Розвиток методів синтезу нелінійних електротехнічних систем на енергетичній основі

Abstract

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню актуальної наукової проблеми в галузі електротехніки, яка полягає в розвитку методів синтезу керування нелінійними мультифізичними електротехнічними системами на енергетичній основі і поєднанню їх в комплексний підхід, що охоплює математичне моделювання систем, їх динамічний синтез, оптимізацію енергоперетворень в усталених режимах та комп’ютерне моделювання. Запропоновано процедури синтезу системи енергоформуючого керування (СЕФК), які дають змогу передавати керуючі впливи на бажані координати стану через контрольовані контури системи, і, таким чином, розширити можливості керування в СЕФК. Розроблено комп’ютерну програму для їх реалізації до різних об’єктів. Результати синтезу успішно випробувано на прикладі електропривода на базі двигуна постійного струму (ДПС). Доведена можливість втілення механічного демпфування для СЕФК ДПС уможливила синтез СЕФК із кращими статичними та динамічними характеристиками, ніж СЕФК із виключно електричним демпфуванням. Синтезовані за розробленою процедурою СЕФК із форсуючим підсиленням дають змогу покращити характеристики роботи САК порівняно з СЕФК із класичним ПІ-регулятором, і забезпечують повну відповідність до структури замкнених порт-гамільтонових систем (ПГС), включаючи збереження усіх притаманних їм властивостей, зокрема, асимптотичної стійкості та можливості використання параметричного синтезу формуванням характеристичного поліному. Запропонована процедура синтезу СЕФК з корекцією сигналів завдання є перспективною для складних систем і дає змогу синтезувати СЕФК із широкими можливостями регулювання, високими статичними і динамічними характеристиками, стабільною роботою керованих систем для широкого діапазону завдань робочих координат стану та простою імплементацією. The dissertation is devoted to the solution of a pressing scientific problem in the field of electrical engineering, which consists of developing energy-based approaches for control synthesis in nonlinear multiphysical electrical systems and combining them into a comprehensive approach that includes system mathematical modelling, their dynamic synthesis, optimisation of energy conversions in steadystate modes, and computer modelling. Procedures of an energy-shaping control system (ESCS) synthesis, which allow transmission of control influences to the desired state coordinates through the controlled system loops, and thus expanding control capabilities in the ESCS, are proposed. A computer program has been developed for their implementation in various objects. The synthesis results have been successfully tested using the example of an electric drive based on a DC motor (DCM). The possibility of implementing mechanical damping for the ESCS has been proven. The DCM has made it possible to synthesize an ESCS with better static and dynamic characteristics than an ESCS with exclusively electrical damping. The ESCS with forcing amplification synthesized according to the developed procedure make it possible to improve the operating characteristics of the CS compared to an ESCS with a classical PI controller, and ensure full compliance with the structure of closed-loop portHamiltonian systems (PCHs), including the preservation of all their inherent properties, in particular, asymptotic stability and the possibility of using parametric synthesis by forming a characteristic polynomial. The proposed procedure of ESCS synthesis with reference signal correction is particularly promising for complex systems, as it allows for the synthesis of ESCSs with vast control capabilities, high static and dynamic characteristics, stable operation of controlled systems for a wide range of references of operation state coordinates, and simple implementation.