Модели и алгоритмы совершенствования электротехнических комплексов речных землесосов при выполнении дноуглубительных работ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Сабуров Сергей Валерьевич

• Сабуров Сергей Валерьевич
• кандидат наук
• 2020

Оглавление диссертации кандидат наук Сабуров Сергей Валерьевич

ВВЕДЕНИЕ

1 СПОСОБЫ И СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ РЕЧНЫМИ ЗЕМЛЕСОСАМИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ, СИСТЕМ

ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

1.1 Способы и средства управления речными землесосами

1.2 Назначение и состав электротехнических комплексов речных землесосов в системе управления технологическими операциями дноуглубления на водных путях

1.3 Автоматизированные системы контроля и мониторинга технологии дноуглубления как элементы электротехнического комплекса речных землесосов

1.4 Совершенствование управления электроприводами речных землесосов с использованием дифференциально-геометрических моделей

1.5 Выводы по разделу

2 МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С ОЦЕНКОЙ ПОСТОЯНСТВА МГНОВЕННОЙ МОЩНОСТИ ТРЁХФАЗНОЙ СИСТЕМЫ

2.1 Модель оценки симметричного режима трёхфазной системы по измерениям мгновенной мощности

2.2 Компенсация тока в нулевом проводе при неравномерной фазовой нагрузке

2.3 Оценка параметров трёхфазной цепи по измерениям мгновенной мощности и токов в условиях помех

2.4 Моделирование трехфазных систем электротехнических комплексов землесосов при несимметричных нагрузках в среде МАТЬАБ

2.5 Выводы по разделу

3 МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РЕЧНЫХ ЗЕМЛЕСОСОВ И ПУТИ ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

3.1 Оптоэлектронные средства и технологии создания электроприводов как элементов электротехнических комплексов речных землесосов

3.2 Модели электроприводов постоянного тока с управляемыми источниками напряжения

3.3 Синтез МРС - регулятора для управления электроприводом папильонажных лебёдок землесосов в пакете PredictiveControl

3.4 Моделирование и оптимизация электроприводов папильонажных лебёдок электротехнических комплексов речных землесосов с динамическим наблюдателем

3.4.1 Оценка параметров АКЗ в МАТЪАВ и SIMULINK

3.4.2 Моделирование установившихся режимов асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (АКЗ)

3.4.3 Модели АКЗ в MATLAB и SIMULINK

3.5 Способ оценки параметров асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором по эксперименту

3.6 Выводы по разделу

4 МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМИ КОМПЛЕКСАМИ РЕЧНЫХ ЗЕМЛЕСОСОВ

4.1 Метод инкрементального группового управления генераторами электроэнергии речных землесосов с нелинейными расходными характеристиками первичных двигателей

4.2 Моделирование чувствительности критерия топливной экономичности к погрешностям измерений инкрементальных характеристик ДГА землесосов

4.3 Алгоритм параллельной работы судовых генераторных агрегатов на основе принципа оптимальности Р. Беллмана, реализованный с использованием матриц вращения

4.4 Алгоритм повышения экономичности генераторов электроэнергии электротехнических комплексов землесосов с использованием функций нечеткой логики

4.5 Модель экономичного распределения мощности ДГА электротехнического комплекса землесоса методом квадратичного программирования

4.6 Выводы по разделу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А Файлы и функции

Приложение Б Расчетная модель токов нагрузки при взаимной индуктивности

Приложение В Оценка параметров трёхфазной цепи

Приложение Г Устройство управления движением электроприводных

транспортных средств

Приложение Д Рачет электропривода с эластичным валом

Приложение Е Акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы совершенствования электротехнических комплексов речных землесосов при выполнении дноуглубительных работ»

ВВЕДЕНИЕ

Современные суда технического флота, используемые для выполнения дноуглубительных работ на водных коммуникациях, с целью поддержания заданных глубин и габаритов пути, содержат в своем составе электротехнические комплексы и их элементы, а также средства управления объектами, каковыми являются речные землесосы, землечерпательные снаряды, плавкраны и др.

Актуальность темы исследования. Основываясь на многочисленных работах отечественных и зарубежных ученых в области создания методов исследования и проектирования судовых электротехнических комплексов и электроэнергетических систем, можно полагать, что эффективность электротехнических комплексов как базовых объектов структурного и параметрического синтеза судовых систем в решении задач оптимизации, создании алгоритмов эффективного управления землесосами может быть значительно повышена. Новые технические решения, основанные на цифровых технологиях, компьютерном моделировании и принципах построения интеллектуальных систем, могут составить механизм безопасной и эффективной эксплуатации электротехнических комплексов и систем речных землесосов. Наиболее важными объектами исследования в составе комплексов являются системы позиционирования ГЛОНАСС/ОРБ, генерирования электроэнергии, рекуперации энергии транспортируемого потока, электроприводы становой и папильонажных лебедок, моделирование электроснабжения и потребления электроэнергии элементами комплексов, с целью повышения производительности землесосов и энергосбережения. Изучение системных свойств и связей средствами компьютерного моделирования, исследования компонентов систем электротехнического комплекса речного землесоса необходимы для выявления закономерностей и взаимосвязей рабочих алгоритмов, создания новой, научно - обоснованной технологии экономии топлива и энергии на земснарядах, с учетом специфики их работы. Направленность исследований на повышение производительности и энергетической эффективности землесосов средствами электротехнических комплексов и систем в режимах дноуглубления на судоходных фарватерах

определяет их актуальность и практическую ценность.

Степень разработанности: тема диссертации получила распространение в научной литературе. Результаты диссертационной работы использованы в Федеральном бюджетном учреждении «Администрация Северо-Двинского бассейна внутренних водных путей», а также в ООО «Росречинформ», согласно приведенным актам. Разработанные модели и алгоритмы управления электротехническими комплексами землесосов, а также выводы и рекомендации по совершенствованию способов управления ими использовались в учебном процессе на кафедре электротехники и автоматики ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова, что также подтверждено актом о внедрении.

Цели и задачи: теоретическое обоснование и создание моделей и алгоритмов, предназначенных для формирования энергетически эффективных режимов электротехнических комплексов речных землесосов и их компонентов. С учетом системности исследования объекта, каковым является речной землесос и его электротехнический комплекс, их направленностью на структурный и параметрический синтез, выполняемый на базе цифровых технологий, в работе решаются следующие задачи:

1. Математическое и алгоритмическое моделирование компонентов электротехнического комплекса землесоса, электроприводов становой и папильонаж-ных лебедок, с целью обеспечения энергоэффективного функционирования, поиска новых режимов и способов грунтозабора и гидротранспортирования пульпы по грунтопроводу.

2. Компьютерное моделирование электроснабжения судовых потребителей при различных схемах включения генераторов электроэнергии; исследование работоспособности при несимметричных режимах методом симметричных составляющих.

3. Модели и алгоритмы управления компонентами комплекса земснаряда, базирующиеся на применении дифференциально - геометрических способах анализа с оценкой постоянства мгновенной мощности трехфазных систем при симметричных режимах.

4. Модели электроприводов с управляемыми источниками напряжения; модели МРС - систем для управления электроприводами лебедок землесосов; моделирование и оценка параметров асинхронных короткозамкнутых электродвигателей (АКЗ) по эксперименту.

5. Оптоэлектронные модели и макеты передачи электротехнической информации в бесколлекторных электромеханических преобразователях электроэнергии.

6. Модели и алгоритмы распределения мощности параллельно работающих генераторов электроэнергии при минимизации расхода топлива, приходящегося на единицу генерируемой электроэнергии.

Научная новизна состоит в следующем:

— в моделировании компонентов электротехнического комплекса землесоса, составлении модели электропривода становой лебедки с управлением по сигналам вакуума и давления в напорной части грунтопровода;

— в разработке модели и алгоритма синтеза предиктивного апериодического регулятора для управления электроприводами;

— в разработке алгоритма идентификации и оценки параметров судовой электростанции при несимметричных нагрузках;

— в модели и алгоритме оценки постоянства мгновенной мощности трехфазных систем;

— в предложенных решениях по применению оптоэлектронных способов управления электромеханическими преобразователями, новизна которых подтверждена патентом и свидетельством на полезное устройство;

— в оценке параметров асинхронных короткозамкнутых электродвигателей (АКЗ) по эксперименту;

— в способах экономичного распределения мощности генераторов электроэнергии при параллельной работе.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в применении предложенных моделей и алгоритмов для управления электротехническими комплексами речных землесосов, исследовании общих закономерностей преобра-

зования и использования электрической энергии и электротехнической информации на качественно новом уровне. Практическая значимость определяется также применимостью алгоритмов и разработанных программ для параметрических оценок, идентификации и оптимизации элементов и систем электротехнического комплекса. Практическая значимость работы состоит также в том, что созданные модели и алгоритмы могут использоваться для разработки принципиально новых способов и средств управления электротехническими комплексами речных землесосов, основанных на технологиях построения интеллектуальных систем.

