Випуск № 3/2015 (31)

УДК 621.311.24:621.548
С. 10-21
Мова Укр.
Бібл. 18 назв.

СИСТЕМА КЕРУВАННЯ ВІТРОЕЛЕКТРОУСТАНОВКОЮ НА БАЗІ НЕЧІТКОГО РЕГУЛЯТОРА З УРАХУВАННЯМ ЗМІНИ АЕРОДИНАМІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ВІТРОРОТОРА

А. О. Лозинський, В. І. Щур
Для розвитку малої вітроенергетики виникає потреба в удосконаленні відомих алгоритмів керування вітроелектроустановками з метою покращення їх енергоефективності. Для дослідження обрано вітроелектроустановку з вертикальною віссю обертання потужністю один кіловат. Найбільш поширеним способом керування такою вітроелектроустановкою є регулювання моменту навантаження генератора пропорційно до квадрату його кутової швидкості – регулювання за збуренням швидкості вітру. Така система керування забезпечує постійний пошук точки відбору максимальної потужності від вітру, проте має низьку швидкодію, особливо при малих і турбулентних швидкостях вітру. Це, а також зміни аеродинамічної характеристики вітроротора залежно від параметрів навколишнього середовища, зокрема швидкості вітру та температури, призводить до зниження кількості отриманої електроенергії. У роботі розроблено систему керування вітроелектроустановкою, яка дозволяє
on-line визначити оптимальний, з точки зору максимуму вихідної електричної потужності, момент навантаження векторно керованого синхронного генератора з постійними магнітами за дії вказаних збурюючих факторів. Така система керування базується на використанні нечіткого регулятора, на вхід якого поступають сигнали швидкості вітру й температури навколишнього середовища, а на виході отримуємо коректуючий сигнал моменту навантаження генератора. Для покращення динамічних характеристик системи до регулятора за збуренням додано також регулятор за відхиленням кутової швидкості вітроротора від заданої. Ефективність запропонованого рішення перевірена імітаційним комп’ютерним симулюванням у середовищі MATLAB/Simulink роботи дослідної вітроелектроустановки з розробленою й традиційною системами керування на турбулентних вітрах. Результати проведених досліджень підтвердили зростання кількості отриманої за тестовий період роботи дослідної вітроелектроустановки електроенергії до 7 % при застосуванні розробленої системи керування порівняно з традиційною залежно від параметрів навколишнього середовища.
Ключові слова: вітроелектроустановка, вітроротор з вертикальною віссю обертання, нечіткий регулятор.

УДК 621.64:621.3:537
С. 22-31
Мова Рос.
Бібл. 13 назв.

ДИНАМІЧНІ НАВАНТАЖЕННЯ В ЕЛЕКТРОГІДРАВЛІЧНОМУ КОМПЛЕКСІ ПРИ РІЗНОМУ ТЕМПІ ЗМІНИ НАПРУГИ ЖИВЛЕННЯ

В. Г. Ковальчук, Т. В. Коренькова
Показано, що прямий запуск насосних агрегатів електрогідравлічних комплексів характеризується суттєвими стрибками струму, динамічного моменту й напору, що призводить до зниження ресурса роботи електромеханічного обладнання, розвитку гідравлічних ударів, аваріям у трубопровідній мережі. Запропоновано математичну модель електрогідравлічного комплексу для дослідження впливу темпу зміни вхідної напруги на протікання перехідних процесів у системі. Доведено, що використання плавного пуску/зупинки насосного агрегату дозволяє знизити динамічні навантаження на двигун, уникнути появи коливань у напорі й продуктивності, зменшити втрати енергії при запуску. Показано, що на протікання перехідних процесів у електрогідравлічному комплексі впливають час розгону/гальмування, геометрія трубопроводу, наявність статичного напору на окремих ділянках гідромережі, спосіб запуску технологічного механізму. Сформульовано основні рекомендації до вибору закону формування вхідного впливу.
Ключові слова: електрогідравлічний комплекс, перехідні процеси, плавний запуск, динамічні навантаження.

УДК 621.3.076
С. 32-38
Мова Укр.
Бібл. 6 назв.

