Нейросетевое управление и коррекция систем электропривода механизмов передвижения мобильных роботов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Мещерякова Ольга Викторовна

• Мещерякова Ольга Викторовна
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Мещерякова Ольга Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С НЕЙРОСЕТЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

1.1. Обзор систем электропривода постоянного тока и асинхронного электропривода, предназначенных для применения на мобильных роботах

1.2. Анализ систем электроприводов постоянного и переменного тока мобильных роботов как объектов для нейросетевого управления и коррекции

1.3. Обзор основных типов нейронных сетей и возможности их применения в системах автоматизированного электропривода

Выводы

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СИСТЕМ АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

2.1. Математические модели асинхронного двигателя для анализа динамических и установившихся режимов

2.2. Структурная модель асинхронного двигателя при питании от источника тока

2.3. Анализ динамики асинхронного двигателя при питании от источника тока

2.4. Формирование момента асинхронного электропривода в установившемся режиме

Выводы

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОРРЕКЦИИ ПЕРЕМЕННЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С ЧАСТОТНО-ТОКОВЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

3.1. Построение и коррекция системы векторного управления асинхронным электроприводом

3.2. Система асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением

3.3. Идентификация угла между вектором тока статора и вектором намагничивающей переменной

3.4. Системы асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением и коррекцией сигналов задания амплитуды и частоты тока статора

Выводы

4. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ С НЕЙРОСЕТЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ УПРАВЛЕНИЯ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫХ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НА МОБИЛЬНЫХ РОБОТАХ

4.1. Экспериментальные исследования систем электропривода постоянного тока с нейросетевыми регуляторами скорости и методов

их обучения

4.2. Формирование требуемых пусковых характеристик электропривода промышленных транспортных механизмов с помощью пропорционально-интегрального и нейросетевого регулятора скорости

4.3. Исследования систем частотного асинхронного электропривода на экспериментальной установке и методом математического моделирования

4.4. Исследование динамических характеристик систем частотного асинхронного электропривода методом математического моделирования

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1. СИСТЕМА ПОДЧИНЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Приложение 2. ПРАВИЛО ДЛЯ НЕКАСАЮЩИХСЯ КОНТУРОВ

(ТЕОРЕМА МЕЙСОНА)

Приложение 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БЛОКА ВЫЧИСЛЕНИЯ

УГЛА Фо

Приложение 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И БЛОКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

Приложение 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ГРАФИКИ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЮЩЕГОСЯ ОТ ПЧ SINAMICS Б120

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Нейросетевое управление и коррекция систем электропривода механизмов передвижения мобильных роботов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. Устойчивая тенденция внедрения в промышленность устройств с адаптивным управлением, к которым можно отнести мобильные роботы, определяет необходимость продолжения работ по совершенствованию систем и алгоритмов управления их электроприводами, в том числе реализуемых на базе нейроконтроллеров. При этом, несмотря на значительный объем исследований в области электроприводов постоянного и переменного тока, применяемых на механизмах передвижения мобильных роботов, работающих в условиях изменяющихся параметров и возмущающих воздействий разного уровня, вопросы создания эффективных систем с адаптивным регулятором скорости, в качестве которого может применяться нейроконтроллер, решены не полностью. Актуальными являются задачи проведения сравнительных исследований систем электропривода постоянного тока и асинхронного электропривода с релейным регулированием тока в обмотках двигателей и нейросетевым регулированием скорости, а также разработки новых систем частотно-токового управления асинхронным электроприводом с дополнительными нейросетевыми корректирующими устройствами, улучшающими их динамические и энергетические характеристики, делающими их конкурентоспособными электроприводу постоянного тока.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ №17-48-480492 «Анализ, математическое моделирование и оптимизация управления электромеханическими системами с электроприводами переменного тока мехатронных устройств, манипуляторов и грузоподъемных механизмов».

Объектом исследования являются системы нейросетевого управления электроприводами, выполненными на базе двигателя постоянного тока с независимым возбуждением и асинхронного двигателя, имеющими релейно-гистерезисные системы формирования токов в обмотках двигателей, предназначенные для использования на механизмах передвижения мобильных роботов.

Цель работы. Разработка и исследование систем нейросетевого управления электроприводами постоянного тока и асинхронными электроприводами мобильных роботов с обеспечением заданных пусковых и регулировочных механических характеристик, достигаемых в асинхронном электроприводе с частотно-токовым управлением за счет использования нейросетевых блоков коррекции.

Идея работы. Заключается в создании систем нейросетевого управления электроприводами постоянного тока и асинхронными электроприводами с векторным и скалярным частотно-токовым управлением, имеющих внутренний контур релейно-гистерезисного регулирования токов в обмотках двигателей и внешний контур регулирования скорости, на базе унифицированных преобразующих и управляющих элементов, с применением в асинхронных электроприводах нейросетевой коррекции взаимного положения моментообразующих векторов, что позволяет улучшить динамические и энергетические характеристики систем электропривода механизмов передвижения мобильных роботов.

Для достижения сформулированной цели требуется решение следующих задач:

- анализ систем нейросетевого управления и выбор наилучших вариантов для построения нейроконтроллеров, управляющих скоростью электропривода, коррекцией пусковых характеристик, математическое моделирование и экспериментальные исследования динамических процессов в электроприводах мобильных роботов с нейросетевым управлением;

- разработка и исследование систем нейросетевого управления электроприводами мобильных роботов: постоянного тока с релейно-гистерезисным регулированием тока якоря и асинхронного электропривода с векторным управлением с релейно-гистерезисным регулированием тока статора, с улучшенными пусковыми характеристиками;

- структурно-топологический анализ векторной модели асинхронного двигателя и исследование возможности повышения его устойчивости в системах частотного электропривода за счет применения корректирующих средств;

- разработка и исследование систем идентификации взаимного положения моментообразующих векторов переменных асинхронного двигателя на базе наблюдателей углов между векторными переменными и принципов коррекции системы управления асинхронным электроприводом с частотно-токовым управлением;

- разработка и исследование систем частотно-токового управления асинхронным двигателем с использованием нейросетевых корректирующих средств, обеспечивающих улучшенные пусковые характеристики для повышения конкурентоспособности электропривода при применении на мобильных роботах.

Методы исследования. В работе использовались методы структурных преобразований теории автоматического управления, корневой метод анализа динамических свойств систем, методы математического моделирования нелинейных динамических систем с применением пакетов прикладных программ и численных методов решения, методы экспериментального подтверждения.