Методология и методы исследования. Объектом исследования являются электротехнические комплексы и системы речных землесосов, используемые для реализации технологии производства дноуглубления на водных коммуникациях. Предметом исследования являются модели и алгоритмы совершенствования электротехнических комплексов и систем речных землесосов.

Решение поставленных задач достигается путем применения методов, моделей, алгоритмов и компьютерных технологий, позволяющих создавать и развивать способы управления и оптимизации технологических режимов электротехнического комплекса землесоса.

Положения, выносимые на защиту:

— способ параметрического синтеза компонентов электротехнического комплекса, модель и алгоритм предиктивного управления электроприводом лебедок землесоса;

— модель электроснабжения судовых потребителей при несимметричных режимах трехфазной системы с использованием оценки постоянства мгновенной мощности по разработанному алгоритму и программе;

— модель оценки параметров асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (АКЗ) по эксперименту;

— модели и алгоритмы распределения мощности генераторов электроэнергии при параллельной работе, обеспечивающие экономию топлива судовых дизель-генераторных агрегатов на земснарядах.

Степень достоверности результатов обусловлена: применением матема-

тического аппарата, адекватного исследуемым процессам; использованием апробированных математических и численных методов оптимизации и моделирования; корректностью выбора и учета системы ограничений при моделировании электроприводов электротехнических комплексов и их компонентов; подтверждением основных выводов и положений диссертационных исследований методами компьютерного моделирования и экспериментом.

Апробация результатов. Основные положения, выводы и результаты диссертационных исследований докладывались на следующих конференциях:

1. Конференция «Инновационные технологии в области электропривода и электрооборудования»: труды научно-метод. конф. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С.О. Макарова, декабрь 2018 г.

2. VII межвузовская научно-практическая конференция аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России» ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова», 16 мая 2016 г.

3. XX Международная научно-практическая конференция: «Институт стратегических исследований», г. Москва, 25-26 декабря 2015 г.

4. V межвузовская научно-практическая конференция аспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России». - СПб. : ФГБОУ ВПО «ГУМРФ имени адмирала С. О. Макарова», 14 мая 2014 г.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 16 работ, в том числе 12 работ в изданиях, имеющихся в перечне научных журналов Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России. Получен патент на полезную модель КЧ 16091 41, выданный Федеральной службой интеллектуальной собственности РФ (Опубликовано 10.11.2016 г., авторы: Терентьев В.Е. и Сабуров С.В.).

Личный вклад автора состоит:

— в разработке моделей и алгоритмов управления электротехническими комплексами речных землесосов, согласно перечисленным выше целям и задачам исследований;

— в теоретических положениях исследований, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, вклад автора составляет не менее 35% от объема публикаций;

— в разработке моделей и способов синтеза оптимальных регуляторов для управления электроприводами лебедок речного земснаряда;

— в разработке программ в кодах MATLAB с использованием цифровых технологий и проведение эксперимента;

— в оптимизации способов и средств управления электротехническим комплексом землесоса, его элементами на основе теории интеллектуальных систем;

— в оценке параметров по эксперименту и способах моделирования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором;

— в авторских предложениях и разработке оптоэлектронных способов управления электромеханическими преобразователями, с получением патента и свидетельства на полезное устройство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и шести приложений, содержащих разработанные программы в кодах MATLAB. Общий объем работы составляет 183 страницы, список литературы состоит из 1 30 наименований. В приложениях к диссертации помещены машинные программы, разработанные автором для моделирования исследуемых процессов.

1 СПОСОБЫ И СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ РЕЧНЫМИ ЗЕМЛЕСОСАМИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ, СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

1.1 Способы и средства управления речными землесосами

Речные землесосы являются судами технического флота. Их основное назначение состоит в выполнении дноуглубительных работ на водных путях. Специфика технологии дноуглубления во многом определяет требования, предъявляемые к электротехническим комплексам судна и их системам, которые являются неотъемлемыми частями судового энергетического комплекса как единого целого, со статическими и динамическими связями.

Конструкции всех землесосов содержат: корпус, рабочие органы дноуглубления, рефулёрный насос, главный и вспомогательные двигатели, электротехнический комплекс, системы жизнеобеспечения экипажей земснарядов и др.

Схема типового речного землесоса производительностью 1800 м3/час приведена на рисунке 1.1. По миделю в носовой части корпуса размещен всасывающий наконечник с подъёмно-опускной рамой. Главный двигатель (несамоходного) землесоса служит для вращения грунтового насоса специальной конструкции и создания напора в грунтопроводе рефулерной установки. В качестве главного двигателя используется нереверсивный дизель соответствующей мощности, работающий при номинальной частоте вращения, соединенный с валом центробежного рефулёрного насоса.

На рисунке 1.1 введены следующие обозначения элементов конструкции: 1 - всасывающий наконечник; 2 - вакуумная часть грунтопровода; 3 - шаровое соединение с уплотнителем; 4 - подводный трубопровод к рефулёрному насосу; 5 -центробежный насос грунтовой смеси; 6 - дизельный двигатель; 7 - напорная часть грунтопровода, расположенная на корпусе землесоса; 8 - напорный грунтопровод с шаровыми соединениями, расположенный на понтонах; 9 - шаровое соединение элементов рефулёра; 10 - плавучий понтон; 11 - механизм для подъема

и опускания рамы; 12 - лебёдка с электроприводом для перемещения рамы; 13 -носовая становая лебёдка; 14 - носовая папильонажная лебёдка; 15 - мостик для осмотра и очистки сосуна от крупных камней и мусора; 16 - кран-балка с электроприводом для выполнения монтажных и профилактических работ.

Рисунок 1.1 - Конструктивные элементы речного землесоса

На конце грунтопровода (длиной 400 - 800 метров) расположен концевой понтон с поднятым над водой наконечником для выброса пульпы в отвал. Понтон оборудован электроприводами и якорными устройствами, предназначенными для смещения концевой части рефулёра, с целью регулирования высоты отвала песка и его закрепления в месте «выгрузки», то есть придания свойств устойчивости к размыву отвала водой.

Специфика функционирования речных землесосов определяется следующими факторами:

- способом образования грунтовой смеси;

- технологией гидротранспортирования грунта к месту отвала;

- способами перемещения и комплексом средств для позиционирования землесосов на разрабатываемой прорези;

- технологией адаптации автоматизированного электроэнергетического комплекса к работе на грунтах с различным гранулометрическим составом;

- способами обеспечения устойчивости работы рефулёрной установки на основных режимах и в случаях засорения сосуна.

Технологии с применением рефулёров традиционно используются на реках Северного бассейна. В течение каждой навигации землесосы выполняют дно-

углубительные работы на реках: Большая Северная Двина, Вычегда, Сухона, Мезень, Вашка, Вага, Юг и др. На реке Северной Двине периодически разрабатываются перекаты: Верхний, Средний, Нижний Усть-Курский, группа Марковских перекатов, Туровецкий, Нечаевский, Троицкий, Верхний Красноборский, шесть Ракульских перекатов и др. На реке Большой Северной Двине (600 км) насчитывается не менее 135 перекатов, лимитирующих гарантированные глубины судового хода в меженный период навигации. На реке Вычегда протяженностью 935 км находятся 280 перекатов, среди которых Усть-Виледьские, Коряжменские и Усть-Вычегодский перекаты разрабатываются ежегодно. Приведенные данные свидетельствуют не только о значимости применения землесосов для развития судоходства на реках Севера, но и дают возможность оценить объемы работ технических участков по обеспечению безопасности и безаварийности движения флота в регионах.

Важным направлением исследований является анализ и выбор способов управления технологическим процессом дноуглубления, состоящим в выборе эффективных режимов функционирования землесоса в конкретных условиях эксплуатации и их реализации средствами и системами электротехнического комплекса, с учетом динамики объекта, при позиционировании на прорези, с использованием для стабилизации режимов элементов и устройств системы спутниковой навигации.

