Побудова дискретних макромоделей компонент електромеханічних систем

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вирішенню наукової задачі дискретного макромоделювання динамічних режимів компонент електромеханічних систем на основі співвідношень вхід-вихід. В роботі удосконалено методи макромоделювання, шляхом використання багаторівневих оптимізаційних процедур та експертного аналізу, що дозволяють звести побудову макромоделі складного об'єкта до побудови макромоделей ряду простіших моделей. На основі запропонованого підходу побудовано принципово нові макромоделі асинхронних електричних машин різних типів і різної потужності, а саме створено дискретні динамічні макромоделі таких об’єктів як трифазний та однофазний асинхронні двигуни для координат діючих та миттєвих значень. Також показано можливість застосування розглянутих методів до побудови макромоделей інших компонент ЕТС. Обґрунтовано достовірність отриманих макромоделей шляхом порівняння розроблених моделей асинхронних двигунів з результатами експерименту та їх ефективність для подальшого використання при розробці складних електротехнічних систем. Диссертационная работа посвящена научной задаче дискретного макромоделирования динамических режимов компонент электромеханических систем с использованием соотношений вход-выход. Проведен сравнительный анализ существующих моделей электромеханических преобразователей, в частности асинхронных двигателей. Проанализировав макромодели различных типов, и принимая во внимание форму представления входной информации о моделируемом объекте, а также планируемое применение полученных макромоделей, для моделирования объектов выбрана форма дискретных уравнений переменных состояния. Выполнен сравнительный анализ методов построения дискретных макромоделей. Рассмотрены классические методы построения макромоделей, такие как алгоритм Хо-Калмана для линейных дискретных уравнений переменных состояния, алгоритм Исидори для билинейных дискретных уравнений переменных состояния, операторные модели, интегральные модели нелинейных многополюсников на основе интегралов типа «свертки», модели Гаммерштейна, Винера и Гаммерштейна-Винера. Все перечисленные методы построения макромоделей имеют недостаток, который заключается в существенном ограничении по классу нелинейных динамических объектов, для которых перечисленные методы позволяют получить достаточно точные макромодели. Поскольку электромеханические преобразователи являются весьма сложными нелинейными динамическими объектами, то эти методы часто не позволяют получить адекватную макромодель. Поэтому альтернативным подходом к решению указанной задачи является методы макромоделирования базирующиеся на оптимизационном подходе, который не накладывает ограничений на форму представления модели, и в результате на класс моделируемых объектов. Также в работе рассмотрены методы получения априорной информации, необходимой для построения динамических макромоделей асинхронных двигателей. Такой информацией является переходные характеристики моделируемого объекта. Указанную априорную информацию получено с помощью, как натурного эксперимента, так и компьютерной симуляции, а именно осуществление компьютерных экспериментов с использованием сложных математических моделей асинхронных машин высокого уровня адекватности. Рассмотрено построение макромоделей асинхронных двигателей в координатах действующих и мгновенных значений токов и напряжений. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что предлагаемые подходы к построению макромоделей, использующие оптимизационный подход, позволяют выполнить идентификацию их структуры и параметров на основе универсальных формальных процедур, которые могут реализоваться на компьютере с минимальным вмешательством пользователя и обеспечивают заданную точность моделирования линейных и нелинейных свойств объекта. The dissertation is devoted to the solution of a scientific problem of discrete macromodelling of dynamic modes of the electric drive system components on the basis of input-output relations. In this manuscript known approach of macromodeling using multilevel optimization procedures and expert analysis was improved. It allows to reduce the creation of macromodels of a complex object to development of a number of macromodels of simpler objects. On the basis of the proposed approach entirely new discrete dynamic macromodels of asynchronous electric machines of different types and different power (single and three phase induction motor models for root-mean square and amplitude coordinate values) were developed. Also the possibility of these methods applying in order to create macromodels of other components of electromechanical systems was shown. The efficiency of the obtained macromodels and their suitability for the further using to create complex electrical systems models is shown and explained based on a comparing of received macromodels of induction motors with the results of the experiment.