Научная новизна работы:

- на основании анализа структурной модели асинхронного двигателя установлено, что для подавления колебаний переменных в электромагнитной системе асинхронного двигателя и стабилизации момента двигателя необходима нелинейная коррекция скольжения и амплитуды тока статора двигателя, направленная на стабилизацию взаимного положения векторов тока статора и потокосцепления ротора;

- установлено, что энергетические показатели асинхронного электропривода с векторным управлением, работающего в установившемся режиме с неполной статической нагрузкой, могут быть улучшены и достигнуто снижение в среднем на 5% отношения «ток статора / момент двигателя», путем коррекции сигнала задания проекции вектора тока статора на ось ортогональной системы координат, положение которой совпадает с положением вектора потокосцепления ротора, отличающейся тем, что действие системы

коррекции основано на сравнении проекций вектора тока статора на обе координатные оси и направленно на достижение равенства этих проекций;

- доказано, что нейросетевые регуляторы скорости обеспечивают адаптивную настройку контуров регулирования скорости двигателя постоянного тока и асинхронного двигателя с векторным управлением с необходимым быстродействием, за чего достигается лучшее качество управления при резко изменяющихся управляющих и возмущающих воздействиях и изменении момента инерции электропривода по сравнению с использованием типовых пропорционально-интегральных регуляторов скорости.

Теоретическая значимость работы состоит:

- в достижении повышенного быстродействия при формировании пусковых и регулировочных характеристик электропривода постоянного тока с релейно-гистерезисным регулированием тока якоря за счет применения нейросетевого регулятора скорости, обеспечивающего отработку управляющих и возмущающих воздействий без перерегулирования;

- в разработке принципа нейросетевой встречно-параллельной коррекции асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением, обеспечивающего стабилизацию пускового момента двигателя, путем воздействия с помощью нейроконтроллера на сигналы задания амплитуды и частоты тока статора, с выработкой корректирующих сигналов на основе наблюдения за углом между векторами тока статора и основного потокосцепления, определяемого путем обработки сигналов измеренных мгновенных значений тока и напряжения статора;

- в обеспечении лучшей стабилизации пусковых и регулировочных характеристик асинхронного электропривода с векторным управлением с внутренним контуром релейно-гистерезисного регулирования фазных токов статора за счет применения нейросетевого регулятора скорости, реализующего отработку управляющих и возмущающих воздействий без перерегулирования.

Практическая значимость работы. Разработан асинхронный электропривод с частотно-токовым управлением, в котором в установившемся режиме работы отношение «ток статора / момент» двигателя снижено в среднем на 5%, что повышает временной ресурс работы аккумуляторной батареи, питающей электропривод мобильного робота.

Достоверность полученных результатов. Подтверждается математическим обоснованием разработанных моделей, хорошей сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с погрешностью не более 5-7%, сопоставимостью полученных результатов с положениями общей теории электропривода.

Реализация результатов работы. Диссертация выполнена в ФГБОУ ВО «Липецкий государственный технический университет» (ЛГТУ). Результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены на ООО «Промэлектрони-ка» г. Липецк и в учебный процесс ЛГТУ.

Новые научные положения, выносимые на защиту:

- результаты сравнительного анализа и экспериментальных исследований систем управления электроприводом постоянного тока: с нейроконтрол-лером, установленным только в прямом канале управления; с косвенным управлением, в которой нейронная сеть используется как модель системы;

- нейросетевая система управления скоростью импульсно-регулируемого электропривода постоянного тока, имеющего внутренний контур релейно-гистерезисного регулирования тока якоря, математическая модель и результаты моделирования электропривода;

- аналитические выражения, устанавливающие связи между переменными асинхронного двигателя в динамических режимах, полученные с использованием математической модели системы «источник тока -асинхронный двигатель», представленной в структурном виде во вращающейся со скоростью магнитного поля статора ортогональной системе координат Х,У;

- принципы построения и функциональные схемы наблюдателей, осуществляющих идентификацию угла между векторами тока статора и пото-косцепления ротора (или основного потокосцепления) асинхронного двигателя при частотно-токовом управлении;

- нейросетевая система формирования входных сигналов в асинхронном электроприводе с векторным управлением, математическая модель и результаты экспериментальных исследований асинхронного электропривода с векторным управлением;

- система асинхронного электропривода с частотно-токовым управлением, с внутренним контуром релейно-гистерезисного регулирования фазных токов статора, внешним контуром управления скоростью, и нейросетевым корректирующим устройством, влияющим на сигналы задания частоты и амплитуды тока статора.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 9-й Всероссийской школе и конференции молодых ученых "Управление большими системами". Липецк. 21-24 мая 2012; Региональной научно-технической конференции «Автоматизация и роботизация технологических процессов» Воронеж. 16-17 ноября 2012 г.; 11-й Международной научо-технической конференции "Информационные системы и технологии" Нижний Новгород. 17 апреля 2015 г.; 12-й Международной научо-технической конференции "Информационные системы и технологии". Нижний Новгород. 22 апреля 2016; 13-й Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" Нижний Новгород. 21 апреля 2017 г.; Международной научно-технической конференции Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии. Липецк. 2012 г.; 7-й Международной конференции АЭП 2012. Иваново 2-4 октября 2012 г.; Международной научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах". Севастополь, 14-19 сентября 2014 г.; Международной науч-

но-практической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия" . 17-21 ноября 2014 г.; 5-й Международной научно-практической конференции «Металлургия нового тысячелетия». Липецк. 8-10 декабря 2015 г.; 16-й Международной научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока". Екатеринбург. 05 сентября 2015 г.; 10-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления. Дивноморское. Геленджик. 11-16 сентября 2017 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 27 печатных работ, из них 7 статей в изданиях, рекомендованных ВАК, 1 статья в издании, входящем в систему цитирования СКОПУС, 14 тезисов докладов на конференциях и статей в других изданиях, 5 патентов.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Общий объём диссертации - 170 страниц, в том числе 159 страниц основного текста, 74 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 107 наименований.

1. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ С НЕЙРОСЕТЕВЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

1.1. Обзор систем электропривода постоянного тока и асинхронного электропривода, предназначенных для применения на мобильных роботах

Мобильные роботы осуществляют автоматические перемещения полезной нагрузки и рабочих объектов в пространстве. По области применения роботы подразделяют на промышленные, военные и роботы специального назначения [1-5]. Они предназначены для воспроизведения двигательных функций человека при выполнении производственных операций. Мобильные промышленные роботы представляют собой автономные автоматические устройства с системой привода, памятью и программным управлением, в их состав входят мобильные, манипуляционные и информационные системы [1,6,7].

В ГОСТ 25685-ПР-83 выделены 3 группы роботов, которые различают по характеру выполняемых технологических операций [1]:

- технологические (производственные) роботы, осуществляющие технологические операции;

- вспомогательные (подъемно-транспортные) роботы, выполняющие функции переноса объектов в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

- универсальные роботы, осуществляющие основные и вспомогательные технологические операции.

Мобильные роботы выполняют различные подъемно-транспортные операции, они используются как внутрицеховой и межцеховой транспорт, могут производить все виды работ на складах.

По грузоподъемности роботы подразделяют на: сверхлегкие - до 1 кг.; легкие - до 10 кг.; средние - до 200 кг.; тяжелые - до 1000 кг.; сверх тяжелые - свыше - 1000 кг. [1].