1.2 Назначение и состав электротехнических комплексов речных землесосов в системе управления технологическими операциями дноуглубления на водных путях

Электротехнический комплекс землесоса (ЭКЗ) является неотъемлемой основной частью судовой энергетической установки (СЭУ), содержащий в своём составе системы и элементы, которые могут рассматриваться как самостоятельные объекты, предназначенные для реализации эффективного и безопасного функционирования судна в широком диапазоне внешних воздействий. В состав ЭКЗ входят: судовые электростанции, электроприводы постоянного и переменно-

го тока для управления системой лебедок и агрегатов, средства автоматизации СЭУ и их элементов, системы позиционирования, электроснабжения, оптимизации элементов комплекса, идентификации и мониторинга технического состояния во время функционирования.

Следует отметить, что создание новых ЭКЗ происходит в условиях ограниченных материальных и финансовых средств, которыми располагает заказчик. Поэтому стремление удовлетворить его требования при минимальных затратах на строительство судов технического флота происходит с учетом «привязки» к условиям эксплуатации по основному назначению. Исходя из условий безопасности и безаварийности работы, непременными и обязательными требованиями, предъявляемыми к ЭКЗ, остаются:

- обеспечение постоянной мощности судовых генераторов, не превышающей номинальных значений как условие соблюдения симметрии нагрузки и высокого качества электроэнергии судовой сети;

- обеспечение заданной перегрузочной способности оборудования;

- обеспечение максимальных значений коэффициента мощности судовой электростанции, с учетом требований заказчика;

- выбор энергоэффективных рабочих режимов систем и элементов ЭКЗ;

- обеспечение устойчивости динамических режимов земснаряда средствами ЭКЗ и требований к переходным процессам;

- минимизация коэффициентов несинусоидальности напряжения и тока электрооборудования ЭКЗ.

В системе управления технологическими операциями дноуглубления используются электроприводы оперативных лебёдок, с помощью которых обеспечивается передвижение земснаряда по разрабатываемой поверхности перекатов при производстве работ, а также выполняются технологические операции по пропуску судов.

С помощью становой и папильонажных лебёдок земснаряд удерживается на заданном курсе и одновременно выбирается становой трос. Для достижения высокой производительности, необходим определенный угол разворота земснаряда

относительно заданного направления. Для этого используются кормовые боковые лебёдки. Работа этих лебёдок согласована с работой носовых лебёдок.

1.3 Автоматизированные системы контроля и мониторинга технологии дноуглубления как элементы электротехнического комплекса речных

землесосов

Применение в составе ЭКЗ систем позиционирования на базе ГЛОНАСС/GPS кардинально изменило технологические способы управления процессом грунтозабора и гидротранспортирования пульпы. Заметно совершенствовались качество и эффективность дноуглубления за счет повышения точности удержания землесоса на каждой разрабатываемой траншее, электронных средств оценки рабочих параметров и их интегральных величин. Значительно улучшились способы управления электроприводами как составными частями электротехнических комплексов земснарядов.

Типовую систему управления электроприводом папильонажными лебёдками можно представить функциональной схемой, приведенной на рисунке 1.2. Электропривод состоит из силовой части, системы управления и датчиков информации. Силовая часть электропривода представлена электродвигателем постоянного тока, тиристорным преобразователем, согласующим трансформатором, механическим преобразователем-редуктором, к валу которого присоединен исполнительный механизм. Согласующий трансформатор (TV) предназначен для согласования напряжения сети 380/220 Вольт с напряжением якоря электродвигателя. В электроприводе используется электродвигатель с независимым возбуждением (LM). Якорь электродвигателя подключается к выходу инвертора, который управляется с помощью системы импульсно-фазового управления (СИФУ).

Для управления электроприводом используют датчики тока и скорости (та-хогенератор ВR), сигналы с которых поступают в систему управления электроприводом (СУЭП). Система управления электроприводом воздействует на систему импульсно-фазового управления реверсивного тиристорного преобразователя переменного напряжения в постоянное. Входной информацией для системы

управления электропривода являются сигналы с командоконтроллера (ЗА), датчиков тока и скорости. Командоконтроллер предназначен для задания скорости вращения электродвигателя и имеет четыре положения.

Рисунок 1.2 - Функциональная схема системы управления электроприводом Специфика работы землесоса состоит в обеспечении устойчивого положения на прорези с помощью электроприводов лебедок. При этом важно оценивать процесс управления по силе натяжения тросов лебедок. Поскольку землесос представляет собой объект с изменяющейся формой рефулёра, определение сил и моментов, воздействующих на него, весьма затруднено.

Оценку сил, воздействующих на землесос в квазистационарном режиме, выполним применительно к земснаряду «Северо-Двинский-714». Моделирование управления скоростью электродвигателя привода папильонажной лебёдки, установленной на земснаряде «Северо-Двинский-714», произведем средствами инструментария МАТЬАБ по алгоритмам, составленным с применением элементов объектно-ориентированного программирования. Лебёдка предназначена для осуществления рабочего хода земснаряда при папильонажном способе перемещения в процессе разработки перекатов.

Рассмотрим положение земснаряда в режиме багермейстерского папильо-нирования, в положении разработки второй серии выработки. Земснаряд находится на правой кромке (рисунок 1.3). Натяжение станового троса Т1=8 кН, угол отклонения от продольной оси землесоса 470. Натяжение троса папильонажной лебедки правого борта Т2=4 кН, угол отклонения от продольной оси минус 380, а для лебедки левого борта эти величины составили Т3=3 кН и 1200. Четвертое тя-

говое усилие приложено к кормовой части земснаряда по направлению продольной оси судна и составляет Т4=2 кН с углом 2270. Полагая равновесное положение землесоса, мы можем оценить равнодействующую силу R, характеризующую внешние воздействия и приложенную к неподвижной точке. Результаты расчета представлены на рисунке 1.4 в форме векторной диаграммы.

Рисунок 1.3 - Схема перемещения земснаряда а) - параллельный папильонаж; б) - багермейстерский папильонаж

На рисунке 1.3 обозначена очередность положений земснаряда цифрами 1,2,3, угол между продольной осью снаряда и осью прорези, скорость движения земснаряда по папильонажной ленте - Уп, величина подачи по становому тросу -1с.

Результат оценки: Я=7.3114 кН; угол приложения кумулятивной силы: 218.22120.

При наличии оценок вектора R появляется возможность исследования поведения земснаряда в динамике, с учетом присоединенных к модели масс воды, что

составляет специфику реализации технологии дноуглубления при различных способах ее осуществления.

Т1=[8 кН,47град.]

Т2=[4кН,-38град.]

ТЗ=[ЗкН,120град.]

Т4=[2кН,227град.]

Р=7.3114кН,

а№=268.2212

град.

150

180

210

120

90

60

330

240

270

300

Рисунок 1.4 - Векторная диаграмма натяжения тросов электроприводов лебёдок в стационарном режиме землесоса

Располагая тяговыми усилиями лебёдок и скоростями выбирания троса, мы можем оценить мощность электродвигателя привода. Предположим, что при максимальном тяговом усилии лебёдки Т1=100 кН максимальная скорость выбирания троса должна составлять не менее 12 м/мин. Тогда мощность электродвигателя привода лебедки может быть оценена следующим образом.

Поскольку скорость землесоса равна У=0.2 м /с, то мощность определяют по формуле

р = тг-у = ^ = + Вт, (1.1)

ц 0.82 ' 4 '

где ц - КПД лебедки.

Принимая оценочное значение Р=24.5 кВт, можно выполнить другие компоненты расчета привода: выбор электродвигателя по каталожным данным, выбор силового трансформатора, демпфирующего дросселя, тиристорных элементов, расчет параметров тиристорного преобразователя, расчет электромеханических

характеристик электропривода и др. Все эти операции принято производить по известным методикам, с учетом требований стандартов.

Для управления всеми перечисленными способами применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), обеспечивающая изменение ширины фиксированного сигнала путем регулирования длительности импульсов, связанных с обработкой аналогового сигнала.

Управление ШЯ" - вольт на герц, часто называемое как ШР, является самым простым способом. ШР — это способ стабилизации скорости асинхронного электродвигателя, допускающий групповое управление несколькими электроприводами от одного преобразователя частоты. В этих случаях все электрические машины пускаются и останавливаются одновременно, а также работают с одной частотой.

Для повышения точности управления скоростью вращения электродвигателя в системе и/Б используют абсолютный энкодер, либо дополнительно добавляют инкрементальный энкодер. Введение энкодерной обратной связи обеспечивает получение ошибки, не превышающей в установившемся режиме 0.03%.

Векторное управление, в отличие от способа ШР, базируется на векторном алгоритме определения максимально эффективного напряжения работы электродвигателя, который реализует процесс формирования «пространственного» вектора, вращающегося с частотой поля электродвигателя.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сабуров Сергей Валерьевич, 2020 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Абакумов А. М. Электрический привод. Ч.1. Электроприводы постоянного тока: учеб. пособ. / А.М. Абакумов, П.В. Тулупов, Ю.А. Чабанов. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2010. - 123 с.

