ar trebui să includem algoritmi de populație inspirați de fauna sălbatică, care nu necesită calcul de gradient pentru a găsi extremul funcției obiectiv (roi de particule, colonie de furnici și roi de albine). algoritmi).
La baza lor, astfel de algoritmi imită comportamentul colectiv al stolurilor de păsări și al bancilor de pești sau comportamentul unei colonii de furnici, un roi de albine. Algoritmul de comportament al fiecărui individ dintr-o turmă poate fi implementat pe următoarele principii:
1) dorinta de a evita ciocnirile cu cei mai apropiati indivizi ai stolului la deplasare;
2) alegerea vitezei, luând în considerare vitezele indivizilor care se deplasează unul lângă altul într-un stol;
3) minimizarea distanței până la cei mai apropiați vecini.
Aceste principii sunt folosite într-una dintre cele mai populare metode matematice - așa-numita metodă roiului de particule, care a fost dezvoltată inițial pentru a modela coregrafia unui stol de păsări, iar mai târziu a fost dezvoltată pentru a rezolva problemele de optimizare a sistemelor dinamice. Algoritmul de optimizare bazat pe metoda roiului de particule poate fi prezentat în Fig.1.

Fig.1. Algoritmul de optimizare a roiului de particule
În fiecare moment de timp, particulele au o anumită poziție în spațiul stărilor și un vector viteză care se modifică la fiecare iterație conform următoarei formule:
vi= ω∙ vi+a1∙ rnd()∙(pbesti - xi) + a2∙rnd(). (gbesti - xi),
Unde:
a1, a2 sunt accelerații constante (rata de convergență a algoritmului depinde de alegerea acestor parametri);
pbesti t este cel mai bun punct găsit de particulă;
gbesti - cel mai bun punct trecut de toate particulele sistemului;
xi este poziția curentă a particulei;
rnd() este o funcție care returnează un număr aleator de la 0 la 1 inclusiv.

Coeficientul ω, numit coeficient de inerție de către Yuhui Shi și Russell Eberhart, atinge un echilibru între amploarea cercetărilor și atenția acordată soluțiilor suboptime găsite.
În cazul lui ω > 1, vitezele particulelor cresc, se împrăștie în lateral și explorează spațiul cu mai multă atenție. În caz contrar, viteza particulelor scade cu timpul.
După calcularea direcției vectorului v, particula se deplasează în punctul x= x + v,
bazat pe cel mai bun extremum atins de o anumită particulă și informații despre cele mai optime particule din roi.
Dacă este necesar, valorile celor mai bune puncte pentru fiecare particulă sunt actualizate pentru toate particulele în general, după care ciclul se repetă.
Următoarele pot fi alese ca condiție de terminare a algoritmului de optimizare folosind metoda roiului de particule: căutarea unui extremum se termină după atingerea unui anumit număr de iterații, timp în care soluția nu a fost îmbunătățită.
În prezent, metodele inteligente de control bazate pe metoda roiului de particule reprezintă o alternativă serioasă la metodele tradiționale de optimizare.
Deci, de exemplu, în ceea ce privește sistemele de control pentru o acţionare electrică a supapei, este prezentat un algoritm simplificat bazat pe metoda roiului de particule, care face posibilă optimizarea parametrilor filtrelor pasive pentru a suprima armonicile curente și a crește eficiența acționarea electrică. Acest algoritm este potrivit pentru proiectarea filtrelor pasive în sisteme de antrenare sincrone cu trei tipuri de sarcină: cu cuplu constant; cu viteză constantă și cuplu variabil; cu viteză variabilă și cuplu variabil. Ca urmare a aplicării metodei, s-a realizat o reducere a efectului compoziției armonice a curenților și tensiunilor pe rețeaua de curent alternativ, precum și o creștere a eficienței acționării electrice.
În rezolvarea problemei de optimizare a controlului rulmenților magnetici activi (AMP), au fost comparate două modificări ale algoritmului clasic de optimizare a roiului de particule (PSO): algoritm cu greutate de inerție descrescătoare liniară (LDW-PSO)); Algoritm cu abordare factor de constricție (CFA-PSO) Pe baza rezultatelor simulării pe calculator a ambelor variante ale algoritmului, se face o evaluare a convergenței procedurilor de minimizare a funcției obiectiv definită ca o integrală a valorii absolute a erorii. Se arată că acești algoritmi PSO asigură convergența necesară și eficiența de calcul ridicată la optimizarea diferitelor structuri de controlere PID utilizate în sistemele de stabilizare a rotorului pe direcțiile radiale și axiale.
În prezent, metoda roiului de particule este utilizată și în problemele de optimizare a parametrilor de proiectare a mașinilor electrice.
Deci, pentru a îmbunătăți acuratețea calculului legăturii fluxului, precum și pentru a optimiza principalii parametri de proiectare și funcționare ai unui motor sincron cu magneți permanenți și o suspensie magnetică a rotorului, a fost dezvoltată o nouă metodă de modelare a acestuia, bazată pe privind metodele de optimizare a roiului de particule și cele mai mici pătrate ale vectorilor suport. La modelare, se stabilesc unghiul rotorului, curentul înfășurării de lucru și forța suspensiei și se determină legătura fluxului. Relațiile dintre parametrii inițiali și determinați sunt derivate. Se confirmă avantajele noii tehnici în ceea ce privește acuratețea și viteza de calcul față de abordarea tradițională utilizată anterior.
Printre una dintre domeniile în care metoda roiului de particule a primit o aplicație destul de largă se numără optimizarea modelelor de motoare electrice fără perii utilizate în sistemele moderne de acționare electrică. De exemplu, se știe că segmentarea polilor magnetici este o modalitate eficientă și simplă de a reduce momentul de la interferența câmpului armonic care apare în mașinile sincrone cu magnet permanenți de mare putere. Pentru a rezolva această problemă, este necesar să se aplice metode de optimizare multicriterială. Una dintre abordările posibile și consumatoare de timp este alegerea lățimii optime și a decalajului segmentelor magnetice folosind metoda elementelor finite. Lucrarea propune o nouă strategie mai economică bazată pe utilizarea unui model semianalitic al cuplului electromagnetic rezultat din acțiunea zgomotului câmpului armonic, împreună cu optimizarea multicriterială a proiectării mașinii folosind metoda roiului de particule. Eficacitatea metodei propuse este demonstrată prin compararea caracteristicilor tehnice a două prototipuri de mașini sincrone cu poli segmentați cu doi și trei blocuri de magneți permanenți pe pol, optimizate prin metoda roiului de particule, cu caracteristicile motoarelor cu magnet permanenți cu poli uniformi, optimizat folosind metoda elementelor finite.
Când caută noi abordări pentru optimizarea controlului acționărilor electrice, acestea nu se limitează la imitarea stolurilor de păsări și roiuri de insecte. Algoritmii care imită comportamentul unor bacterii se numără, de asemenea, printre algoritmii eficienți de optimizare a populației. Deci, o tehnologie inovatoare pentru controlul inteligent al unui motor cu reluctanță de supapă folosind așa-numitul. algoritm Smart Bacterial Foraging Algorithm (SBFA), care simulează comportamentul chemotactic al bacteriilor - mișcarea acestora de-a lungul gradientului de concentrație a nutrienților. Sunt discutate posibilitățile de utilizare a algoritmului SBFA pentru optimizarea sistemelor de control adaptiv. Eficacitatea metodologiei propuse este ilustrată de exemplul de optimizare a unui regulator de viteză proporțional-integral al unui antrenament electric cu reluctanță comutată cu un motor de 4 kW și o configurație 8/6. Ca funcție de optimizare multifuncțională, se utilizează un minim de erori de viteză și ondulații de cuplu, iar un procesor de semnal digital TMS320F2812 este utilizat ca platformă pentru implementarea algoritmului de control.
În general, bibliografia articolelor științifice dedicate optimizării sistemelor de comandă a acționărilor electrice folosind algoritmi de populație care imită comportamentul ființelor vii, doar în ultimii ani, se ridică la sute de publicații. S-au obținut rezultate inspiratoare, care dau motive de speranță că în viitorul apropiat prevederile teoretice avute în vedere vor deveni practică de zi cu zi și vor permite atingerea unei noi etape, până atunci de neatins, în dezvoltarea industriei și a automatizării transporturilor.