Существуют следующие типы силового привода робота: электрический, гидравлический, пневматический и комбинированный привод [1,4,5]. На мобильных роботах с источником питания в виде аккумуляторной батареи преимущественно используется электрический привод.

В процессе работы мобильных роботов осуществляется регулирование скорости, частые пуски, торможения, изменение направления движения. В случае перемещения грузов разного веса после окончания погрузочно-разгрузочных работ изменяются параметры механической части электропривода, что приводит к изменению приведенного момент инерции электропривода и статического момента на валу. Электропривод транспортной системы робота связан с колесами либо через редуктор, либо непосредственно, торможение механизма может осуществляться электроприводом или дополнительными тормозами [1,8,9].

На рисунке 1.1, а показан общий вид одной из конструкций мобильного робота. Механизмы передвижения имеют кинематические цепи, содержащие блок «двигатель - колесо», при этом двигатель может быть связан с колесом непосредственно (рисунок 1.1,б) или через редуктор. Любые используемые на мобильных роботах системы электропривода должны иметь похожие механические характеристики, обеспечивающие пуск с заданным ускорением, основную стабильную рабочую частоту вращения и одну или несколько регулировочных характеристик для обеспечения пониженной частоты вращения.

Современные системы управления электроприводами постоянного и переменного тока строятся по модульному принципу на базе унифицированных силовых электронных блоков, аппаратных и программных средств [10,11]. Основной управляемой переменной электропривода является скорость, другая переменная - момент на валу М, в установившемся режиме определяется нагрузкой на валу, действующей со стороны механизма, а в переходных режимах обычно формируется системой электропривода в зависимости от предъявляемых требований к динамике [11-13].

Ручной режим

стоп

щеточный узел

а) б)

Рисунок 1.1 - Мобильный робот: а - общий вид робота; б - блок «двигатель - колесо»

Для реверсивных механизмов необходима работа электропривода в четырех квадрантах плоскости механических характеристик. Требуемая точность поддержания скорости электропривода в установившихся и динамических режимах обеспечивается при построении замкнутого контура регулирования скорости [13,14]. При изменении параметров механической части привода целесообразно применять адаптивный, например, нейросете-вой регулятор скорости.

На механизмах передвижения мобильных роботов, промышленных манипуляторов, и др. применяются системы регулируемого электропривода как постоянного, так и переменного тока.

Применение силовых полностью управляемых ключевых элементов, например, IGBT - транзисторов и GTO - тиристоров, позволяет строить типовые силовые схемы, применимые для систем электропривода постоянного и переменного тока. При питании регулируемого электропривода постоянного тока от сети постоянного тока или от аккумуляторной батареи использу-

ются системы импульсного управления двигателем [15]. Импульсное регулирование целесообразно использовать при питании электроприводов мобильных транспортных систем, например, мобильных роботов.

Известны реверсивные системы электропривода постоянного тока, в которых применяется релейно-импульсный принцип регулирования питающего двигатель напряжения, и соответственно осуществляется импульсное регулирование тока якоря [15]. Схема силовой части электропривода постоянного тока с релейно-импульсным управлением приведена на рисунке 1.2, а. Питание электропривода осуществляется от трехфазной сети переменного тока через тиристорный выпрямитель. Реверсивный управляемый преобразователь реализован на четырех транзисторах К1, К1*, К2, К2*. В двигательном режиме электропривода при работе, например, «вперед» выключены транзисторы КТ, К2, К2*, включены транзисторы КИ, К1*, а транзистор К1 работает в релейно-импульсном режиме с задаваемой системой управления скважностью. В режиме динамического торможения транзистор КИ выключен, транзистор Кт включен, обмотка якоря двигателя замкнута через обратные диоды на резистор Ят.

Схема силовой части электропривода постоянного тока с релейно-импульсным управлением, обеспечивающая рекуперацию энергии в сеть при торможении приведена на рисунке 1.2, в. В схеме используется активный преобразователь, выполненный на ЮВТ - транзисторах, его инвертор в двигательном режиме отключен, а при торможении двигателя через инвертор энергия отдается в питающую сеть. Для обеспечения плавного пуска и регулирования скорости двигателя постоянного тока необходимо выполнять замкнутую систему регулирования с внутренним контуром регулирования тока, подчиненным внешнему контуру регулирования скорости.

Все более широкое использование частотно-регулируемых приводов с преобразователями частоты (ПЧ), в том числе на мобильных роботах, определяется достигнутыми успехи в области силовой электроники, что послужило причиной разработки множества различных топологий построения ПЧ

_ г^

КОММУТАТОР

в)

Рисунок 1.2 - Схемы силовой части реверсивного электропривода постоянного тока с импульсным регулированием питающего напряжения: а - при питании от сети переменного тока; б - при питании от источника напряжения постоянного тока; в - реализующая рекуперацию энергии в сеть

г-

■ С

Кт.

о

J

№6'

К

□

Л

1

ИНВЕРТОР

J

и

^г 4

1©

а)

б)

Пр ^

С

в)

Рисунок 1.3 - Схемы силовой части частотного асинхронного электропривода: а - на базе инвертора напряжения с тормозным резистором; б - на базе инвертора тока при питании от источника напряжения постоянного тока; в - реализующая рекуперацию энергии в сеть

+

И

4

6

2

и систем электропривода. Построению конструктивных вариантов преобразователей частоты посвящено большое количество работ российских и зарубежных авторов [16-22].

Среди множества различных типов преобразователей частоты можно выделить две основные группы, различающиеся по способу связи промышленной трехфазной питающей сети переменного тока и двигателя [23]:

- непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) [24,25];

- двухзвенные преобразователи частоты (ДПЧ) с промежуточным звеном постоянного тока [26].

Достоинствами НПЧ являются [27,28]:

- высокий КПД, что определятся однократным преобразованием энергии;

- возможность двустороннего обмена энергией через преобразователь между статором двигателя и питающей сетью, что обеспечивает и двигательный и тормозной режимы с рекуперацией энергии в сеть;

- возможность реализации естественной коммутации вентилей;

- получение низких частот выходного напряжения с обеспечением равномерного вращения двигателя на малых оборотах;

Недостатками НПЧ являются [27,28]:

- ограничение максимального значения выходной частоты на уровне порядка 2/3 от частоты питающей сети;

- гармонические искажения в составляющих выходного тока и напряжения при неблагоприятных соотношениях частот на входе и выходе ПЧ;

- низкий коэффициент мощности, несинусоидальность входных токов ПЧ, что делает его неблагоприятным потребителем для системы электроснабжения;

- сложность силовых цепей с большим числом вентилей и цепей управления, что приемлемо лишь при большой мощности ПЧ.

Указанные недостатки НПЧ ограничивают область его применения в основном регулируемыми тихоходными синхронными и асинхронными элек-

троприводами средних и больших мощностей. Значительно большее применение, в том числе и на транспортных механизмах находят преобразователи частоты со звеном постоянного тока [28-31]. Силовая схема этих ПЧ содержит два основных элемента:

- преобразователь переменного напряжения источника питания в постоянное напряжение;

- преобразователь постоянного напряжения в переменное напряжение требуемой частоты и амплитуды.