2. Алексеев, В. М. Оптимальное управление / В. М. Алексеев, В. М. Тихомиров, С. В. Фомин. - Изд. 3-е, испр. и доп. - Москва: Физматлит, 2007. - 407 с.

3. Андрианов Е. Н. Диагностирование рабочего процесса судового дизеля по эталонным моделям с применением вейвлетов / Е. Н. Андрианов, В. В. Сахаров, А. Г. Таранин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2013. — № 3. — С. 46-54.

4. Андрианов Е. Н. Модальный метод параметрического демпфирования динамической системы / Е. Н. Андрианов, В. В. Сахаров, А. Г. Таранин // Журнал университета водных коммуникаций. — 2012. — № 4. — С. 56-87.

5. Андриевский Б. Р. Избранные главы теории автоматического управления с примерами на языке Ма1ЬаЬ / Б. Р. Андриевский, А. Л. Фрадков. — СПб.: Наука, 2000. — 475 с.

6. Ахметзянов А. В. Структурные модели стационарных процессов в нелинейных сетях / А. В. Ахметзянов, Л. И. Григорьев, С. В. Спиридонов // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2007. — № 3. — С. 37-48.

7. Барышников С. О. Автоматизация и повышение эффективности использования топлива на судах / С. О. Барышников, А. А. Кузьмин, В. В. Сахаров, С. Н. Тарануха. - СПб.: Изд-во Политехнического ун-та, 2016. — 390 с.

8. Башарин А. В. Управление электроприводами:/ А. В. Башарин, В. А. Новиков, Г. Г. Соколовский. — Л.: Энергоиздат: Ленингр. отд-ние, 1982. — 392 с.

9. Безюков О. К. Использование хладопотенциала сжиженного природного газа для снижения выбросов диоксида углерода теплоэнергетическими установками, работающими на сжиженном природном газе / О. К. Безюков, В. Л. Ерофеев, А. С. Пряхин // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2016. - № 3 (37). — С. 143-155.

10. Бесекерский В. А. Теория автоматического регулирования / В. А. Бесе-керский, Е. П. Попов. — М.: Наука, 1975. — 768 с.

11. Брайсон, А. Прикладная теория оптимального управления / А. Брайсон, Хо Ю-ши. - М.: Мир, 1972. - 544 с.

12. Боченков, Б.М. Алгоритм управления, обеспечивающий желаемое сочетание энергетических и динамических свойств электропривода переменного тока / Боченков Б.М., Филюшов Ю.П.// Электротехника. - 2011. - №6. - С. 53-58.

13. Воронцовский А. В. Прогнозирование макроэкономических показателей в режиме имитации на основе стохастических моделей экономического роста / А. В. Воронцовский, А. Ю.Дикарев // Финансы и Бизнес. - 2013. - №2. - С.51.

14. Гаврилов А. Анализ воздействия режимов работы тепловых электростанций на окружающую среду / А. Гаврилов, А. Махнитко // Elektroenergetika Journal. - 2008. - №2. - С.32.

15.Герман-Галкин С. Г. Matlab&Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК. - СПб. : КОРОНА-Век, 2008.— 368 с.

16. Гладков Г. Л. Водные пути и гидротехнические сооружения: Учебник для вузов/ Г. Л. Гладков, М. В. Журавлев, А. В. Москаль — СПб, СПГУВК, 2011. - 440 с.

17. Глущенко В. В. Моделирование динамических систем и электрических цепей в среде MATLAB: учеб. пособие / В. В. Глущенко, В. В. Сахаров, Ю. В. Сумеркин. — СПб.: СПГУВК, 1998. — 293 с.

18. Голубев П. В. Информационное обеспечение, моделирование и оптимизация корпоративной структуры специализированного порта / П. В. Голубев, В. И. Королев, В. В. Сахаров // Труды института системного анализа Российской академии наук. — 2005. — Т. 17. — С. 222-235.

19. Голубев П. В. Модели и алгоритмы оптимизации технологических процессов на судах и управления судовыми техническими средствами: дис... канд. техн. наук / П. В. Голубев. — СПб.:СПбГУВК, 2010. — 213 с.

20. Государственная программы Российской Федерации «Развитие судостроения на 2013-2030 годы».— 189 с.

21. Грешилов А.А. Математические методы принятия решений / А.А.Грешилов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. -584 с.

22. Гришкин В. В. О деятельности в области сокращения выбросов парниковых газов с судов / В. В. Гришкин // Научно-технический сборник Российского морского регистра судоходства. - 2011. - № 34. - С. 153-166.

23. Гудвин Г. К. Проектирование систем управления / Г. К. Гудвин, С. Ф. Гребе, М. Э. Сальгадо. — М.: Бином, 2004. — 911 с.

24. Демирчян К. С. Моделирование и машинный расчет электрических цепей: учебное пособие для вузов / К. С. Демирчян, П. А. Бутырин. - Москва: Высш. шк., 1988.. - 335 с

25. Дементьев Ю.Н. Автоматизированный электропривод: учебное пособие. / Ю.Н. Дементьев, А.Ю. Чернышев, И.А. Чернышев — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. - 224 с.

26. Дементьев, Ю. Н. Электрический привод: учебное пособие / Ю. Н. Дементьев, А. Ю. Чернышев, И. А. Чернышев; Министерство образования и науки Российской Федерации, Национальный исследовательский Томский политехнический университет. - 2-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2013. - 223 с.

27. Драчев Г.И. Теория электропривода: Учебное пособие./ Г.И. Драчев -Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2005. Часть 1. — 209 с.

28. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп. — М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. — 832 с.

29. Дьяконов В. П. Математические пакеты расширения Ма^АВ. Специальный справочник / В. П. Дьяконов, В. В. Круглов. - СПб.: Питер, 2001. - 480 с.

30. Дьяконов В. П. МАТЬАВ и SIMULINK для радиоинженеров / В. П. Дьяконов — М. : ДМК, 2011. — 975 с.

31. Жуков В. А. Контроль качества теплоносителей жидкостных систем охлаждения / В. А. Жуков // Контроль. Диагностика. - 2011. - № 9. - С. 66-72.

32. Зобов И.Б. Семь различий преобразователей частоты и систем частотного регулирования / И.Б. Зобов, Е.А. Киселева // Теплоэнергоэффективные технологии. — 2007. — № 2. — С. 11-18.

33. Иванов Е. Н. Способ расчета электрических цепей на основе квадратичного программирования / Е. Н. Иванов, А. В. Черничкова, М. Б. Шамсиева // Журнал университета водных коммуникаций. — 2012. — № 4. — С. 67-71.

34. Иванченко А. А. Энергетическая эффективность судов и регламентация выбросов парниковых газов / А. А. Иванченко, А. П. Петров, Г. Е. Живлюк // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2015. - № 3 (31). — С. 103-112.

35. Ильинский, Н.Ф. Основы электропривода/ Н.Ф. Ильинский. — М.: Изд-во МЭИ, 2003. — 224 с.

36. Каганович Б. М. Термодинамика теории цепей и их совместные применения в энергетических исследованиях / Б. М. Каганович, Н. И. Воропай, В. А. Стенников [и др.] // Известия Российской академии наук. Энергетика. — 2014. — № 5. — С. 3-15.

37. Каганович Б. М. Технология термодинамического моделирования. Редукция моделей движения к моделям покоя / Б. М. Каганович, А. В. Кейко, В. А. Шаманский [и др.]. — Новосибирск: Наука, 2010. — 236 с.

38. Карлащук В.И. Спутниковая навигация. Методы и средства / В.И. Кар-лащук, С.В. Карлащук — М.: СОЛОН-Пресс, 2006. — 176 с.

39. Кацман М. М. Электрический привод: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования. 5-е изд./ М. М. Кацман — М.: Издательский центр «Академия», 2013.— 384 с.

40. Козлов В.Н. Системный анализ и принятие решений / В.Н. Козлов. — СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2008. — 223 с.

41. Копылов, И. П. Математическое моделирование электрических машин. / И. П. Копылов,- М.:Высш. шк., 2001.— 327 с.

42. Лазарев Ю. Ф. Ма^аЬ 5.x / Ю. Ф. Лазарев. — Киев: ВНУ, 2000.— 384 с.

43. Ларичев О.И. Вербальный анализ решений / О.И. Ларичев. М.: Наука, 2006. - 181 с.