РОБАСТНА СИСТЕМА ВЕКТОРНОГО КЕРУВАННЯ ШВИДКІСТЮ ВЕНТИЛЬНО-ІНДУКТОРНОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДА

М.Я. Островерхов, В.М. Пижов
За своєю природою вентильно-індукторний електродвигун є взаємопов’язаним об’єктом керування. При обчисленні параметрів схеми заміщення двигуна виникають похибки, що обумовлені допущеннями відповідної методики. Унаслідок нагрівання чи зміни кінематики механізму параметри електродвигуна та електропривода змінюються. Указані причини обумовлюють координатні та параметричні збурення, що призводять до погіршення заданої якості керування електроприводом. Метою роботи є підвищення якості керування вентильно-індукторним електроприводом в умовах невизначеності математичної моделі електропривода. Закони керування електроприводом розроблено на основі концепції зворотної задачі динаміки в поєднанні з мінімізацією локальних функціоналів миттєвих значень енергій, що забезпечує робастність та динамічну декомпозицію системи. Завданням зворотної задачі динаміки є знаходження такого закону керування, який забезпечує наперед задану якість керування. В основу методу покладено ідею зворотності прямого методу Ляпунова по дослідженню стійкості. Це дозволяє знаходити закон керування, за яким замкнутий контур має наперед задану функцію Ляпунова у вигляді миттєвого значення енергії. Особливістю оптимізації є досягнення не абсолютного мінімуму функціонала якості, як у класичних системах, а деякого мінімального значення, що забезпечує допустиму за технічними вимогами динамічну похибку системи. Ще однією характерною особливістю отриманих законів керування є відсутність у них параметрів об’єктів керування та операцій диференціювання, що обумовлює простоту їх реалізації.
Ключові слова: вентильно-індукторний електропривод, закони керування, робастність.

УДК 621.318.03
С. 39-45
Мова Рос.
Бібл. 9 назв.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ВІБРАЦІЙНОГО МОМЕНТУ ПРИВОДНОГО ДВИГУНА ДЕБАЛАНСНОЇ ВІБРОМАШИНИ

В. Ю. Ноженко, Д. Й. Родькін,Г. О. Гаврилець
Широко застосовувані вібраційні машини з дебалансними
віброзбуджувачами, які працюють у зарезонансном режимі, характеризуються різким зростанням амплітуди коливань робочого органу під час проходження резонансної зони, що призводить до можливого «застрягання» роторів двигунів під час пуску. Дана дія на двигуни обумовлена наявністю вібраційного моменту, яка виникає при коливаннях робочого органу вібраційної машини та є додатковим навантаженням. Як вібраційну машину розглянуто одномасову віброплощадку вертикально спрямованої дії з дебалансними віброзбуджувачами для ущільнення бетонних сумішей. Наведено математичну модель переміщення віброплощадки уздовж вісі Y. Для визначення впливу вібросистеми на динаміку розгону приводних двигунів розглянуто вираз вібромоменту, що є синусоїдальною функцією часу, виділено його постійна та змінна складові. Визначено, що постійна складова вібромоменту є основним навантаженням на приводні двигуни вібромашини й залежить від її параметрів та режиму роботи. Встановлено, що постійна складова вібромоменту під час проходження резонансної зони змінює свій знак, тобто вібромомент може бути як гальмуючим, так і рушійним. Проведено дослідження постійної складової вібромоменту при зміні параметрів вібромашини під час пуску: маси вібромашини, коефіцієнта жорсткості опор, маси дебалансів. Показано, як змінюється вібромомент при різному прискоренні пуску вібросистеми. Наведено залежність максимального значення постійної складової вібромомента при різному прискоренні пуску, яка може бути використана при побудові систем управління пуском зарезонансних вібраційних машин для усунення негативного впливу проходження резонансної зони.
Ключові слова: вібраційна машина, дебалансний віброзбуджувач, резонансна зона, приводний двигун, вібромомент.

УДК 621.3.049.001.57:004.457
С. 46-52
Мова Англ.
Бібл. 16 назв.

МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ ПРИ ЗБУДЖЕННІ ПЕРІОДИЧНИМИ СИГНАЛАМИ У СЕРЕДОВИЩІ MATLAB

І. Томчікова
Запропоновано метод моделювання динамічних електричних кіл зі збудженням несинусоїдальними сигналами в середовищі MATLAB. Формування рівнянь балансу електричних кіл виконано за допомогою методу аналізу на основі розріджених таблиць. Отримано повні рівняння відгуку тестового збурення на основі символьних обчислень, які є однією з важливих переваг використання MATLAB. Наведено графічне надання функцій повного відгуку, неусталеної складової повного відгуку, а також усталеної складової функції повного відгуку електричного кола.
Ключові слова: моделювання електричних кіл, аналіз методом розріджених таблиць, перетворення Лапласа, MATLAB, повний відгук.