Достоинствами ПЧ с промежуточным звеном постоянного тока являются:

- возможность получения выходных частот ПЧ, изменяющихся в большом диапазоне, не зависящем от частоты питающей сети;

- относительная простота и унификация силовых схем и систем управления преобразователями частоты для систем электропривода с невысокими требованиями к диапазону регулирования частоты вращения, быстродействия и т.д.;

- возможность введения дополнительных элементов в схемы силовой части и системы управления при повышении уровня требований к электроприводу;

- возможность реализации различных алгоритмов управления, которые удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ЭП различного применения;

- простота перенастройки ПЧ для работы в установках с питанием электрооборудования от автономных источников либо локальной сети постоянного тока.

Недостатки ДПЧ с промежуточным звеном постоянного тока:

- двукратное преобразование энергии, снижающее КПД и определяющее повышенные массогабаритные показатели ПЧ;

- необходимость включения в звено постоянного тока силового фильтра, выполняемого для систем с автономным инвертором напряжения (АИН)

в виде батареи конденсаторов большой емкости, а для систем с автономным инвертором тока (АИТ) в виде реактора с большой индуктивностью.

В ПЧ с АИН выпрямитель обычно нерегулируемый, т.к. регулирование амплитуды и частоты напряжения выполняется с помощью инвертора. В АИТ выпрямитель регулируемый, он выполняется на базе управляемых силовых полупроводниковых элементов [28,31]. Для мобильных роботов с системой асинхронного электропривода и электроснабжением от аккумуляторной батареи наиболее перспективной является система асинхронного электропривода, показанная на рисунке 1.3, б. Данная система электропривода разработана и исследована в работах [32,33]. Системы импульсного управления электроприводом переменного тока рассматриваются в работах [34,35]. При построении импульсной системы управления токами в обмотках двигателей применяют замкнутый контур с релейным регулятором тока. Силовая часть частотного асинхронного электропривода, выполненного на базе инвертора напряжения, в которой при торможении энергия рассеивается на резисторе Кг, приведена на рисунке 1.3, а. На рисунке 1.3, б показана схема, обеспечивающая инвертирование энергии в сеть при торможении.

Анализируя схемы силовой преобразовательной части электроприводов постоянного (рисунок 1.2, а) и переменного тока (рисунок 1.3, а), питающихся от источника постоянного тока, например, аккумуляторной батареи, можно отметить общий принцип импульсного формирования тока в обмотках двигателей и использование унифицированных силовых преобразовательных элементов.

Системы автоматического управления скоростью электроприводов постоянного тока и асинхронных электроприводов традиционно выполняются на базе общего принципа подчиненного управления [14] с внутренним контуром регулирования токов в обмотках двигателя и внешним контуром регулирования скорости.

1.2. Анализ систем электроприводов постоянного и переменного тока мобильных роботов как объектов для нейросетевого управления и коррекции

В регулируемом электропривода постоянного тока используются наиболее простые системы управления, поскольку в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением, магнитный поток формируется обмоткой возбуждения. Момент М двигателя определяют по формуле [11]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мещерякова Ольга Викторовна, 2017 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Машков, К.Ю. Состав и характеристики мобильных роботов. Ч.1 / К. Ю.Машков, В. И. Рубцов, И. В. Рубцов // М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. - 2014. - 52 с.

2. Мартыненко, Ю.Г. Управление движением мобильных колёсных роботов / Ю. Г. Мартыненко // Фундаментальная и прикладная математика, 2005. - Т. 11. - № 8, - С. 29-80.

3. 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.

4. Лапшов, В.С. Опыт создания автономных мобильных робототехни-ческих комплексов специального назначения / В. С. Лапшов, И. В. Рубцов и др. /, М.: Изд-во Оборонная техника. 2008. - № 1,2. - С. 15-23.

5. Лапшов, В.С. Опыт создания автономных мобильных робототехни-ческих комплексов специального назначения / В. С. Лапшов, В.П. Носков, И. В. Рубцов // Вестник МГТУ. Специальный выпуск Специальная робототехника и мехатроника. 2011. - С. 7-24.

6. Siegwart, R. Introduction to Autonomous Mobile Robots / R . Siegwart, I. R. Nourbakhsh // The MIT Press (Vol. 23). URL: http://home.deib.polimi.it/gini/robot/docs/siegwart.pdf (дата обращения: 25.08.2017).

7. Correia, M. Probabilistic Constraints for Robot Localization / M. Correia, O. Meshcheryakova, A. Pedro, C. Sousa, J. Cruz // Progress in Artificial Intelligence - 17th Portuguese Conference on Artificial Intelligence, {EPIA} 2015, Coimbra, Portugal, September 8-11, 2015. Proceedings. - P. 480-486.

8. Анучин, А.С. Состояние и перспективы развития гибридного и электрического тягового электротранспорта в России / А.С. Анучин, Д.И. Алям-

кин, В.Ф. Козаченко и др. // Тр. VIII Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2014. Т.1 Саранск: Изд-во Мордовского ун-та. - 2014. С.24-27.

9. Мещеряков, В.Н. Вентильный электропривод для робототехнических систем с релейным регулированием входного тока инвертора и фазных токов статора / В.Н. Мещеряков, В.Н Воеков, О.В. Мещерякова //Материалы 10-й Всероссийской мультиконференции по проблемам управления МПКУ-2017. с. Дивноморское. Геленджик. 11-16 сентября 2017. - С. 167 - 171.

10. Белов, М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для студ. Высш. Учеб. заведений/ М.П. Белов, В.А. Новиков. - 3-е изд., испр. - М.: Издательский центр «Академия». - 2007. - 576 с.

11. Ключев, В.И. Теория электропривода: учеб. для вузов. 2-е изд., пе-рераб. и доп. / В. И. Ключев. - М.: Энергоатомиздат. - 2001. - 704 с.

12. Ковчин, С.А. Теория электропривода / С.А. Ковчин, Ю.А. Сабинин. - СПб.: Энергоатомиздат. Спб отд. - 1994. - 496 с.

13. Онищенко, Г.Б. Электрический привод. Учеб. для вузов. / Г. Б. Онищенко. - М.: РАСХН. - 2003. - 320с. ил.

14. Елисеев, В.А. Справочник по автоматизированному электроприводу / под. ред. В.А. Елисеева, А.В. Шинянского.- М.: Энергоатомиздат. - 1983. -616 с.

15. Колоколов, Ю.В. Динамика и синтез регуляторов тока импульсных автоматизированных электроприводов / Ю.В. Колоколов, С.Л. Косчинский. М.: Машиностроение Т. 1. - 2006. - 97 с.

16. Сандлер, А. С. Автоматическое частотное управление асинхронными двигателями / А. С. Сандлер, В. С. Сарбатов. - М.: Энергия. - 1974. -328 с.

