Синтез та аналіз бездавачевої системи визначення положення ротора вентильного реактивного двигуна, побудованої на основі принципів нечіткої логіки
No Thumbnail Available
Date
2012
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національний університет "Львівська політехніка"
Abstract
Дисертація присвячена розв’язанню науково-прикладної задачі створення систем вентильних реактивних двигунів без давача положення ротора (ДПР) на основі теорії нечітких множин. Розроблений алгоритм непрямого визначення кута положення ротора дозволяє створювати вентильні реактивні двигуни (ВРД) без давача положення ротора, що за своїми характеристиками не поступаються традиційним, як в перехідних, так і в квазіусталених режимах роботи. Запропонований підхід щодо структурного синтезу фаззі-естиматора (ФЕ), що полягає у послідовному з’єднанні фаззі-блоків замість введення додаткової змінної, дозволив в декілька разів зменшити базу правил. Результати математичного та фізичного моделювання доводять, що синтезований фаззі-естиматор кута положення ротора забезпечує надійну роботу ВРД в різних режимах роботи, як при зміні навантаження, так і напруги живлення. На базі ВРД з ФЕ кута положення ротора легко побудувати замкнену систему регулювання швидкості обертання без використання додаткових елементів для формування зворотнього зв’язку. Запропонований алгоритм визначення кута початкового положення ротора ВРД дозволяє достатньо точно його розрахувати та забезпечити надійний пуск без стартового коливання ротора. На основі проведених досліджень запропоновано структуру фаззі-естиматора, яка може бути використана для різних ВРД. В первом разделе проанализированы области и перспективы применения вентильных реактивных двигателей (ВРД), рассмотрены датчики положения ротора (ДПР) как отдельные элементы ВРД, на основании проведённого анализа перечислены недостатки ВРД, обусловленные этими датчиками. Сделан обзор известных способов косвенного определения положения ротора. Произведена классификация методов на три группы: активные, пассивные и те, что построены на основании интеллектуальных подходов. Сформированы преимущества и недостатки каждого способа. На основании проведённого анализа определены требования к новым системам. Во втором разделе описан синтез фаззи-эстиматора угла положения ротора ВРД для различных режимов работы. Проведено исследование системы ВРД на математической модели, предложенной профессором Ткачуком В. И., и установлены зависимости между переменными. Их анализ показал, что производная угла положения ротора зависит от тока, производной тока, угла положения ротора, напряжения питания. Поэтому, входными переменными фаззи-эстиматора выбраны ток, производная тока и напряжение питания. Для уменьшения базы правил предложен новый подход к синтезу фаззи-эстиматоров (ФЭ), который предусматривает последовательное соединение фаззи-блоков. Для устранения стартового колебания ротора, которое возникает при процедуре инициализации последнего, предложен алгоритм определения начального угла положения ротора. В третьем разделе представлены результаты исследования работы предложенного ФЭ угла положения ротора на математических моделях трёх конструктивно различных ВРД в разных режимах работы, включая исследования замкнутой системы регулирования скорости вращения. На основании анализа результатов доказано, что предложенный ФЭ не ухудшает параметры системы и может быть использован в реальных ВРД и приводах на их основе. В четвертом разделе описаны экспериментальная установка и результаты физического моделирования, полученные при проведении экспериментов, которые подтверждают целесообразность решений, принятых при синтезе нечёткого эстиматора и его работоспособность, как в квазиустановившихся, так и в переходных режимах работы. Анализ результатов экспериментальных исследований алгоритма первоначального определения положения ротора показывает, что относительная погрешность между определённым углом положения ротора θ° и предварительно уставленным углом Θ°0, по отношению к одному электрическому периоду, не превышает 10% во всём диапазоне изменения механического угла положения ротора при различных напряжениях питания, что даёт возможность обеспечить надёжный пуск без стартового колебания ротора. На основе проведенных исследований предложено структуру фаззи-эстиматора, которая может быть использована для различных ВРД. The aim of the give thesis is to solve scientific and applied problems of creation of sensorless switched reluctance motor (without position sensor) based on the fuzzy sets theory. It was proven that indirect algorithm for estimation the angle of the rotor position allows one to build switched reluctance motor (SRM) without rotor position sensor, which by its qualitative characteristics stands up to traditional SRM both in transient and quasi-stationary modes. The approach of structural synthesis of fuzzy-estimator (FE), which is based on series connection of fuzzy-blocks instead of extra input use, allowed to reduce the rule base several times. Due to the results of mathematical and physical modelling it was shown that synthesized fuzzy estimator for angle position of the rotor ensures reliable functioning of SRM in different modes, both when changing the load and supply voltage. On the basis of SRM with FE for angle of the rotor position it’s easy to build a closed-loop system of speed control without the use of additional elements to form a feedback. According to the thesis it was determined that proposed algorithm for estimating the angle of the initial rotor position of SRM allows it to be counted accurately and ensure reliable start without provoking starting hesitation of the rotor. On the basis of the research the structure of fuzzy estimator that can be used for a variety of SRM is proposed.
Description
Keywords
вентильний реактивний двигун, бездавачева система, непряме визначення положення ротора, фаззі-логіка, фаззі-естиматор, вентильный реактивный двигатель, бездатчиковая система, косвенное определение положения ротора, фаззи-логика, фаззи-эстиматор, switched reluctance motor, sensorless SRM, indirect rotor position estimation, fuzzy logic, fuzzy estimator
Citation
Михайлович Т. І. Синтез та аналіз бездавачевої системи визначення положення ротора вентильного реактивного двигуна, побудованої на основі принципів нечіткої логіки : автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : 05.09.03 - електромеханічні комплекси та системи / Тарас Ігорович Михайлович ; Національний університет "Львівська політехніка". – Львів, 2012. - 21 с.