44. Левин А. А. Расчет потокораспределения в системе пылеприготовления ТЭС / А. А. Левин, Э. А. Таиров, В. Ф. Чистяков // Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем: сб. науч. тр. / Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН. — М., 2010. — С. 114-122.

45. Магомедова А. В. Результаты компьютерного моделирования гидравлических процессов на устьевом участке русла реки Терек с использованием программного комплекса TEREKFLOODGIS / А. В. Магомедова, М. А. Гуруев // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. — 2008. — № 14. — С. 126-132.

46. Мазур Г. С. Определение расходов воды речных потоков при минимуме полевых измерений / Г. С. Мазур // Известия Иркутского государственного университета. Серия «Наука о Земле». - 2009. - T. 1. - № 1. - C. 93-106.

47.Медведев В.С. Control system toolbox. MatLab 5 для студентов / В. С. Медведев, В. Г. Потемкин. — М. : ДИАЛОГ МИФИ, 1999. — 287 с.

48. Международная конвенция по предотвращению загрязнения с судов (MARPOL 1973/78). [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1828544 (дата обращения: 24.03.2014).

49. Меренков А.П. Математическое моделирование и оптимизация систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения / А. П. Меренков, Е. В. Сеннова, С. В. Сумароков [и др.]. - Новосибирск: Наука, 1992. - 405 с.

50. Меренков А.П. Теория гидравлических цепей / А. П. Меренков, В. Я. Хасилев. - М.: Наука, 1985. - 274 с.

51. Мещеряков, В.Н. Системы асинхронного электропривода на базе инвертора тока и инвертора напряжения с оптимальным частотным управлением / Монография. Липецк. ЛФ МИКТ - 2013. - 112 с.

52. Мещерякова О.В. Построение модели нейросетевой системы управления электроприводом постоянного тока / Материалы 13-й Международной научно-

технической конференции «Информационные системы и технологии» Нижний Новгород. 21.04.2017. - С. 251-255.

53. Мирошник И. В. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами / И. В. Мирошник, В. О. Никифоров, А. Л. Фрадков. — СПб.: Наука, 2000. — 550 с.

54. Митряшкин Ю.В. Линейные модели управляемых динамических систем. Ч. 1. Уравнения «вход - выход» и «вход - состояние - выход»: учеб. пособие / Ю. В. Митряшкин. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2008. — 222 с.

55. Олссон Г. Цифровые системы автоматизации и управления / Г. Олссон, Дж. Пьяни. — СПб., 2001. — 577 с.

56. Пантина Т. А. К вопросу формирования системы мониторинга подпрограммы «Внутренний водный транспорт» ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010 - 2020 годы)» / Т. А. Пантина, С. А. Бородулина // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2015. — № 3 (31). — С. 124-132.

57. Пашинский, И.О. Интеллектуальная система управления электроприводом в задачах навигации мобильного робота / И. О. Пашинский, А. В. Юдин // Сборник научных трудов. 13-ая молодежная научно-техническая конференция "Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы 2011". М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. - С. 258-262.

58. Попов Е. П. Теория линейных систем автоматического регулирования и управления / Е. П. Попов. — М.: Наука, 1989. — 304 с.

59. Пригожин И. Р. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур / И. Р. Пригожин, Д. Кондепуди. - М.: Мир, 2002. -461 с.

60. Понтрягин, Л. С., Математическая теория оптимальных процессов / Л.С. Понтрягин, В. Г. Болтянский, Р. В. Гамкрелидзе, Е. Ф. Мищенко. - 4-е изд., стер. -М.: Наука, 1983. - 392 с.

61. Румянцев, А.Ю. Пути повышения энергоэффективности судовых электроэнергетических систем/Труды научно-методической конференции «Инноваци-

онные технологии в области электропривода и электрооборудования», 7 декабря 2018 г., СПб.: изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2018. - С. 37 - 38.

62. Рудых С. В. Системы ориентации земснарядов на основе глобальных навигационных спутниковых систем / С. В. Рудых // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2013. -№ 2. - а 89-95.

63. Сабуров С.В. Автоматизация оценки расходов воды на водных коммуникациях Севводпути на базе принципа наименьшего действия / С.В. Сабуров // УПМежвузовская научно-практическая конференцияаспирантов, студентов и курсантов «Современные тенденции и перспективы развития водного транспорта России».- ФГБОУ ВО «ГУМРФ имени адмирала С.О. Макарова». - 2016. - С.45.

64. Сабуров С. В. Автоматическая стабилизация курса земснаряда / С. В. Сабуров // Естественные и технические науки. - 2016. - № 12. - С. 52-56.

65. Сабуров С.В. Алгоритм наблюдателя пониженного порядка системы управления курсом судна для оценки возмущений и шумов измерений / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2017. - Том 9. - №1. -С. 211-220.

66. Сабуров С.В. Алгоритм повышения экономичности электроэнергетических систем на водном транспорте с использованием функции нечеткой логики / Д.В. Дмитренко, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2017. -Том 9. - №2. - С. 422-431.

67. Сабуров С.В. Алгоритмизация и синтез систем управления судовыми динамическими объектами средствами математического программирования / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. - 2016. - № 3 (37). - С. 201-211.

68. Сабуров С.В. Исследования переходных процессов в системе с переменной структурой (водные пути) / С.В. Сабуров //XX Международная научно-

практическая конференция «Теория и практика современной науки». - Москва: Изд-во «Институт стратегических исследований», Изд-во «Перо». - 2015.- С. 4448.

69. Сабуров С. В. Моделирование и автоматизация технологических процессов на водных путях/ В.Г. Шмыков, В.В. Сахаров, С.В. Сабуров, Котлас: Изд. филиал «Дом печати - ВЯТКА». - 2015. - 192 с.

70. Сабуров С.В. Моделирование процессов управления электроприводом ипапильонажных лебедок речных землесосов / С.В. Сабуров // Практическая силовая электроника. - 2018. - № 3 (71). - С. 28-33.

71. Сабуров С.В. Моделирование расходов воды речных потоков водных коммуникаций на основе принципа наименьшего действия / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2016. - № 2 (36). - С. 175-182.

72. Сабуров С.В. Моделирование стационарных режимов в электрических и гидравлических сетях средствами нелинейного программирования / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2015. - № 3 (31). - С. 156-164.

73. Сабуров С.В. Моделирование электропривода папильонажных лебедок / С.В. Сабуров // Практическая силовая электроника. - 2018. - № 2 (70). - С. 41-44.

74. Сабуров С.В. Параметрическая настройка ПИД-регуляторов динамических систем средствами МЛТЬЛБ / А.А. Чертков, Д.С. Тормашев, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2014. - № 5 (27). - С. 164-171.

75. Сабуров С.В. Предиктивное апериодическое управление динамическими объектами на водном транспорте с использованием математического программирования / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2016. -№ 5 (39). - С. 206-214.

76. Сабуров С.В. Способ энергоэффективного управления судовыми дизель - генераторными агрегатами / В.В. Сахаров, А.А. Чертков, С.В. Сабуров // Вест-

ник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова.- 2019. -Том 11. - № 4. - С.786 -793.

77. Сабуров С.В. Устройство управления движением транспортных средств/ В.Е. Терентьев, С.В. Сабуров // Патент на полезную модель. ПАТ. КЧ 166091. Российская Федерация. - 2016.- Опубликовано 10.11.2016. Бюллетень №31.

78. Сабуров С.В. Электропривод как основа развития перспективных высокотехнологичных транспортных систем /С.В.Сабуров, А.А. Чертков,

B.В.Сахаров//Инновационные технологии в области электропривода и электрооборудования: труды научн.-метод.конф. - СПб.: Изд-во ГУМРФ имени адмирала

C. О. Макарова. - 2018. - С 28 -30.

79. Сабуров С.В. Энергоэффективное управление судовой динамической системой на основе теории неравенств / А.А. Чертков, Д.С. Тормашев, С.В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. - 2014. - № 4 (26). - С. 54-58.

80. Савичев О. Г. Метод определения характерных расходов воды рек гу-мидных областей Западной Сибири при отсутствии данных наблюдений / О. Г. Савичев, В. В. Паромов // Фундаментальные исследования. - 2013. - №№ 10 - 14. -С. 3157-3160.

81. Сазонов А. Е. Модальный метод синтеза наблюдателя для системы управления курсом судна. Вестник государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова. / А.Е. Сазонов, В.В. Сахаров, А.А. Чертков //2016. - № 4(38). - С. 211 - 223.