17. Дацковский, Л. Х. Современное состояние и тенденции в асинхронном частотно-регулируемом электроприводе (краткий аналитический обзор) / Л. Х. Дацковский [и др.] // Электротехника. - 1996. - № 10. - С. 18-28.

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

19. Bose, B. K. Modern power electronics and AC drives / B. K. Bose. -New Jersey, USA: Prentice Hall PTR. - 2002. - 711 p.

20. Wu, B. High power converters and AC drives / B. Wu. - New Jersey, USA: A John Wiley and Sons, Inc. - 2006. - 333 p.

21. Blaschke, F. Das Prinzip der Feldorientiening die Grundlage fur die TRANSVECTOR - Regelung von Asynchronmaschienen [Text] / F. Blaschke //Siemens-Zeitschrift. - 1971. - №45. - P.757.

22. Trzynadlowski, A.M. Control of induction motors / A. M. Trzynadlowski. - San Diego, USA: Academic press. - 2001. - 228 р.

23. Narendra, K.S. Adaptive Control Using Neural Networks and Approximate Models / K.S., Narendra, S. Mukhopadhyay // IEEE Transactions on Neural Networks, Vol. 8, 1997, Р. 475-485.

24. Осипов, О. И. Частотно-регулируемый асинхронный электропривод / О. И. Осипов. - М.: издательство МЭИ. - 2004. - 80 с.

25. Петров, Л.П. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л.П. Петров [и др.] - М.: Энергоатомиздат. - 1986. - 200 с.

26. Яцук, В.Г. Принципы построения частотно-регулируемых электроприводов на базе ТПЧ со звеном постоянного тока / Яцук. В. Г. [и др.] // Истринское отд. ВНИИ электромеханики. Пром. Энергетика. - 1978. - №11. -с. 39.

27. Дацковский, Л.Х. Синтез систем подчиненного регулирования в асинхронных электроприводах с непосредственным преобразователем частоты / Дацковский Л. X., Тарасенко Л. М., Кузнецов И. С., Бабичев Ю. Е. // Электричество. - 1975. - №9. - с. 48 - 56.

28. Жемеров, Г.Г. Тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью / Г.Г. Жемеров // М.: Энергия, 1977. - 280 с.

29. Гречко, Э.Н. Автономные инверторы модуляционного типа / Гречко Э. Н., Тонкаль В. Е. - Киев : Наук. думка. - 1983. - 304 с.

30. Хасаев, О.И. Транзисторные преобразователи напряжения и частоты / О.И. Хасаев. - М.: Наука. - 1986. - 176 с.

31. Розанов, Ю.К. Электронные устройства электромеханических систем / Ю. К. Розанов, Е. М. Соколова. - М.: Энергоатомиздат. - 2004. - 272 с.

32. Патент ПМ №166655. Устройство для управления электроприводом переменного тока// Мещеряков В.Н., Воеков В.Н. / Опубл. 10.12.2016. Бюл. №34.

33. Патент №2207700. Способ управления вентильным электродвигателем / Алекперов В.Ю., Маганов Р.У., Лесничий В.Ф., Грайфер В.И., Беззу-бов А.В., Хохлов Н.П., Гинзбург М.Я., Павленко В.И., Сагаловский В.И., Сагаловский А.В., Волков В.М., Агапова Г.Л. / Опубл. 27.06. 2003.

34. Алиевский, Б.Л. Вентильный генератор для автономных систем электроснабжения постоянного тока / Б.Л. Алиевский, С.А. Щербаков, С.Р. Мизюрин // Электричество, 2003. - №1. - С. 27-32.

35. Мещеряков, В.Н. Векторная система управления вентильным электроприводом на базе автономного инвертора напряжения с релейным регулированием входного тока инвертора и фазных токов статора / В.Н. Мещеряков, В.Н. Воеков // Вестник Южно-уральского гос. техн ун-та. Серия энергетика // 2017. Т.17. - №2. - с.48-57.

36. Бородина, И.В. Автоматический регулируемый по скорости электропривод с АС-машиной. / И. В. Бородина, А. М. Вейнгер, И.М. Серый, А. А. Янко-Триницкий // Электричество № 7. - 1975. - С. 41- 46.

37. Ильинский, Н.Ф. Перспективы развития регулируемого электропривода / Н. Ф. Ильинский // Электричество. - 2003. - № 2 - С. 2-7.

38. Терехов, В.М. Системы управления электроприводов / В.М. Терехов, О.И. Осипов.- М.: Академия, 2005. - 304 а

39. Рудаков, В.В. Асинхронный электропривод с векторным управлением / И. М. Столяров, В. А. Дартау. - Л.: Энергоатомиздат, Ленинг. отд. -1992. - 296 с.

40. Соколовский, Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием / Г. Г. Соколовский. - М.: Академия. - 2006. -272 с.

41. Виноградов, А.Б. Векторное управление приводами переменного тока /А. Б. Виноградов. - Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина. - 2008. - 298 с.

42. Мещеряков, В.Н. Системы электропривода переменного тока с частотно-токовым релейным управлением / В.Н. Мещеряков. Липецк. ЛФ МИКТ - 2011. - 104 с.

43. Копылов, И.П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. / И. П. Копылов. - М.: Высшая школа. - 2001. - 327 с.

44. Войнова, Т.В. Математическая модель для исследования трехфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором как объекта регулирования и для прямого процессорного управления / Т.В. Войнова // Электротехника. - 1998. - №6. - С.51-61.

45. Поздеев, А.Д. Электромагнитные и электромеханические процессы в частотно-регулируемых асинхронных электроприводах / А.Д. Поздеев. -Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, -1998. - 172 с.

46. Бродовский, В.Н. Приводы с частотно-токовым управлением / Под ред. В.Н. Бродовского. - М.: Энергия. - 1974. - 168 с.

47. Мещеряков, В.Н. Система частотного асинхронного электропривода, обеспечивающая взаимную ориентацию моментообразующих векторов /

B.Н. Мещеряков, В.А. Корчагина, О.В. Мещерякова // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - №3. - 2010. - с. 31-36.

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

C. 53-58.

49. Браславский, И.Я. Энергосберегающий асинхронный электропривод / И. Я. Браславский, З. Ш. Ишматов, В. Н. Поляков. - М.: Академия. -2004. - 256 с.

50. Патент РФ №2132110 РФ, кл. Н02 Р 21/00. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для осуществления этого способа / Мищенко В.А., Мищенко Н.И., Мищенко

A.В. Опубл. 20.06.1999. Бюл. №6.

51. Патент №2254666. Электропривод переменного тока / П.Н. Левин,

B.Н. Мещеряков. МКИ Н02Р 7/42. 20.06.2005. Бюл. № 17.

52. Козярук, А.Е. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов / А. Е. Козярук, В. В. Рудаков; под. общ. ред. А. Г. Народицкого. - С.-Петербург. - 2001. - 126 с.

