Preview

Мехатроника, автоматизация, управление

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Робастное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами: синергетический подход

https://doi.org/10.17587/mau.21.480-488

Полный текст:

Аннотация

Благодаря своим высоким энергетическим показателям, компактности, надежности и высокому качеству регулирования синхронные двигатели с постоянными магнитами (СДПМ) находят широкое практическое применение. При управлении частотой вращения СДПМ основным принципом управления является принцип каскадного регулирования с ПИ законами управления, включающий внешний контур регулирования по частоте вращения и два внутренних контура по токам статора по осям (d, q). Недостатки данного принципа пытаются устранить, применяя для синтеза законов управления современные методы нелинейного управления — линеаризацию обратной связью, бэкстеппинг, методы предиктивного управления, методы скользящего управления, методы робастного и адаптивного управления, нечеткого и нейросетевого управления, комбинации этих методов и др. Однако в большинстве случаев использование этих методов направлено на то, чтобы посредством процедуры соответствующего метода синтезировать статические или динамические уставки для стандартных ПИ регуляторов частоты и токов.

В данной работе предлагается рассмотреть два подхода синергетической теории управления (СТУ) к построению робастных законов управления СДПМ: метод синтеза законов скользящего управления на основе последовательной совокупности инвариантных многообразий СТУ и принцип интегральной адаптации (ПИА). Эти подходы реализуют векторное управление и не ориентируются на стандартную структуру принципа каскадного регулирования СДПМ. Предложенные подходы упрощают анализ устойчивости замкнутой системы: условия устойчивости складываются из условий устойчивости функциональных уравнений СТУ и условий устойчивости финишной декомпозированной системы, размерность которой существенно меньше размерности исходной системы. На основе результатов синтезированных в работе законов робастного управления СДПМ можно заключить, что более предпочтительны законы, синтезированные в соответствии с ПИА.

Теоретические выкладки данной работы проиллюстрированы результатами моделирования, которые показывают выполнение поставленных задач управления: достижение целевых инвариантов, робастность к изменению момента нагрузки.

Об авторе

А. А. Кузьменко
Южный федеральный университет
Россия

канд. техн. наук, Институт компьютерных технологий и информационной безопасности

г. Таганрог



Список литературы

1. Krishnan R. Electric Motor Drives: Modeling, Analysis and Control. New Jersey: Prentice-Hall, 2001. 626 p.

2. Ковшаров А. Н. Выбор системы управления для высокоскоростного синхронного двигателя с постоянными магнитами // Вопросы электромеханики. Труды ВНИИЭМ. 2013. Т. 137. С. 3—6.

3. Гуляев И. В., Волков А. В., Попов А. А., Бобров М. А. Векторное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами // Научно-технический вестник Поволжья. 2015. № 5. С. 187—190.

4. Мичурин Р. А. Моделирование работы синхронного двигателя с постоянными магнитами в среде Simulink // Электронные информационные системы. 2017. № 3 (14). С. 23—32.

5. Kim K.-H., Jeung Y.-C., Lee D.-C. et al. LVRT scheme of PMSG wind power systems based on feedback linearization // IEEE Transactions on Power Electronics. 2012. Vol. 27, iss. 5. P. 2376—2384.

6. Zhou J., Wang Y. Adaptive backstepping speed controller design for a permanent magnet synchronous motor // IEEE Proceedings: Electric Power Applications. 2002. Vol. 149, iss. 2. P. 165—172.

7. Rodriguez J., Cortes P. Predictive Control of Power Converters and Electrical Drives. Wiley Online Library, 2012. 230 p. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1002/9781119941446.

8. Li S., Zong K., Liu H. A composite speed controller based on a second-order model of permanent magnet synchronous motor system // Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2011. Vol. 33, iss. 5. P. 522—541.

9. Sun L., Zhang X., Sun L., Zhao K. Nonlinear speed control for PMSM system using sliding-mode control and disturbance compensation techniques // IEEE Transactions on Power Electronics. 2013. Vol. 28, iss. 3. P. 1358—1365.

10. Mohamed Y. A.-R. I. Design and implementation of a robust current-control scheme for a PMSM vector drive with a simple adaptive disturbance observer // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2007. Vol. 54, iss. 4. P. 1981—1988.

11. Baik I.-C., Kim K.-H., Youn M.-J. Robust nonlinear speed control of PM synchronous motor using boundary layer integral sliding mode control technique // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2000. Vol. 8, iss. 1. P. 47—54.

12. Li S., Liu Z. Adaptive speed control for permanent-magnet synchronous motor system with variations of load inertia // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2009. Vol. 56, iss. 8. P. 3050—3059.