УДК 621.313.821
С. 53-60
Мова Рос.
Бібл. 10назв.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ГЕНЕРАТОРА З КОМБІНОВАНИМ ЗБУДЖЕННЯМ АВТОНОМНОЇ ЕНЕРГОУСТАНОВКИ

В. В. Чумак, М. А. Коваленко, О. І. Пономарьов
Товариство з обмеженою відповідальністю «ВІПСЕРВІСПЛЮС»
просп. Повітрофлотський, 72, Київ, 03151, Україна.
Розробки постійних магнітів, що володіють високою енергією й невеликими габаритами, спонукають до розвитку та активного використання автономних високоефективних генераторів із постійними магнітами. Актуальним є застосування безконтактних генераторів такого типу з підмагнічувальною обмоткою, застосування якої дозволяє в широкому діапазоні навантаження стабілізувати робочу напругу. Метою дослідження є розробка польової математичної моделі генератора та оптимізація робочої зони його ротора. Чисельне рішення поставленої задачі вироблялося в програмному пакеті COMSOL Multiphysics. Статор досліджуваного генератора виконаний на базі серійного асинхронного двигуна типу АІР100L4. Розроблена модель дозволяє отримати розподіл електромагнітного поля в розрахунковій області генератора, оцінити якість індукованої електрорушійної сили й величину потоків розсіювання генератора, а також розраховувати характеристики генератора при його обертанні, при цьому всі залежні величини є функцією часу. За допомогою розробленої моделі виконано параметричну оптимізацію робочої зони ротора з метою мінімізації потоків розсіювання машини, збільшення ККД і підвищення питомої потужності. Це підвищить ефективність і знизить вартість безконтактної системи підмагнічування й стабілізації вихідної напруги генератора. У процесі дослідження отримано розподіл сумарного електромагнітного поля для двох крайніх режимів: холостого ходу й номінального навантаження. Уроботі запропоновано методику відділення поля розсіювання генератора від основного потоку й повного. Це дозволило визначити оптимальне співвідношення між розмірами полюсного наконечника й постійних магнітів. Доцільно вибирати висоту магніту якомога більше, виходячи з вимог до конструкції, заданої механічної міцності й швидкості обертання магнітоелектричного генератора.
Ключові слова: постійні магніти, магнітоелектричний генератор, математична модель, оптимізація, комбіноване збудження.

УДК 62-521:62-868:62-531.7
С. 61-67
Мова Укр.
Бібл. 6 назв.

СИМЕТРИЧНИЙ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНИЙ ВІБРОПРИВОД ДЛЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧИХ АДАПТИВНИХ ВІБРОМАШИН

Р. В. Чубик, Н. М. Зрайло
Проведено аналіз існуючих конструктивних рішень інерційних електромеханічних віброприводів. На основі даного аналізу з’ясовано основні конструктивні, динамічні й силові недоліки, що не дозволяють створювати на базі існуючих електромеханічних віброприводів автоматизовані вібромашини (адаптивні вібромашини) для інтеграції таких технологічних процесів, як вібросепарування, грохотіння, вібротранспортування та віброживлення (штучними заготовками й т.ін.), віброзміцнення (підвищення мікротвердості, створення залишкових напружень), віброабразивна обробка (віброшліфування та віброполірування), віброзачистка (видалення облоя, заусенців, округлення кромок), віброочистка (очистка заготовок і деталей від окалини, корозії, нагару), вібросушка, віброзмішування, вібраційне подрібнення (на основі вібромлинів) у робототехнічні комплекси та складні високоавтоматизовані гнучкі технологічні лінії. Запропоновано конструктивне рішення (повноцінну твердотілу 3D модель) симетричного інерційного електромеханічного віброприводу, яке дозволяє створити плоске вібраційне поле, в якому коливання валу електромеханічного віброприводу вимальовуватимуть форму еліпса у вертикальній площині, що є перпендикулярною до приводного валу електромеханічного віброприводу, й в автоматичному режимі незалежно керувати частотою та амплітудою циклічної вимушуючої сили керованого симетричного інерційного електромеханічного віброприводу при постійному енергозберігаючому резонансному режимі роботи протягом усього циклу віброобробки адаптивною вібраційною технологічною машиною. Застосування запропонованого інерційного електромеханічного віброприводу дозволяє реалізувати комплексний підхід до розширення технологічних можливостей існуючих вібромашин та зменшення ними енергозатрат у випадку їх модернізації або при проектуванні та створенні принципово нових адаптивних вібраційних технологічних машин.
Ключові слова: керований вібропривод, електромеханічний вібропривод, інерційний вібропривод, енергозберігаючі вібромашини, резонансні вібромашини.

УДК 681.51
С. 68-74
Мова Укр.
Бібл. 14 назв.