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

54. Krishnan, R. Electric motor drives: modeling, analysis and control / R. Krishnan // New Jersey, USA: Prentice Hall PTR. - 2001. - 626 pp.

55. Mohan, N. Power Electronics. Converters, application and design. Second edition / N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins. - New Jersey, USA: A John Wiley and Sons, Inc. - 2006. - 802 p.

56. Дьяконов, А.Г. Анализ данных, обучение по прецедентам, логические игры, системы WEKA, RapidMiner и MatLab (Практикум на ЭВМ кафедры математических методов прогнозирования): Учебное пособие / А.Г. Дьяконов М.: Издательский отдел факультета ВМК МГУ имени М.В. Ломоносова, - 2010. - 278 с.

57. McCulloch, W.S. A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity / W. S. McCulloch, W. Pitts // Bull. Math. Biophys. vol. 5, no. 4, 1943. Р. 115-133.

58. Хайкин, С. Нейронные сети: полный курс / С. Хайкин. - Москва: Издательский дом "Вильямс," - 2006. - 1104 с.

59. Schmidhuber, J. Deep Learning in neural networks: An overview," / J. Schmidhuber/ Neural Networks. vol. 61, 2015. Р. 85-117.

60. Омату, C. Нейроуправление и его приложения / С. Омату, М. Ха-лид, Р. Юсоф // Москва: ИПРЖР. - 2000. - 272 с.

61. Hagan, M.T. Neural networks for control / M. T. Hagan and H. B. Demuth // Proc. 1999 Am. Control Conf. (Cat. No. 99CH36251), vol. 3, 1999. Р. 1642-1656.

62. Cybenko, G. Correction: Approximation by Superpositions of a Sigmoidal Function / G. Cybenko // Mathematics of Control, Signals, and Systems. vol. 2. 1989. Р. 303-314.

63. Осовский, С. Нейронные сети для обработки информации / Пер. с польского И.Д. Рудинского. М.: Финансы и статистика. - 2002. — 344 с.

64. Макаров, И.М. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред/ И. М. Макарова, И В. Лохина - М. ФИЗМАТЛИТ. - 2001. -575 с.

65. Чернодуб, А.Н. Oбзор методов нейроуправления / А. Н. Чернодуб, Д. А. Дзюба // Проблемы программирования, vol. 2, 2011. - С. 79-94.

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

67. Мещеряков, В.Н. Математическое моделирование и управление процессами в системах автоматизации промышленных установок с помощью многозначных нейронных сетей / В.Н. Мещеряков, П.В. Сараев, О.В. Мещерякова // Проблемы управления. - 2013. - №6. - С.71-73.

68. 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.

69. Мещерякова, О.В. Применение нейронных сетей для управления электроприводом постоянного тока / Материалы 11-й Международной научо-

технической конференции "Информационные системы и технологии" Нижний Новгород. 17.04.2015. - С.156.

70. Беспалов, В.Я. Математическая модель асинхронного двигателя в обобщённой ортогональной системе координат / В.Я.Беспалов, Ю.А. Мощин-ский, А.П. Петров // Электричество. - 2002. - №8. - С. 33-39.

71. Мещеряков, В.Н. Математическая векторная модель и структурно-топологический анализ асинхронного двигателя / В.Н. Мещеряков, О.В. Мещерякова // Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции Фундаментальные и прикладные проблемы модернизации современного машиностроения и металлургии. Липецк. 2012. - С.171-175.

72. Meshcheryakov, V.N. Mathematical vector model of induction motor and structural-topological analysis of the model / V.N. Meshcheryakov, O.V. Meshcheryakova // Вести вузов Черноземья. 2014. - №2. - С. 19-22.

73. Орлов, И.Н. Бесконтактный электропривод летательных аппаратов / И.Н. Орлов, В.Н. Тарасов // - М.: МЭИ. - 1992. - 111 с.

74. Борцов, Ю.А. Тиристорные системы электропривода с упругими связями / Ю.А. Борцов, Г.Г.Соколовский. - Л.: Энергия, Ленингр. Отд.-ние, 1979. - 160 с.

75. Бессекерский, В.А. Теория систем автоматического управления / В.А. Бессекерский, Е.П. Попов. - Санкт-Петербург: Профессия. - 2004. -747 с.

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

77. Мищенко, В.А. Перспективы развития векторного управления электроприводами / В.А.Мищенко // V Международная (XVI всероссийская) конференция по автоматизированным электроприводам. АЭП-2007. Санкт-Петербург,18-21 сентября 2007. - С.60-63.

78. Шрейнер, Р.Т. Адаптивная система векторного управления асинхронным электроприводом с ориентацией поля ротора / Р.Т. Шрейнер, В.А. Поляков // Электротехника. -1998. - №2. - С.23-29.

79. Виноградов, А.Б. Адаптивно-векторная система бездатчикового асинхронного электропривода серии ЭПВ / А.Б.Виноградов, А.А.Сибирцев, Ю.И.Колодин // Силовая электроника. -2006. -№3. - С. 46-51.

80. Мещеряков, В.Н. Оптимизация взаимного положения векторов тока статора и магнитного потока асинхронного двигателя при векторном управлении / В.Н.Мещеряков, П.Н.Левин // Известия вузов Электромеханика. -2006. - №1. - С.25-27.

81. Мещеряков, В.Н. Оптимизация взаимного положения векторов тока статора и главного потокосцепления асинхронного двигателя при векторном управлении / В.Н. Мещеряков, В.С. Черкасова, О.В. Мещерякова // Вести вузов Черноземья. - 2011. - №2. - С.45-49.

82. Мещеряков, В.Н., Черкасова В.С., Мещерякова О.В. Коррекция системы векторного управления асинхронным электроприводом / Системы управления и информационные технологии, №3(61), - 2015. - С. 36-38.

83. Мещеряков, В.Н. Разработка и исследование частотного асинхронного электропривода / В.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков, А.А Муравьев, О.В. Мещерякова // Труды 16-й Международной научно-технической конференции "Электроприводы переменного тока". Екатеринбург. 05.09.15. -С.175-178.

84. Мещеряков, В.Н. Асинхронный электропривод с поддержанием оптимального угла между моментообразующими векторами / В.Н. Мещеряков, П.Е. Цветков, О.В. Мещерякова // Вести вузов Черноземья. - 2013. - №1. -С.17-21.

85. Патент РФ №2132110 РФ, МКП. Н02 Р 21/00. Способ оптимального векторного управления асинхронным электродвигателем и электропривод для осуществления этого способа / Мищенко В.А., Мищенко Н.И., Мищенко А.В. Опубл. 20.06.1999. Бюл. №6.

86. Патент № 2447573. Электропривод переменного тока / Мещеряков В.Н., Зотов В.А., Мещерякова О.В. Заявл. 02.11.10. Опубл. 10.04.12, Бюл №10.

87. Патент № 2512873. Электропривод переменного тока / Мещеряков В.Н., Синюкова Т.В., Мещерякова О.В. Заявл. 09.01.13. Опубл. 10.04.14. Бюл. №10.