13. Kung Y.-S., Tsai M.-H. FPGA-based speed control IC for PMSM drive with adaptive fuzzy control // IEEE Transactions on Power Electronics. 2007. Vol. 22, iss. 6. P. 2476—2486.

14. Chaoui H., Sicard P. Adaptive fuzzy logic control of permanent magnet synchronous machines with nonlinear friction // IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2012. Vol. 59, iss. 2. P. 1123—1133.

15. Чумак А. С., Данилова М. Г. Синхронный электропривод обжиговой машины с адаптивным регулятором на основе нечеткого алгоритма Такаги — Сугено // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2012. Т. 8, № 5. С. 105—107.

16. Yu J., Shi P., Dong W. et al. Neural network-based adaptive dynamic surface control for permanent magnet synchronous motors // IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems. 2015. Vol. 26, iss. 3. P. 640—645.

17. Bobtsov A., Nikolaev N., Pyrkin A., Slita O., Titova Ye. Rotor Position, Speed and Flux Observers for Permanent Magnet Synchronous Motors // Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie, 2018, vol. 19, no. 2, pp. 75—79.

18. Колесников А. А. Синергетическая теория управления. М.: Энергоатомиздат, 1994. 344 с.

19. Колесников А. А. Синергетические методы управления сложными системами: теория системного синтеза. 2-е изд. М.: Либроком, 2012. 240 с.

20. Колесников А. А., Кузьменко А. А. Синтез законов разрывного управления на основе последовательной совокупности инвариантных многообразий метода АКАР // Мехатроника, автоматизация и управление. 2019. Т. 20, № 8. С. 451—460.

21. Кузьменко А. А. Синергетическое управление нелинейными техническими системами: интегральная адаптация высокого порядка // Сборник научных трудов VIII Всероссийской научной конференции "Системный синтез и прикладная синергетика", 18—20 сентября 2017 г., п. Нижний Архыз, Россия. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2017. С. 50—60.

22. Utkin V., Guldner J., Shi J. Sliding Mode Control in Electromechanical Systems. 2nd ed. Boca Raton, London: CRC Press, Taylor and Francis, 2009. 503 p.

23. Кузьменко А. А., Попов А. Н., Радионов И. А. Нелинейное робастное управление возбуждением синхронного генератора: синергетическая система с переменной структурой // Информатика и системы управления. 2014. № 3(41). С. 130—139.

24. Kuz’menko A. A. Synchronous generator nonlinear excitation system: synergetic sliding mode control // Proceedings of International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2015), Russia, Omsk, 21—23 May 2015.

25. Кузьменко А. А. Интегральная адаптация высокого порядка в задачах синтеза нелинейных систем управления // Информатика и системы управления. 2018. № 1(55). С. 142—153.

26. Кузьменко А. А., Синицын А. С. Использование принципа интегральной адаптации для повышения устойчивости системы возбуждения синхронного генератора // Технологии техносферной безопасности. 2013. № 3(49). С. 8—13.

27. Kuz’menko A. A., Synitsin A. S., Zyiryanova A. A. The use of integral adaptation principle to increase the reliability of synchronous generator nonlinear excitation system // Proceedings of 6th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), Russia, St. Petersburg, 06—08 October 2014. P. 415—420.

28. Кузьменко А. А., Синицын А. С., Колесниченко Д. А. Принцип интегральной адаптации в задаче адаптивного управления системой "гидротурбина — синхронный генератор" // Системы управления и информационные технологии. 2014. Т. 56, № 2.1. С. 146—150.

29. Кузьменко А. А. Нелинейный синтез закона адаптивного управления частотой вращения гидротурбины: интегральная адаптация // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2015. № 1—2. С. 85—94.

30. Kuz’menko A. A., Sinitsyn A. S., Mushenko A. S. The use of integral adaptation principle to increase the reliability of "DFIGwind turbine" power system // Proceedings of International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2017), Kazakhstan, Astana, 29—30 June 2017.


Для цитирования:


Кузьменко А.А. Робастное управление синхронным двигателем с постоянными магнитами: синергетический подход. Мехатроника, автоматизация, управление. 2020;21(8):480-488. https://doi.org/10.17587/mau.21.480-488

For citation:


Kuz’menko A.A. Robust Control of Permanent Magnet Synchronous Motor: Synergetic Approach. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2020;21(8):480-488. (In Russ.) https://doi.org/10.17587/mau.21.480-488

Просмотров: 163


ISSN 1684-6427 (Print)
ISSN 2619-1253 (Online)