82. Самойленко, В. И. Техническая кибернетика: / В. И. Самойленко, В. А. Пузырев, И. В. Грубрин. - М. : Изд-во МАИ, 1994. - 279 с. // гл. 4 «Оптимальные системы управления динамическими объектами и процессами», С. 63 - 113.

83. Самосейко, В. Ф. Алгоритмы управления асинхронным электродвигателем при двойном питании. / В. Ф. Самосейко, Ф. А. Гельвер // Электроника и электрооборудование транспорта. - 2008. - №3. - С. 32 - 36.

84. Самосейко, В. Ф. Теоретические основы управления электроприводом / В. Ф. Самосейко. - Санкт-Петербург: ЭЛМОР, 2007. - 459 с.

85. Саушев, А. В. Параметрический синтез электротехнических устройств и систем / А. В. Саушев. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2013. -315 с.

86. Саушев А.В. Основы электромеханического преобразования энергии: учеб.пособие/ А.В. Саушев. -СПб.: СПГУВК, 2012. - 246 с.

87. Сахаров В. В. Алгоритм энергоэффективного управления курсом судна / В. В. Сахаров, А. Г. Таранин, А. А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2013. — № 3 (22). — С. 38-46.

88. Сахаров В. В. Балансовые модели и их применение в автоматизированных системах управления производством / В. В. Сахаров, А. А. Кузьмин // Журнал университета водных коммуникаций. - 2013. - № 1. - С. 46-53.

89. Сахаров В. В. Модели и алгоритмы оптимизации технологических процессов на объектах водного транспорта в среде МА^АВ: монография / В. В. Сахаров, А. А. Кузьмин, А. А. Чертков. - СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2015. - 43.

90. Сахаров В. В. Предиктивное апериодическое управление динамическими объектами на водном транспорте с использованием математического программирования / В. В. Сахаров, А. А. Чертков, С. В. Сабуров // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. -2016. - № 5 (39). - С. 206-214.

91. Сахаров В. В. Применение матрицы Крылова для апериодического управления динамическими объектами / В. В. Сахаров, В. И. Королев // Журнал университета водных коммуникаций. - 2011. - № 1. - С. 83-87.

92. Сахаров В. В. Синтез оптимального оценивателя для системы управления судовым динамическим объектом / В. В. Сахаров, О. В. Шергина, А. А. Чертков // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2013. — № 1 (20). — С. 26-31.

93. Семенов Ю. А. Электрооборудование земснарядов / Ю. А. Семенов, В.И. Иванов — М.: Транспорт, 1986. — 295 с.

94. Сергеев, А. С. Основы автоматизированного электропривода: / А. С. Сергеев, А. М. Макаров, Ю. П. Сердобинцев, - Волгоград: Волгоградский гос. технический ун-т, 2014. - 113 с.

95. Скворцов, В.А. Тенденции в развитии транспортных средств с использованием электрического привода / В. А. Скворцов, А. А. Берестов // Силовая электроника. - 2004, № 1. - С. 85 - 87.

96. Сюбаев, М. А. Аварии и неисправности в судовых электроустановках / М. А. Сюбаев, А. Б. Хайкин, Е. А. Шеинцев. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1980. - 124 c.

97. Токарев, Л. Н. Судовая элекротехника и электромеханика / Токарев Л.Н. - Санкт-Петербург : Береста, 2006. - 320 с.

98. Толшин, В. И. Автоматизация судовых энергетических установок: / В.И. Толшин, В. А. Сизых. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Р Консульт, 2003. - 302 с.

99. Томашевский, Ю. Б. Системный анализ адаптивных электротехнических комплексов / Ю. Б. Томашевский, Н. П. Митяшин, - Саратов:Саратовский гос. технический ун-т, 2006. - 129 с.

100. Усков А.А. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечёткая логика / А. А. Усков, В. В. Кузьмин. - М.:Горячая линия - Телеком, 2004. - 143 с.

101. Филипс Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филипс, Р. Хар-бор. - М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. - 616 с.

102. Хасанов И. И. Развитие средств и технологий морского транспорта сжиженных газов: дис. канд. техн. наук: 07.00.10 / И. И. Хасанов. - Уфа, 2015. -160 с.

103. Boutat D. On the transformation of nonlinear dynamical systems into the Extended Nonlinear Observable Canonical Form / D. Boutat, K. Busawon // International Journal of Control. — 2011. — Vol. 84. — Is. 1. — Pp. 94-106.

104. Cheon, K. On Replacing PID Controller with Deep Learning Controller for DC Motor System," / K. Cheon, J. Kim, M. Hamadache, D. Lee // J. Autom. Contro-lEng., vol. 3, no. 6, 2015. - Pp. 452-456.

105. Chen X. State observer for a class of nonlinear systems and its application to machine vision / X. Chen and H. Kano // IEEE Transactions on Automatic Control. — 2004. — Vol. 49. — Is. 11. — Pp. 2085-2091.

106. Cho B. B. A distributed control approach to optimal economic dispatch of power generators. Masterthesis./ B. B. Cho // — The University of Iowa, 2010. — 32 p.

107. Doncker R.D., Pulle D.W.J., Veltman A. Advanced electrical drives: analysis, modeling, control / R.D. Doncker, .W.J.Pulle, A.Veltman - Springer, 2011. . — 462 p.

108. Energy Efficiency related Rules and Regulations [3neKTpoHHbiHpecypc]. — EEDI and Ship Design 2014 — Pe^HMgocTyna:

http://laradi.fi/images/files/syyspaivat_2014/Deltamarin_Elg_EE_Rules_and_Regulatio ns_-_EEDI.pdf.

109. Hui S. Observer design for systems with unknown inputs / S. Hui, S. H. Zak // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. — 2005. — Vol. 15. — Is. 4. — Pp. 431-446.

110. Kaganovich B. M. On the area of equilibrium thermodynamics application / B. M. Kaganovich, A. V. Kelko, V. A. Shamansky, I. A. Shirkalin // Proc. of ASME 2044 International Mech. Eng. Congress. November, 13 - 19. - Anaheim, California, USA, 2004. - Pp. 197-203.

111. Liuping W. Model Predictive Control System Design and Implementation Using MATLAB / W. Liuping —SpringerVerlag, 2009.- 403 p.

112.Luenberger D.G. Introduction to Dynamic Systems, Theory, Models, and Applications / D. G. Luenberger. — New York: John Wiley & Sons, 1979. — 446 p.

113. McGookin E. W. Ship steering control system optimisation using genetic algorithms / E. W. McGookin, D. J. Murray-Smith, Y. Li, T. I. Fossen // Control Engineering Practice. — 2000. — Vol. 8. — Is. 4. — pp. 429-443.

114. Miranda H.Predictive torque control of induction machines based on statespace models / H. Miranda, P. Cort'es, J. I. Yuz, and J. Rodriguez// IEEE Transactions on Industrial Electronics,— 2009. — Vol. 56. — Is. 6. — Pp. 1916-1924.

115. NiederleM. Marketculture: Hownormsgoverningexplodingoffersaffectmar-ketperformance/ M.NiederleandA. E. Roth// AmericanEconomic Journal: Microeconomics. — 2009. — Is. 2, — Pp. 199-219.

116. Ottinger H. C. Beyond Equilibrium Thermodynamics / H. S. Ottinger. — Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2005. — 635 p.

117. Qin S. J.Asurveyofindustrialmodelpredictivecontroltechnology / S. J. Qin, T. A. Badgwell // ControlEngineeringPractice. — 2003. — Vol. 11. — Pp. 733-764.

118. Rajvanshi S. Performance evaluation of various controllers designed for an industrial first order plus delay process / S. Rajvanshi, P. Juneja // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering. — 2013 (April). — Vol. 2. — Is. 4.

119. Ramdani N. Computing reachable sets for uncertain nonlinear monotone systems./N. Ramdani, N. Meslem, Y. Candau // Nonlinear Analysis: Hybrid Systems. -2010. - Vol. 4. - Is. 2. -Pp. 263-278.

120.Ramesh G. Optimal Dispatch of Real Power Generation Using Classical Methods / G. Ramesh, T. K. Sunil Kumar // International Journal of Electronics and Electrical Engineering. - 2015. - Vol. 3. - №. 2. - Pp. 115-120.

121. Richter Brian D. Ecologically sustainable water management: managing river flows for ecological integrity / Brian D. Richter, M. Ruth, D. L. Harrison, R. Wiging-ton // Ecological Applications. — 2003. — Vol. 13. — Issue 1. — Pp. 206-224.

122. Rodriguez J. Predictive current control of a voltage source inverter / J. Rodr'iguez, .J. Pontt. C. Silva // IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 54, no. 1, pp. 495-503, February 2007.