88. Патент № 2528612. Электропривод переменного тока / Мещеряков В.Н., Бойков А.И. Мещерякова О.В. Заявл. 26.12.12. 0публ.10.07.14. Бюл. №19.

89. Патент № 2539347 Способ управления автономным асинхронным двигателем / Мещеряков В.Н., Мещерякова О.В. Заявл. 26.07.13. Опубл. 20.01.15. Бюл. №2.

90. Патент РФ №2582202 Электропривод переменного тока / Мещеряков В.Н., Мещерякова О.В. Опубл. 20.04.16 Бюл. №11.

91. Патент РФ №132282 на полезную модель. Устройство для управления асинхронным двигателем с фазным ротором / Мещеряков В.Н., Синюкова Т.В., Мещерякова О.В. Заявл. 09.01.2013. Опубл. 10.09.2013. Бюл №25.

92. Мещеряков, В.Н. Система управления автономным инвертором тока с релейным формированием напряжения на конденсаторах выходного фильтра для частотно-управляемых асинхронных электроприводов / В.Н.Мещеряков, Д.В.Пешков // Известия вузов Электромеханика. - 2010. -№2. - С.39-42.

93. Мещеряков, В.Н. Системы скалярного и векторного управления частотными электроприводами с релейным регулятором тока / В.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков, A.C. Абросимов, М.М. Лосихин, О.В. Мещерякова // Труды 7-й Международной конференции АЭП 2012. Иваново 2-4 октября 2012. - С. 37-41.

94. Абросимов, А.С. Система управления асинхронным электроприводом с помощью автономного инвертора тока с релейным регулятором / A.C. Абросимов, В.Н. Мещеряков, О.В. Мещерякова Сборник научных трудов

Международной научно-практической конференции "Современная металлургия начала нового тысячелетия». 17-21.11.2014. Ч.2. - С. 88-93.

95. Мещеряков, В. Н. Анализ систем управления электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейными регуляторами тока и релейными регуляторами напряжения со сглаживающим емкостным фильтром / В. Н. Мещеряков, А. С. Абросимов // Электротехнические комплексы и системы управления. - Воронеж, ВГТУ. - 2011. - №3. - С. 64-68.

96. Мещеряков, В.Н. Система управления асинхронным электроприводом на базе автономного инвертора тока с релейным регулятором напряжения / В.Н. Мещеряков, О.В. Мещерякова // Электротехнические системы и комплексы: Международный сборник научных трудов. Изд-во Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2013. - С. 130-137.

97. Мещеряков, В.Н. Системы частотно-каскадного асинхронного электропривода, выполненные на базе инвертора напряжения / В.Н. Мещеряков, А.М. Башлыков, В.А. Зотов, О.В. Мещерякова // Вести вузов Черноземья. - 2011. - №4. - С.21-25.

98. Мещеряков, В.Н. Система векторного управления асинхронным электроприводом, применяемым в металлургии / В.Н. Мещеряков, О.В. Мещерякова, Д.В. Ласточкин // Материалы 5-й Международной научно-практической конференции «Металлургия нового тысячелетия». Ч.1. Липецк. 8-10 декабря 2015 г. - С.120 -124.

99. Мещерякова, О.В. Применение многозначных нейронных сетей / Материалы 9-й Всероссийской школы конференции молодых ученых "Управление большими системами". т.2. Липецк. 21-24 мая 2012. - С.58-59.

100. Дьяконов, В. МаАаЬ 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5 в математике и моделировании. Полное руководство пользователя // М.: Солон-Пресс. - 2003 -576 с.

101. Герман-Галкин, С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем MATLAB 6.0 / С.Г. Герман-Галкин. - СПб.: КОРОНА. -принт - 2001. - 320 c.

102. Айзенберг, Н.Н. Нейросети на многозначных нейроэлементах: обучение, обработка и распознавание изображений / Н.Н. Айзенберг, И.Н. Айзенберг, Г.А. Кривошеев // Компьютерная оптика. 1995. № 14-15. С.179-186.

103. Aizenberg I. Complex-Valued Neural Networks with Multi-Valued Neurons / I. Aizenberg // Berlin : Springer. - 2011. - 264 p.

104. Aizenberg, N.N. CNN Based on Multi-Valued Neuron as a Modelof Associative Memory for Gray-Scale Images / N.N. Aizenberg, I.N. Aizenberg // Proceedings of the 2-d International Workshop on Cellular Neural Networks and their Applications. Munich. - 1992. - P. 36-41.

105. Мещерякова, О.В. Применение нейронных сетей для управления мобильными роботами / Материалы 12-й Международной научо-технической конференции "Информационные системы и технологии". Нижний Новгород. 22.04.2016. - С.210.

106. Мещерякова, О.В. Нейронные сети и их применение в системах электропривода и автоматизации промышленных установок Материалы региональной научно-технической конференции «Автоматизация и роботизация технологических процессов» Воронеж. 16-17 ноября 2012 г. - С. 14-16.

107. Омельченко, Е.Я. Преобразователи частоты Simmies / Е.Я. Омель-ченко, В.О. Моисеев, С.С. Енин. // Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова. - 2015. - 195 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

СИСТЕМА ПОДЧИНЕННОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Др

БЗС

СО

{^Л-»- РС БО-—*

со

РТ

Рш

ю

ДС

4 к 1 \ 7 3 3

1 \ г з Ч 3 1

а

б

Рисунок П1.1 - Электропривод постоянного тока: а - функциональная схема; б - структурная схема двухконтурной системы подчиненного управления

Таблица П.1.

Постоянные времени электропривода и передаточные функции регуляторов

Постоянная времени цепи якоря Электромеханическая постоянная времени ПИ - регулятор тока Регулятор скорости

Т _ L ЯЦ Я ЯЦ 1 • К „тт Т _ ЯЦ М _ (к • Фн)2 (ТЯ Р +1) •К ЯЦ Wpт(Р) _ 2Т,-кП•кт • Р Wpпc(p) = кт т • к 2Т • ЯЯЦ • кс пи (4Т р +1) • Тм • кт • К wРПИ(Р) _( цР ) м Т РС (Р) 8 • Р • Т2 • Яяц • кс

Приложение 2

ПРАВИЛО ДЛЯ НЕКАСАЮЩИХСЯ КОНТУРОВ (ТЕОРЕМА МЕЙСОНА) Передача между любым входом Хвх (р) и любым выходом Хвых(р) структурной схемы определяется:

Ш(Р)- х„х(р) - Д(р) '

где

Ар -1 -X^к!(р) +Х Wk2(p)-X Wkз(p) +... X ^Хр) " сумма передач всех контуров;

X Ж-г(Р) - сумма произведений передач некасающихся друг друга пар контуров;

X ^(р) - сумма произведений передач некасающихся друг друга троек контуров и т.д.;

Ш. (р) - передача . - го прямого пути, равная произведению передаточных функций всех звеньев этого прямого пути от Хвх (р) к Хвых(р);

X ^1(р) - сумма передач всех контуров не касающихся . - го прямого пути от Хвх (р)

к Хвых(р);

X (р) - сумма произведений передач всех пар контуров не касающихся . - го прямого пути от Хвх (р) к Хвых(р) и друг друга;

X ^з (р) - сумма произведений передач всех троек контуров не касающихся . - го прямого пути от Хвх (р) к Хвых(р) и друг друга и т.д.;

А(Р) -1 - X W1kl(p)+X wik2(p) - X Wkз(p) +...

