Введение к работе
2. ^fS
Актуальность темы. Развитие силовой электроники, преобразовательной техники, вычислительных машин и микропроцессоров приводит к широкому применению в различных отраслях промышленности автоматизированных систем управления (СУ) различными техническими объектами (ТО) с непосредственными преобразователями электрической энергии (НПЭ).
Наиболее часто НПЭ применяют совместно с электромеханическими преобразователями энергии (ЭМП) в составе управляемых вентильно-электромеханических систем (ВЭМС) для управления электрическими и механическими координатами, потоками активной и реактивной мощности, частотой скольжения. С чисто технической точки зрения можно утверждать, что возможности использования НПЭ для управления различными ТО ограничены только воображением и изобретательностью разработчика.
Достаточно остро задача управления в ВЭМС стоит не только с технологической точки зрения, но и с точки зрения экономии электроэнергии. Эффективность энергосберегающих технологий в значительной мере определяется эффективностью управления ВЭМС.
Исследования управляемых ВЭМС опираются на методы классической и современной теории управления (А. М. Ляпунов, Л. С. Пон-трягин, Р. Беллман, Р. Калман, В. А. Бессекерский, А. А. Попов, Л. Р. Нейман, А. В. Поссе, Я. 3. Цыпкин, В. В. Солодовников,
A. А. Воронов, Б. И. Шахтарин, К. А. Пупков, Н. Д. Егупов,
B. Б. Яковлев, Л.^Заде, А. А. Красовский и др.), теорию обобщённого
электромеханического преобразователя энергии, получившую значи
тельное развитие применительно к управлению в ВЭМС в работах
М. Г. Чиликина, В. И. Ключева, А. С. Сандлера, Г. Б. Онищенко,
Л. П. Петрова, О. В. Слежановского, Ф. Блашке и других учёных.
Характерная особенность современного этапа развития теории управляемых ВЭМС - наличие противоречий между значительным объёмом накопленных знаний и разнородностью исследований по отдельным типам управляемых ВЭМС, необходимостью применения новых, более совершенных СУ и сложностью исследования и управления ВЭМС на основе известных методов; несоответствие отдельных положений теории управляемых ВЭМС принципам системного анализа. Раз
решение перечисленных противоречий лежит на пути поиска новых подходов к механизму управления НПЭ, решения на базе принципов системного анализа порожденной этими противоречиями проблемы развития и совершенствования, обеспечения целостности и системности теории управляемых ВЭМС, повышения эффективности существующих и разработки новых методов анализа, синтеза и управления ВЭМС.
Цель работы - обобщение и разработка теории, создание научных основ автоматизированного анализа и синтеза управляемых систем с непосредственными преобразователями электрической энергии, исследование и оценка возможностей разработанной теории при решении задач моделирования, анализа, синтеза и создания управляемых вентильно-электромеханических систем.
Поставленная цель определила круг решаемых в работе задач.
Системный анализ и обобщение теории и практики управления ВЭМС.
Разработка математического аппарата анализа . и синтеза управляемых систем с НПЭ и на его основе:
анализ и оценка НПЭ как преобразователя электрической энергии, элемента ВЭМС, объекта управления;
исследование механизма управления непосредственным преобразованием электрической энергии, разработка и исследование методов синтеза управляющих воздействий НПЭ и оценка эффективности управления его выходными координатами.
Разработка математического и программного обеспечения, исследование способов и режимов управления, разработка методов и методик анализа и синтеза управляющих воздействий, законов и систем управления ВЭМС.
Разработка методов и алгоритмов обработки информации в ВЭМС для применения при моделировании и управлении.
Анализ и оценка возможностей разработанного математического аппарата и программных комплексов при исследовании управляемых ВЭМС.
Разработка практических рекомендаций по применению предложенных методов исследования, анализа и синтеза, способов управления ВЭМС.
Внедрение в практику исследования и проектирования ВЭМС разработанных методов анализа и синтеза, алгоритмов управления
НПЭ, методов и методик моделирования, исследования и проектирования ВЭМС с НПЭ.
8. Разработка, экспериментальное исследование и внедрение синтезированных на базе разработанного математического аппарата и программных комплексов, алгоритмов и систем управления ТО с НПЭ.
Методы исследований. Методологическая основа исследований- принципы системного анализа, теория управления, предложенный общий подход к механизму управления НПЭ, теория обобщённого ЭМП и управляемых ВЭМС, методы дифференциального и интегрального исчисления, векторного анализа, математического аппарата преобразования Лапласа, матричного исчисления, переключающих функций, теории фази-управления, численных методов расчёта с применением ЭВМ.