123. Rusu M.S., Grama L. The design of a DC motor speed controller/ Fascicle of Management and Tech. Eng. Vol. VII (XVII), 2008, pp.1055 - 1060.

124. Saadat H. Power System Analysis / H. Saadat. - 2nd edition. - McGraw-Hill Primis Custom Publishing, 2002. - 712 p.

125. Saadat H. Power System Analysis / H. Saadat. - USA: McGraw-Hill Higher Education, 1999. - 720 p.

126. Shrivastava A. A Simulation Analysis of Optimal Power Flow using Differential Evolution Algorithm for IEEE-30 Bus System / A. Shrivastava, H. M. Siddiqui // International Journal of Recent Development in Engineering and Technology. -2014. -Vol. 2. - Is. 3. - Pp. 50-57.

127. Tomera M. Nonlinear controller design of a ship autopilot / M. Tomera // International Journal of Applied Mathematics and Computer Science. - 2010. - Vol. 20. -Is. 2. - Pp. 271-280.

128. Wang Y. Observer design using a generalized time-scaled block triangular observer form / Y. Wang, A. F. Lynch // Systems & Control Letters. - 2009. - Vol. 58. — Is. 5. - Pp. 346-352.

129. Yang J. A complete solution to a simple case of dynamic observer error linearization: New approach to observer error linearization/J. Yang, J. Back, J. H. Seo // IE-ICE transactions on fundamentals of electronics, communications and computer sciences. - 2011. -Vol. 94. - №. 1. - Pp. 424-429.

130. Zheng G. A single output dependent observability normal form/G. Zheng, D. Boutat, and J. P. Barbot // SIAM Journal on Control and Optimization. - 2007. - Vol. 46. - Is. 6. - Pp. 2242-2255.

Приложение А Файлы и функции

Файл 8аИ999а.ш

% Исходные данные:

21=100+] *0; 22=10+]*20; У=200*ехр(р0); Г=50;

РБЛ=0.8;

%Токи:

П=У^1;

12=У/22;

% Мощности элементов цепи:

81=У*соп](И);

32=У*сои](12);

% Полная мощность, ток и коэффициент мощности: 8=81+82; в=аЬв(8);

Г1а=аи§1е(8)*180/р1; 1=соп](8)/сои](У); Г1Ь=ап§1е(1); РБ=^(аЫ(йЬ));

% Оценка С при условии коррекции коэффициента

% мощности до значения 0.8

1еИ=асо8(РБЛ);

1еШ=е^*180/р1;

0а=геа1(8)Пап^еи);

0с=(1шав(8)-0а);

8с=-]*0с;

2с=(аЬБ(У))л2/соп](8с);

С=1.0е+06/(2*р1*Ра^(2с));

% Полная мощность и ток после коррекции:

8Ь=геа1(8)+]*Оа;

БЬ=аЬБ(8Ь);

йс=ап§1е(8Ь);

Й1с1=ап§1е(8Ь)*180/р1;

Inew=conj(8Ь)/conj(У);

Inew1=aЬs(Inew);

an_Inew=ang1e(Inew);

an_InewD=ang1e(Inew)* 180/р1;

% Уменьшение потребляемого от сети тока:

de1tI=abs(I)-abs(Inew);

%==================================

% Выходные данные: У % Напряжение, В.

S % Мощность, потребляемая цепью, ВА. Sb% Мощность с присоединением С. abs(I)% Ток до коррекции, А. abs(Inew)% Ток после коррекции, А.

de1tI% Уменьшение тока цепи в результате компенсации реактивной мощности, А. С% Емкость компенсатора, мкФ.

% Углы (в радианах) требуемого и полученного коэффициентов мощности: [йсап^е(8Ь)]

Файл sah743a.m

% Моделирование процессов в трёхфазных и многофазных системах. % По файлу sah743.m.

% Построение ЭДС, токов и суммарной мощности многофазных систем (m=3,...,12): m=12;

e=[]; is=[];PT=[]; Em=230*sqrt(2); Im=10; f=50; w=2*pi*f;

fi=45*pi/180;

for t=0:0.0001:0.02;

k=1:m;

% Напряжение к-фазы

ek=Em*cos(w*t-(2*k-1)*pi/m);

%Токк-фазы

isk=Im* cos(w*t-2*(k- 1)*pi/m-fi/m); % Мощность к-фазы pt=ek.*isk;

% Формирование векторов

e=[e;ek];

is=[is;isk];

PT=[PT;pt];

end

e;

is;

PT1=PT';

PPT=sum(PT1);

t=0:0.0001:0.02;

plot(t,e,'.',t,is.*10,t,PPT.*0.22/m,'.'), grid

Файл sah904.m

% sah904.m

% «Звезда - звезда» с нулевым проводом. Ef=220;

Ea=Ef*exp(j*0); Eb=Ef*exp(-j*2/3*pi);

Ec=Ef*exp(j*2/3*pi);

Za=6.32; Zb=j*6.32; Zc=-j*6.32;

Ia=Ea/Za; Ib=Eb/Zb; Ic=Ec/Zc;

% Ток в нулевом проводе:

In=Ia+Ib+Ic

% Построение векторных диаграмм: figure

I=[Ia;Ib;Ic;In];

U=[Ea;Eb;Ec];

D=[I;U*0.2];

compass(D)

gtext('Ua')

gtext('Ub')

gtext('Uc')

gtext('Ia')

gtext('Ib')

gtext('Ic')

gtext('In')

pause

% Какова должна быть R1 ,чтобы ток в нулевом проводе

% был равен нулю? Ш^а-Еп

Ка1=Ба/Ы % Яа1=3.6489

% Проверка:

П^Ы^^Ы+Мс];

и=[Ба;БЬ;Бс];

D1=[I1;U*0.2];

In1=Ia1+IЬ+Ic

compass(D1)

gtext('Ua')

gtext('UЬ')

gtext('Uc')

gtext('Ia')

gtext('Ib')

gtext('Ic')

%gtext('In')

% Определить ток в нулевом проводе, если в фазе А

% Я=Яа1, 2Ь1=-]*6.32; 2с1=р6.32;

2Ь1=-]*6.32; 2с1=]*6.32;

In2=Ea/Ra1+EЬ/ZЬ1+Ec/Zc1

Файлsah906c.m

% sah906c.ш. 24.02.19

% Звезда -звезда без нулевого провода.

% 1.Неравномерная нагрузка:

Е?=220;

%2а=]*4; 2Ь=]*4; 2с=-]*4; %2ш=]*2; 2а=]*4; 2Ь=]*4; 2с=р4;

Un=(Ef*exp(j *0)/Za+Ef*exp(-j *120*p1/180)/ZЬ+Ef*exp(j *120*р1/180)/2с)/... (1/2а+1/2Ь+1/2с)

Ea=Ef*exp(j*0); EЬ=Ef*exp(-j*120*p1/180);

Ec=Ef*exp(j*120*p1/180);

Уn=aЬs(Un)

an=ang1e(Un);

ап1=ап*180/р1 %---------------------------

Ia=(Ef*exp(j*0)-Un)/Za

Ib=(Ef*exp(-j*120*pi/180)-Un)/Zb

Ic=(Ef*exp(j*120*p1/180)-Un)/Zc

I0=Ia+IЬ+Ic %---------------------------------

% Построение векторных диаграмм:

УУ=[Ef*exp(]*0);Ef*exp(-j*120*p1/180);Ef*exp(-j*120*p1/180);...

Ef*exp(j*120*p1/180);Un;Ia;IЬ;Ic];

%%coшpass(УУ),gг1d

%%pause

W=[Ea*0.5;EЬ*0.5;Ec*0.5;(Ef*exp(]*0)-Un)*0.5;(Ef*exp(-j*120*p1/180)-

Un)*0.5;(Ef*exp(j*120*p1/180)-Un)*0.5;...