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БЛОКА ВЫЧИСЛЕНИЯ УГЛА %

Рисунок П.4 - Структурная схема модели «Вычисление % » в блоках МАТЬДБ приложение 81шиНпк

Приложение 4 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ИМПУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ И БЛОКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОРМОЖЕНИЯ

Рисунок. П 4.1. Схема математической модели

•А ХУ вгарИ - □ X

150 X У РЫ

100

Ц) X < 50 0

----^ СГ4—<

-50 0 X Ахгё 50

Рисунок. П 4.2 - График од - ^Мф]

Рисунок. П 4.3 - Графики изменения во времени: скорости; тока якоря; тока аккумуляторной батареи

Приложение 5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ГРАФИКИ ИЗМЕНЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, ПИТАЮЩЕГОСЯ ОТ ПЧ SINAMICS S120

I Гц 30 25 20 15 10 5 0

1Ч,А 2,5

2

1,5

1

0,5

0

ш, об/мин 800 700 600 500 400 300 200 100 0

5000 10000 15000 20000 1,мс _0 с,

I с), А 2,5 ,

5000 10000 15000 20000 1,мс

М, Нм 8

6 4 2 О -2

ид, 1 200 150 100 50 О -50 -100 -150 -200

5000 10000 15000 20000 1,мс

I, А 2,5

2

1,5

1

0,5

О

-0,5

ч

5000 10000 15000 20

000

5000 10000 15 000 1,мс

5000 10000 15000 20000 1,мс

5000 10000 15000 20000 1

5000 10000 15000 20000 1,мс

Рисунок П 5.1 - Скалярное управление АД - включение и отключение

сигнала задания частоты 10 Гц) и изменение нагрузки на валу

165

25

20

15

10

5

0

О), об/мин 800 700 600 500 400 300 200 100 0

М, Им 8

6

4

2

0

-2 иА, 200 150 100 50 0 -50 ■100 ■150 ■200

10000

20000 30000 ^мс

10000

20000 30000 ^мс

10000

20000

30000

1,мс

I, А

2,5

2 1,5 1 0,5

0

-0,5

4 3 2

1 О -1

1,мс

20000 30000 ^мс

ГТТ I)......I Л

10000

20000

30000 ^мс

1 1Г1! ' ПГ

10000 20000 -V" 30000 ^мс

Рисунок П 5.2 - Скалярное управление АД - включение и отключение сигнала задания частоты (£1= 20 Гц) и изменение нагрузки на валу

25

20

15

10

5

0

О), об/мин 800 700 600 500 400 300 200 100 0

М, Им 8

20000

10000

10000

30000

20000

20000

1

¡М^^МЯ

1,мс

1,мс

А 2>5 , 2 1,5 1 0,5 0

-0,5 1с1, А 2,5 , 2 1,5 1

0.5

0

-0,5

1, А

2,5

2 1,5

1 0,5

0

-0,5

4 3 2

1 О -1

МММ

20000 20000 -1-1- ^мс -

м ь

10000 20000 1

1,мс

1 1_____

гт,...... и

10000 20000 1

1,мс

11.

10000 20000 1,м

Рисунок П 5.3 - Векторное управление - ступенчатое регулирование сигнала задания частоты (Г 1= 10,5 Гц; Г 1= 11 Гц; £1 = 12,5 Гц) и изменение

нагрузки на валу 167

25

20

15

10

5

0

................1

г 4

;

О), об/мин 800 700 600 500 400 300 200 100 0

М, Им 8

10000

20000

10000

20000

Ы

10000

20000

^мс

^мс

^мс

^мс

А

2>5 -2 1,5 1 0,5 0

-0,5 1с1, А 2,5 , 2 1,5 1 0,5 0

0.5

1, А

2,5 ,

2 1,5 1 0,5

0

-0,5

4 3 2

1 О -1

__

1

у** 1

10000 20000 t

^мс

10000

20000 ^мс

иь II ■

10000

20000 ^мс

10000

Рисунок П 5.4 - Векторное управление - ступенчатое регулирование сигнала задания частоты £ 1= 4 Гц; £ 1= 10 Гц; £1 = 20 Гц; £1 = 23 Гц) и

изменение нагрузки на валу

АКТ ВНЕДРЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВО

промэлектроника

АСУ ТП КИГТиА Электропривод

Россия. .»98005. г. Липецк, ул. Фурманова. 23 А I. (4742) 505-1721 рготсГа рготеШ ш

УТВЕРЖДАЮ Генеральный директор ООО «Промэлектроника»

А.Б. Музылев Об_2017 г.

Акт внедрения

результатов, полученных в диссертационной работе Мещеряковой Ольги Викторовны, выполненной на тему «Нейросетевое управление и коррекция систем электропривода механизмов передвижения мобильных роботов»

Настоящий акт подтверждает внедрение разработанных в диссертационной работе Мещеряковой О. В. математических моделей и методик расчета регуляторов систем электропривода постоянного тока с релейно-гистерезисным регулированием тока якоря и систем асинхронного электропривода со скалярным и векторным управлением и с релейно-гистерезисным регулированием тока статора, с нейросетевыми управляющими и корректирующими устройствами. Данные разработки используются при проектировании систем электропривода механизмов передвижения подъемно-транспортных средств.

Технический директор

ООО «Промэлектроника»

А.И. Гревцев

АКТ ВНЕДРЕНИЯ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС

«Утверждаю» 1 [ервый проректор Л1 ГУ

\ Качановский Ю.11.

%

У 2017 г.

Акт внедрения

результатов, полученных в диссертационной работе Мещеряковой Ольги Викторовны, выполненной на тему «Нейросетевое управление и коррекция сисгем электропривода механизмов передвижения мобильных роботов»

Настоящий акт подтверждает использование в учебном процессе на кафедре электропривода в дисциплинах Теория электропривода и Математическое моделирование электроприводов в рамках образовательной программы подготовки магистров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» разработанных в диссертационной работе Мещеряковой О. В. математических моделей электропривода постоянного тока и асинхронного электропривода, позволяющих проводить исследование систем с релейно-гистерезисным регулированием токов в обмотках двигателей, а также систем нейросетевого управления и коррекции. Данные разработки используются при выполнении математического моделирования па практических занятиях и в рамках курсового проектирования.

11ачальиик УМУ

Мальцева 11.1 .

Заведующий кафедрой электропривода Ученый секретарь кафедры электропривода

Шишлин Д.И.