Сборник научных трудов 5-й международной научно-технической конференции аспирантов и студентов "Автоматизация технологических объектов и процессов. Поиск молодых", Донецк, 2005 г.

Применение фаззи регулятора в управлении электромеханическими системами с переменным моментом инерции

Пивоваров А. А., студент; Коротков А.В., ассистент (ДонНТУ, г.Донецк, Украина)

Объектом исследования в данной работе является электромеханическая система с переменным моментом инерции. Предмет исследования – система управления электромеханическим объектом с применением нечеткой (фаззи) логики. Цель исследования – анализ возможности ликвидации негативных явлений при управлении электромеханическими объектами методами фаззи логики.

Существует ряд механизмов, а именно: роботы, многозвенные манипуляторы, движущие органы подводных аппаратов – в которых, момент инерции (и, следовательно, электромеханическая постоянная T_M) на валу электродвигателя непрограммируемо изменяется при работе по заданному технологическому процессу. Использование классических систем управления в таком случае может привести к потере устойчивости системы и как следствие этого – к выходу из строя уникального оборудования. Вернуть систему в устойчивое состояние при изменении T_M в объекте регулирования, можно при помощи адаптивной системы управления или системы с параллельной фаззи коррекцией.

Часто при проектировании систем управления динамическими объектами оказывается целесообразным объединить достоинства традиционных регуляторов и регуляторов на основе фаззи логики. В этом случае применяется так называемая параллельная фаззи коррекция, когда одновременно работают классический и фаззи регуляторы. При этом фаззи регулятор корректирует сигнал управления, который стремится вывести объект управления в нормальный режим работы.

Рассмотрим систему подчиненного регулирования скорости (СПРС) электропривода постоянного тока (рис. 1), где пунктиром показана параллельная фаззи коррекция. На рисунке 1 приняты следующие обозначения: ДПТ – двигатель постоянного тока, ТП – тиристорный преобразователь, ПИ-РТ – пропорционально-интегральный регулятор тока, П-РС – пропорциональный регулятор скорости, U_ЗС - - сигнал задания скорости, U_ЗТ - сигнал задания тока якоря, - угловая скорость вала двигателя, I_Я - ток якоря двигателя.

На рис. 2а изображены переходные процессы тока якорной цепи и скорости в данной СПРС в случае уменьшения T_M в 5 раз в момент времени t=1c . Из переходных процессов видно, что после уменьшения T_M система теряет устойчивость.

Рисунок 1 – СПРС с параллельной фаззи коррекцией

Рисунок 2 – Переходные процессы в СПРС, а) при T_M=T_MН/5, б) c параллельной фаззи коррекцией, при T_M=T_MН/5

Однако знакопеременные колебания в токе якоря с амплитудой 1.6I_НОМ возникают не сразу после уменьшения T_M, поскольку замкнутая СПРС стремится поддерживать регулируемую координату на заданном уровне, но ей это не удается.

Для анализа устойчивости системы построим логарифмические амплитудно-частотную (ЛАЧХ) и фазово-частотную (ЛФЧХ) характеристики рассматриваемой системы для двух случаев T_M=T_MН и T_M=T_MН/5 (рис. 3). Из этих характеристик видно, что для случая T_M=T_MН/5 происходит увеличение коэффициента усиления контура скорости, так как ЛАЧХ при T_M=T_MН/5 проходит выше чем ЛАЧХ при T_M=T_MН , имеет большую частоту среза . Если опустить перпендикуляр из точки на ЛФЧХ, то видно что ЛФЧХ находится ниже граничной линии , что свидетельствует о неустойчивости СПРС при уменьшенном значении T_M. При T_M=T_MН ЛФЧХ системы при частоте среза не пересекает линию (), и имеет запас устойчивости по фазе около .

Рисунок 3 – ЛАЧХ и ЛФЧХ СПРС при различных значениях T_M

Параллельная фаззи коррекция в рассматриваемой нами системе осуществляется с помощью фаззи-регулятора, имеющего один вход (напряжение пропорциональное ошибке по скорости) и выход (сигнал коррекции задания на ток якоря). Связь выхода с входом фаззи-регулятора осуществляется с помощью логических правил.

Переходные процессы в СПРС с параллельной фаззи-коррекцией (рис. 2 б) показывают, что фаззи-регулятор не вносит искажений в работу системы при настроечных (оптимальных) параметрах и возвращает систему в устойчивое состояние при уменьшении момента инерции, то есть делает систему нечувствительной к непрограммируемому изменению момента инерции.

Однако при этом были выявлены следующие недостатки:

1. Фаззи регулятор не способен долго удерживать систему в устойчивом состоянии при изменении момента инерции большем, чем заложено при первоначальной настройке;
   

2. Фаззи регулятор не вносит положительного влияния в работу системы при одновременном изменении момента инерции и приложении нагрузки.
   

Перечень ссылок

1. Коцегуб П. Х., Толочко О. И., Шалагинов М. В. Система автоматического управления скоростью с параллельной fuzzy-коррекцией / Материалы международной студенческой научно-технической конференции, 15-18 мая 2001 г., с. 38 - 40