Ia;IЬ;Ic];

coшpass(W),gг1d

gtext('Ia')

gtext('IЬ')

gtext('Ic')

gtext('Ea') gtext('Eb') gtext('Ec') pause

%====================================

% Введение магнитной связи:

M=j*2;

%M=0;

% Уравнения (31): %Za*Ia+M*Ib+Zc* Ic=Ea-Ec %M*Ia+Zb*Ib+Zc* Ic=Eb -Ec %Ia+Ib+Ic=0;

F=[Za M -Zc;M Zb -Zc;1 1 1]; U=[Ea-Ec;Eb-Ec;0];

%F=[abs(Za) M -abs(Zc);M abs(Zb) -abs(Zc);1 1 1];

%U=[(Ea-Ec)/j;(Eb-Ec)/j;0];

Iabc=inv(F)*U

W1=[Ia;Ib;Ic;Iabc];

compass(W1)

gtext('Ia')

A=abs([Ia;Ib;Ic])

B=angle([Ia;Ib;Ic])*180/pi

A2=abs(Iabc) %--------------------------------

N=1000;

Wa2=0.15*randn(3 ,N)+A2

B2=angle(Iabc)*180/pi;

Ba2=angle(Iabc)

Wb2=0.001*randn(3,N)+Ba2;

J1m=mean(Wa2')

J2m=mean(Wb2')

JJ=J 1m'.*exp(j*J2m')

G=[JJ Iabc] %----------------------------------

%--------------------------------------

F0=[Za 0 -Zc;0 Zb -Zc;1 1 1]; U=[Ea-Ec;Eb-Ec;0];

I00=inv(F0)*U

%=====================================

% Оценкв М по измерениям токов:

Mes1=(Zc*(-Ic+Iabc(3))-Za* (-Ia+Iabc(1)))/Iabc(2)

Mes2=(Zc*(Iabc(3)-Ic)-Zb*(Iabc(2)-Ib))/Iabc(1)

% Добавлениешума:

%W2=0.15*randn(3,10)+Iabc

Mes11=(Zc*(-Ic+JJ(3))-Za* (-Ia+JJ(1)))/JJ(2)

Mes22=(Zc*(JJ(3)-Ic)-Zb*(JJ(2)-Ib))/JJ(1)

M=mean([Mes11;Mes22])

compass(W1)

gtext('Ia')

gtext('Ib')

gtext('Ic')

gtext('Iabc(1)')

gtext('Iabc(2)')

gtext('Iabc(3)')

Файл sah1003d.m

% Модель электропривода с ДПТ.

%=======================================================

clc, close all, clear all

Vin=12;Jm=0.02 ;bm =0.03; Kt =0.023; Kb =0.023; Ra =1 ; La=0.23; TL= 0; % Jm = input(' Введите момент инерции ротора, (Jm) =');

% bm = трШ;(Ъведите показатель демпфирования механической схемы ,(bm)='); % Kt = input(' Ввести показатель движущегося момента, Kt='); % Kb = input(' Ввести константу электродвижущей силы , Kb=');

% Ra = inputs вести активное сопротивление электрической силовой цепи привода (Ом),

Ra =');

% La =input(' Ввести индуктивность якорной цепи (Генри), La=');

% Vin = input(' Ввести приложенное к цепи напряжение источника ЭДС, Vin =');

num1=[1];

den1=[La ,Ra];

num2=[1];

den2=[Jm ,bm];

A = conv([La,Ra],[Jm,bm]);

TF1 =tf(Kt, A);

disp('Передаточная функция электрической составляющей модели ДПТ , выход - ток нагрузки: ')

G_electric=tf(num1,den1) % Уравнение (3.10)

disp('Передаточная функция механической составляющей модели ДПТ , выход - угловая скорость: ')

G_mechanical=tf(num2,den2) % Уравнение (3.12)

disp('Передаточная функция разомкнутой системы электропривода, выход - угловая скорость')

G_speed= feedback(TF1,Kb) % Уравнение (3.13)

disp('Передаточная функция разомкнутой системы электропривода, выход -угол поворота ')

G_angle=tf(1,[1,0] )*G_speed % Уравнение (3.14)

disp('Передаточная функция « момент привода/входное напряжениеа», Tm(s)/Vin(s)') G_torque_angle=tf(1,[Jm,bm,0]) % Уравнение (3.15)

%disp('Передаточная функция « угловая скорость/входное напряжение», w(s)/Vin(s)')

%G_torque_speed=tf(1,[Jm,bm]) % Из уравнения (3.15)

disp('Передаточная функция, определяющая связь между входным напряжением Vin(s)и выходным током 1^) : ')

а_сштеп1=1Щ1/Ьа,ЬаЛш], [1,((Ка/Ьа)+(Ьш/1ш)),((Ка*Ьш)/(Ьа*1ш))+((Ьа*1ш)/(КЬ*К1))]) % Уравнение (3.16)

disp('Передаточная функция « момент привода/угловая скорость», Tш(s)/w(s)') %%G_torque_speed=tf(1,[Jm,bm]) % Из уравнения (3.15) G_torque_speed=Kt*G_current;

disp('Упрощенная передаточная функция между углом поворота вала привода и входным напяжением Vin(s): ')

G_angle_siшpl=tf(Kt,[Ra*Jш,(Ra*Ьш + Ю^Ь)^]) % Уравнение (3.20) disp(' Упрощенная передаточная функция между угловой скоростью вала привода и входным напяжением Vin(s): ')

G_speed_siшpl=tf(Kt,[Ra*Jш,(Ra*Ьш + Ю^Ь)]) % Уравнение (3.19)

% Графические построения:

subplot(2,2,1),

[y1,t1]=step(G_angle*Vin,5); % Уравнение (3.14)

plot(t1,y1),grid

а^([0 5 -0.2 40])

title('Угол поворота вала')

х1аЬе1('Время: t, с.')

у1аЬе1(' Угол: рад.')

%================================

sшЬplot(2,2,3),

[y2,t2]=step(G_speed*Vin,5); % Уравнение (3.13)

axis([0 5 0 12]) й^е('Угловая скорость вала') х1аЬе1('Время: t, с') у1аЬе1('Скорость: рад/с ') 0%Ше('Угловая скорость,?(t)')

%gtext('W2(s)=?(s)/Vin(s)')

%=============================

subplot(2,2,2),

[y3,t3]=step(G_torque_speed,5); р1о^3,у3)^гЫ ax1s([0 5 0 0.03]) ййе('Момент вращения') % , 0)') х1аЬе1('Время: t, с') у1аЬе1('Момент вращения: Н.м ')

%gtext('W3(s)=Tш(s)/У1n(s)')

%==============================

subp1ot(2,2,4),

[y4,t4]=step(G_cuггent*У1n,5); p1ot(t4,y4),gг1d t1t1e(' Токякоря') ax1s([0 5 0 15])

%title('Момент вращения') % , ?ф') х1аЬе1('Время: ^ с') у1аЬе1('Ток якоря Ia(t), А ')

%gtext('W4(s)=Ia(s)/Vin(s))')

%=======================================

%suЬp1ot(1,1,1) %suЬp1ot(2,1,1)

%step(G_ang1e_s1шp1*У1n),t1t1e('Упрощенныйпроцесс, выход -угол'), % Уравнение (3.20) •^^^(2,1,2)

%step(G_speed_s1шp1*У1n),t1t1e('Упрощенныйпроцесс, выход - угловаяскорость'),% Уравнение (3.19) %pause

%==========================================

subp1ot(1,1,1);

% ПРОСТРАНСТВО СОСТОЯНИЙ nuш = Ю;

den_speed = [(Jш*La),(Jш*Ra)+(La*Ьш),(Ra*Ьш)+(Kt*KЬ )]; den_ang1e = [(Jш*La),(Jш*Ra)+(La*Ьш),(Ra*Ьш)+(Kt*KЬ ),0]; G_speed2=tf(nuш,den_speed); G_an1e2=tf(1,[1,0] )*G_speed2;

%%disp('Матрица состояния, выходной сигнал:угол') [Лa,Ba,Ca,Da]=tf2ss(nuш ,den_ang1e)

%subplot(2,1,1) sysA=ss(Aa,Ba,Ca,Da); [ya,ta]=step(sysA,5); plot(ta,ya*Vin),grid %step(A1, B1, C1, D1),grid title('Угол поворота вала') xlabel('Время: с') ylabel('Угол: рад') pause

%%disp('Пространство состояний,угловая скорость и ускорение ')

[A,B,C,D]=tf2ss(num ,den_speed);

sysB=ss(A,B,C,D);

%subplot(2,1,2)

[yb,tb]=step(sysB,5);

[yb1,tb1]=impulse(sysB,5);

plot(tb,yb*Vin,tb1,yb 1*Vin),grid

%step(A*Vin, B*Vin, C*Vin, D*Vin),grid

title('Угловая скорость и ускорение') х1аЬе1('Время: с ')

у1аЬе1('Скорость (1): рад/с. Ускорение (2): рад/с')

pause

%=================================================

% Синтез наблюдателя:

sys1=ss(A,B,C,D);

t1=0:0.01:3;

u=sin(t1); %x0=[0 0.3]';

%lsim(sys1,u,t1,x0)

% Наблюдатель

eig(A)

z=eig(A); %

pN=[-6 -6];

K=acker(A,B,pN)

F=A-B*K