ВИКОРИСТАННЯ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ ДЛЯ АПРОКСИМАЦІЇ ТИПОВИХ НЕЛІНІЙНИХ ЛАНОК СИСТЕМ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Б. І. Приймак, О. М. Халімовський
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»
просп. Перемоги, 37, м. Київ, 03056, Україна. Е-mail: bp-08@ukr.net, o.khalimovskyy@ukr.net
Отримання високої якості систем автоматичного керування складними електромеханічними об’єктами вимагає самоналаштування та оптимізації режимів роботи в реальному часі. Для цього потрібне швидке моделювання керованого об’єкта з урахуванням його нелінійностей. До нових високопродуктивних засобів моделювання динамічних систем на сьогодні належать штучні нейронні мережі, які обробляють інформацію в паралельній формі. Це пояснює актуальність тематики щодо застосування нейронних мереж для задач моделювання, проте не всі важливі аспекти цієї тематики достатньовивчені. Метою даної роботиє дослідження питання апроксимації типових нелінійних ланок систем автоматичного керування за допомогою нейронних мереж прямого передавання сигналу.Уроботі розглянуто характеристики наступних однозначних нелінійностей: зона нечутливості, зона насичення, двопозиційне реле, трипозиційне реле, а також таких неоднозначних (гістерезисних) нелінійностей, як люфт і реле з гістерезисом. Для вирішення завдання апроксимації за основу було взято нейронну мережу прямого передавання сигналу з одним захованим шаром нейронів та одним вихідним нейроном. Функціями активації цих нейронів були гіперболічний тангенс і лінійна залежність відповідно. Для апроксимації гістерезисних нелінійностей статична нейронна мережа була трансформована в динамічну шляхом уведення двох елементів затримки сигналу в часі. Результати виконаних досліджень дозволили дати обґрунтовані відповіді на два важливих питання. Перше з них полягає у виборі способу формування навчальної множини даних, при якому процес навчання нейронної мережі є ефективним. Друге питання стосується встановлення необхідної кількості нейронів у захованому шарі нейронної мережі, за якою мережа досить точно апроксимує характеристику заданої нелінійної ланки. У підсумку проведені дослідження засвідчили, що однозначні й неоднозначні характеристики типових нелінійних ланок автоматичних систем можуть бути успішно апроксимовані нейронною мережею прямого передавання сигналу з досить невеликою кількістю нейронів.
Ключові слова: нейронна мережа, нелінійна ланка, апроксимація, математичне моделювання.

УДК 681.586.783:621.3.013(086.4)
С. 76-81
Мова Англ.
Бібл. 8 назв.

МОДЕЛЮВАННЯ МАГНІТОЕЛАСТИЧНИХ ДАТЧИКІВ РОЗПОДІЛЕННЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ У ТРИВИМІРНОМУ СЕРЕДОВИЩІ

А. Ходулікова
Розглядається питання розв’язання магнітних полів у феромагнітному
середовищі датчика та моделювання його розподілення. Поля розв’язано для двох випадків: коли зовнішня сила тиску впливає й не впливає на датчик. Математичний апарат для розв’язання полів базується на рівняннях Максвела. Магнітоеластичний датчик належить до групи нелінійних систем, які базуються на ефекті Вілларі. Датчик під’єднано до трансформатора, вихідна напруга якого пропорційна силі, що на нього впливає. Вихідна напруга датчика є пропорційною до зміни прохідності, що призводить до деформації магнітного поля. З метою аналізу даного виду деформації магнітного поля було створено тривимірну модель магнітоеластичного датчика. Осердя датчика зроблено з феромагнітного матеріалу, тому розв’язання магнітного поля призводить до вторинної проблеми, а саме до розв’язання векторного магнітного потенціалу в нелінійному середовищі. Для розрахунку описаних параметрів поля було використано метод кінцевих елементів у середовищі COSMOS/EMS.
Ключові слова: моделювання, магнітоеластичний датчик, тривимірна модель, метод кінцевих елементів, феромагнітний матеріал.

УДК 621.313.3
С. 82-88
Мова Укр.
Бібл. 10 назв.

РЕГУЛЮВАННЯ НАПРУГИ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ІЗ САМОЗБУДЖЕННЯМ ЗА ДОПОМОГОЮ ЕЛЕКТРОННОГО РЕГУЛЯТОРА НАВАНТАЖЕННЯ

М. В. Печеник, В. С. Бовкунович, M. В. Пушкар
Асинхронні генератори із самозбудженням набувають все більшого розповсюдження в автономних системах електропостачання. Але регулювання генерованої напруги асинхронних генераторів та визначення його статичних характеристик є задачею, яка досі базувалася лише на ітераційних підходах. Раніше було запропоновано підходи до розробки систем регулювання напруги асинхронних генераторів, які базуються на аналітичних залежностях. У даній роботі розглянуто використання аналітичних залежностей для границь самозбудження та статичних характеристик напруги трифазного автономного асинхронного генератора при розробці систем регулювання його напруги на основі електронного регулятора навантаження. Надано модель системи стабілізації напруги за допомогою електронного регулятора навантаження асинхронного генератора в середовищі MATLAB. Показано, що використання аналітичних залежностей при аналізі генератора дозволяє отримати значення ємностей конденсаторів самозбудження аналітичним шляхом, що може бути широко використано на практиці при розробці подібних систем регулювання напруги асинхронного генератора.
Ключові слова: асинхронний генератор, самозбудження, регулювання напруги, електронний регулятор навантаження.