LITERATURĂ
1. N.N. Șchelkunov, A.P. Dianov „Facilități și sisteme de microprocesoare”, Moscova, Radio și comunicații, 1989, 288s.
2. Kozachenko V.F. Sisteme de control cu ​​microcontroler pentru acționări electrice:
starea actuală și perspectivele de dezvoltare, http://www.motorcontrol.ru/publications/controllers.pdf
Departamentul de acționare electrică automată MPEI, Moscova, 2014
3. Voronov A.A. Teoria controlului automat. În 2 ore.Partea a II-a Teoria sistemelor de control automate neliniare și speciale. –M.: Liceu, 1986. 504 p.
4. Algoritmi inspirați din natură: manual / A. P. Karpenko. - Moscova: Editura MSTU im. N. E. Bauman, 2014.
6. Singh S., Singh B.. Design optimizat al filtrului pasiv folosind algoritmul de optimizare a roiului de particule modificat pentru un motor sincron LCI alimentat cu un convertor cu 12 impulsuri. IEEE Trans. Ind. Ap.. 2014. 50, N 4, str. 2681-2689. Engleză
7. Stimac Goranka, Braut Sanjin, Zigulic Roberto. Analiza comparativă a algoritmilor PSO pentru reglarea controlerului PID. Bărbie. J. Mech. ing.. 2014. 27, N 5, str. 928-936. Biblie 21. engleză.
Sun Xiaodong, Zhu Huangqiu, Yang Zebin. Modelarea neliniară a legăturii de flux pentru un motor sincron fără rulmenți cu magnet permanenți cu optimizare modificată a roiului de particule și mașini vectoriale de suport pentru cele mai mici pătrate. J Comput. și Theor. Nanosci.. 2013. 10, N 2, p. 412-418, 3 ill.. Bibl. 29. engleză.
Optimizarea formei multiobiective a mașinilor sincrone cu magnet permanent cu poli segmentat, cu caracteristici îmbunătățite ale cuplului. Ashabani Mahdi, Mohamed Yasser Abdel-Rady I. IEEE Trans. Magn. 2011. 47, nr.4, p. 795-804, 11 ill. BIBL. 47. engleză.
Daryabeigi Ehsan, Dehkordi Behzad Mirzaeian
Controler inteligent bazat pe algoritmi de hrănire bacteriană pentru controlul vitezei acționărilor cu motor cu reluctanță comutată. - S. 364 - 373. - engleză. // International Journal of Electrical Power and Energy Systems, 2014, Volumul 62.