Научная новизна. Предложен концептуальный подход к механизму управления непосредственным преобразованием электрической энергии и на его базе разработаны основы теории исследования и проектирования управляемых ВЭМС с НПЭ, объединяющие следующие положения.
1. Математический аппарат, теоретические основы, методы ана
лиза и синтеза управляемых систем с НПЭ, включающие в себя:
обобщённую математическую модель (ММ) НПЭ, являющуюся математической и методологической основой анализа и синтеза управляемых систем с произвольной структурой НПЭ;
метод синтеза управляющих воздействий выходными координатами НПЭ с использованием переключающих функций (ПФ) амплитуды и фазы, а также вектора фазосмещения (фазовых состояний) (ФС);
математические выражения и методику гармонического анализа выходного напряжения НПЭ;
математические выражения законов управления многоступенчатой ПФ фазы и ПФ амплитуды при однофазной и двухфазной ши-ротно-импульсной модуляции (ШИМ);
-способ векторного управления вентильным преобразователем (ВП) в шагающей системе координат (ШСК), ориентированной по опорному вектору фазовых состояний.
2. Научные основы исследования и проектирования управляемых
ВЭМС, в том числе:
- математические модели систем "НПЭ - ЭМП";
-методы математического описания систем управления в нормальной, канонической и комбинированной формах пространства состояний (ПС) с прямой причинно-следственной связью;
методики анализа и расчёта управляемых ВЭМС с НПЭ;
результаты исследования ВЭМС с НПЭ;
методики синтеза систем управления с НПЭ;
-законы и алгоритмы управления статическими и динамическими режимами ВЭМС с НПЭ.
3. Методы обработки информации при управлении и моделировании ВЭМС, основу которых составляют принципы векторного формирования сигналов управления и обратных связей, систематизации ММ по видам преобразования координат, многоуровневого преобразования координат, получения состоятельных, несмещённых и эффективных оценок ММ в преобразованных координатах.
Практическая ценность. На основе предложенного подхода и разработанных ММ составлены алгоритмы и программы моделирования на ЭВМ систем управления асинхронной машиной (AM) с произвольными алгоритмом управления и структурой силовой части НПЭ, что позволяет моделировать все реально существующие режимы ВЭМС с НПЭ, не прибегая к моделированию каждого вентильного элемента, и сократить затраты на проектирование.
Проведены исследования переходных процессов при управлении неодновременным включением и отключением фаз AM и показана целесообразность такого управления. Исследованы статика, динамика, дан сравнительный анализ и определены возможности системы "НПЭ -AM" при квазичастотном (КЧУ), фазоимпульсном (ФИУ), векторноимпульсном (ВИУ), частотном способах управления. Даны рекомендации по практическому применению этих систем. Разработаны СУ роликоопорами, акустической установкой, ленточной и пневмомеханической текстильными машинами, внутрицеховыми конвейерами, лифтом, центрифугой, электродинамическим вибростендом (ЭДВС), трубными линиями, станком для намотки струн и проведены их экспериментальные исследования.
Разработаны алгоритмы и программы расчёта, исследованы ре-
жимы управления и основные характеристики ВЭМС с электромашинным агрегатом (ЭМА) и ЭДВС. По результатам исследований созданы СУ ВЭМС с ЭМА и ЭДВС по силе и ускорению при использовании каналов возбуждения и подмагничивания. В результате проведенных исследований предложены устройства и системы управления, новизна и оригинальность которых подтверждена 28-ю авторскими свидетельствами.
Реализация и внедрение. Диссертация является теоретическим обобщением научных исследований, выполненных лично автором в соответствии с планом научных работ Пензенского государственного университета по заказам промышленных предприятий.
Результаты проведенных исследований положены в основу созданных и внедрённых СУ: пневмомеханической БД 200-М69 и ленточной Л2-50-220Ц машин, роликоопорами, акустической установкой АГ-3, внутрицеховыми конвейерами, температурными режимами экструдера, лифтом, центрифугами КП 240М, ЦА 10, КП 225, электродинамическим вибростендом, трубной линией Р90, станком для намотки струн СНП, а также методик и рекомендаций по оптимизации двигателей для СУ дальней связи, управлению пуско-тормозными режимами AM и силовыми трансформаторами посредством тиристорного коммутатора (ТК). Основные результаты внедрены на заводах "Пензмаш", "Полимер", "ЗИФ" и "Химмаш", в НПО "Пензтекмаш", АО "Электромеханика", ООО "Эмузин", "Экоприбор", 'ТРЭЙ ГМБХ", ФГУП "НЛП "Рубин", "Автомедтехника", НПФ "Круг", ОАО "Коммаш", "Пензаэнерго" (г. Пенза), на заводе "Кузполимермаш" (г. Кузнецк), в НИИ завода "Электровьтрямитель" (г. Саранск), в НИИ дальней связи и АО "Электромашиностроение", войсковой части 90802 (г. Санкт-Петербург), в ЦПКБ "Союзлифтмаш" (г. Москва), в НПО ИТ (г. Калининград). Системы управления центрифугами КП 240М, ЦА 10, КП 225 и станком для намотки струн внедрены в серийное производство.
На защиту выносятся:
Концептуальный подход-к механизму управления непосредственным преобразованием электрической энергии.
Математическая модель НПЭ, являющаяся единой математической и методологической основой для исследования систем управления с произвольной структурой НПЭ.
Метод синтеза управляющих воздействий выходными координатами НПЭ, основанный на формировании управляющих воздействий заданием переключающих функций фазы и амплитуды.
Методы математического описания систем управления в нормальной, канонической и комбинированных формах пространства состояний с прямой причинно-следственной связью.
Законы управления переключающими функциями фазы и амплитуды при однофазной и двухфазной ШИМ.
Векторный способ управления вентильным преобразователем в шагающей системе координат, ориентированной по опорному вектору фазовых состояний.
Математические модели и результаты исследований вентиль-но-электромеханических систем с НПЭ.
Методики синтеза систем управления с НПЭ, законы и алгоритмы управления статическими и динамическими режимами ВЭМС с НПЭ.
Апробапия работы. Материалы диссертационной работы докладывались на семинарах "Электрооборудование устройств механизации и автоматизации производства" (Пенза, 1977), "Проблемы динамики автоматизированных электромеханических систем переменного тока" Научного совета АН УССР (Одесса, 1983), на 3-й и 4-й НТК "Автоматизация технологических процессов и промышленных установок" (Пермь, 1978, 1979), на Всесоюзной НТК "Динамические режимы работы электрических машин" (Смоленск, 1978), на НТК "Автоматизированный электропривод переменного тока" (Челябинск, 1979), на 8-й всесоюзной НТК "Моделирование электроэнергетических систем" (Баку, 1982), на НТК "Контрольно-измерительные приборы и узлы. Вопросы теории и проектирования аналоговых измерительных преобразователей" (Ульяновск, 1978), "Применение материалов и средств тензометрии для измерения механических параметров" (Москва, 1982), "Повышение эффективности автоматизированных средств восприятия и обработки информации" (Пенза, 1985), на 3-й поволжской НТК "Алгоритмы, средства и системы автоматического управления" (Волгоград, 1984), на Всесоюзных НТК "Основные направления и меры по ускорению научно-технического прогресса в создании хлопкопрядильного оборудования" (Пенза, 1985), "Перспективы развития оборудования хлопкопрядильного производ-
ства, повышение его технического уровня и конкурентоспособности" (Пенза, 1988), "Методы и средства измерения механических параметров в системах контроля и управления" (Пенза, 1986), "Моделирование систем автоматизированного проектирования автоматизированных систем, научных исследований и гибких автоматизированных производств " (Тамбов, 1989), "Прогрессивная технология и вопросы экологии в гальванотехнике " (Пенза, 1995, 1997), на Международной методической конференции "Университетское образование в условиях формирования рьшочных отношений" (Пенза, 1997, 1998), на Международной НТК "Точность автоматизированных производств (ТАП - 97)", (Пенза, 1997), на 2-й и 3-й международных НТК «Методы и средства управления технологическими процессами» (Саранск, 1997, 1999); на Международной НТК «Актуальные проблемы анализа и обеспечения надёжности и качества приборов, устройств и систем» (Пенза, 1998, 2000, 2001); на 3-й международной конференции «Дифференциальные уравнения и их приложения» (Саранск, 1998); на 11-й международной НТК «Математические методы в химии и технологиях» (Владимир, 1998); на НТК «Проблемы технического управления в энергетике» (Пенза, 1998, 1999, 2000, 2001, 2003); на 12-15-й международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Великий Новгород, 1999, Санкт-Петербург, 2000, Смоленск, 2001, Тамбов, 2002), в НИИ завода "Электровыпрямитель" (Саранск), в Институте электродинамики АН УССР (Киев), на НТК профессорско-преподавательского состава ППИ (Пенза 1974- 1993) и ПГТУ (Пенза 1994-1997).
Публикации. По^материалам диссертации опубликовано 153 работы, включая 4 монографии, 2 учебных пособия, 96 статей и тезисов докладов, 28 авторских свидетельств на изобретения, 5 отчётов по НИР.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы, приложений. Общий объём работы составляет 315 страниц, в том числе 56 рисунков, 11 таблиц, 2 приложения.
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
