Введение
1 Постановка научной проблемы эффективной оценки состояния и параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов и пути её решения с позиций современной теории некорректных обратных задач 27
1.1 Прямые и обратные задачи. Условия корректности обратных задач по Адамару. Определение некорректно поставленной задачи. Условно корректные обратные задачи по Тихонову 27
1.2 Обзор подходов для решения некорректных обратных задач: регуляризация, ортогональное проектирование, учёт априорной информации 29
1.3 Нестационарные возмущения в электромеханических системах с регулируемыми асинхронными двигателями 34
1.4 Сравнительный анализ преимуществ и недостатков внедрения устройств оценивания параметров и наблюдателей состояния в основных типах современных систем управления асинхронных электрических приводов 39
1.5 Обзор существующих настраиваемых математических моделей регулируемых асинхронных электродвигателей, пригодных для решения задач оценивания параметров и переменных состояния в условиях нестационарных возмущений 48
1.6 Аспекты научной проблемы эффективной оценки параметров и переменных состояния асинхронных двигателей регулируемых электроприводов в условиях нестационарных возмущений и перспективные пути решения
1.7 Выводы по первой главе 58
2 Способы и алгоритмы эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов, подверженных нестационарным возмущениям, на основе явных математических моделей 60
2.1 Эффективная оценка параметров и переменных состояния регулируемых асинхронных двигателей, подверженных нестационарным возмущениям, на основе разностных схем 60
2.1.1 Способы повышения степени обусловленности матриц при решении систем разностных уравнений в задачах эффективной оценки параметров динамических объектов 61
2.1.2 Способы составления систем разностных уравнений для эффективной оценки параметров наблюдаемого объекта на основе дифференциальных и интегро-дифференциальных уравнений 74
2.1.3 Алгоритм нелинейной прогнозирующей фильтрации и его применение для постфильтрации сигналов оценок параметров динамического объекта 77
2.1.4 Эффективная оценка параметров асинхронного двигателя регулируемого микропроцессорного электропривода на основе разностных схем при неподвижном роторе 86
2.1.5 Эффективная оценка параметров асинхронного двигателя регулируемого электропривода на основе разностных схем при вращающемся роторе 95
2.1.6 Алгоритм эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе разностных схем 100
2.1.7 Способ эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе разностных схем и устройство для его осуществления 104
2.2 Способ эффективной оценки параметров динамических систем на основе генетических алгоритмов 106
2.2.1 Эффективная оценка сопротивления и эквивалентной индуктивности статорной обмотки асинхронного двигателя на основе генетического алгоритма 109
2.2.2 Способ эффективной оценки параметров на основе генетического алгоритма и его апробация на примере ДПТ НВ 111
2.2.3 Способ эффективной оценки параметров асинхронного двигателя на основе генетического алгоритма 116
2.2.4 Алгоритм эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе генетических алгоритмов 122
2.2.5 Способ эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе генетических алгоритмов и устройство для его осуществления 126
2.3 Выводы по второй главе 129
3 Способы и алгоритмы эффективной оценки состояния асинхронных двигателей регулируемых электроприводов, подверженных нестационарным возмущениям, на основе явных математических моделей 132
3.1 Сопоставление двух подходов к построению наблюдателей состояния асинхронных двигателей, подверженных нестационарным возмущениям, на основе явных математических моделей 133
3.2 Детерминированные наблюдатели состояния полного порядка динамических систем с пропорциональными и пропорционально-интегральными законами отработки сигнала невязки 1 3.2.1 Введение корректирующих связей пропорционального типа в наблюдатель полного порядка, отработка рассогласования начальных условий и принцип компенсации момента нагрузки на валу 137
3.2.2 Пропорционально-интегральный принцип компенсации отсутствующего в наблюдателе полного порядка сигнала момента сопротивления нагрузки на валу 146
3.2.3 Особенности математического описания и построения структур эффективных модификаций наблюдателя Люенбергера полного порядка для асинхронного двигателя 149
3.2.4 Сравнительный анализ динамики двух схем наблюдателей Люенбергера полного порядка для асинхронного двигателя 161
3.3 Стохастические наблюдатели состояния полного порядка динамических систем 165
3.3.1 Наблюдатель состояния асинхронного двигателя на основе фильтра Калмана 167
3.2.1 Одновременное оценивание переменных состояния и параметров асинхронного двигателя на основе расширенного фильтра Калмана 171
3.3 Способ эффективной оценки состояния регулируемых двигателей в составе векторного асинхронного электропривода с помощью наблюдателей состояния на основе явных математических моделей 179
3.4 Выводы по третьей главе 183
4 Способы и алгоритмы эффективной оценки состояния асинхронных двигателей регулируемых электроприводов,подверженных нестационарным возмущениям, на основе искусственных нейронных сетей 185
4.1 Принципы построения наблюдателей состояния на основе нейросетевых моделей динамических объектов 185
4.2 Построение наблюдателей состояния электрических двигателей на основе динамических нейронных сетей
4.2.1 Пример построения наблюдателя состояния для одной фазы асинхронного двигателя на основе динамических нейронной сети 189
4.2.2 Нейросетевой наблюдатель на основе входного сигнала, переменной состояния и их задержек 192
4.2.3 Построение наблюдателя скорости асинхронного двигателя на основе искусственной нейронной сети
4.3 Способ эффективной оценки угловой скорости ротора регулируемых асинхронных двигателей на основе динамических нейронных сетей 200
4.4 Выводы по четвёртой главе 204
5 Исследование влияния разработанных наблюдателей на динамику замкнутой системы и совершенствование методов управления состоянием бездатчиковых векторных асинхронных электроприводов в условиях нестационарных возмущений 206
5.1 Обоснование появления эффекта гибкой отрицательной обратной связи в замкнутом асинхронном электроприводе за счет включения наблюдателя в канал обратной связи 206
5.2 Способы компенсации эффекта гибкой обратной связи в БАЭП.. 209
5.3 Анализ динамических режимов векторных асинхронных электроприводов с классическими регуляторами и наблюдателями состояния на основе явных математических моделей
2 5.3.1 Анализ динамических режимов векторного асинхронного электропривода с классическими регуляторами и оценкой состояния на основе наблюдателя полного порядка 210
5.3.2 Анализ динамических режимов векторного асинхронного электропривода с классическими регуляторами и оценкой состояния на основе фильтра Калмана 214
5.4 Синтез регуляторов на основе нечёткой логики для векторных асинхронных электроприводов с наблюдателями состояния 219
5.4.1 Исследование динамики векторного асинхронного электропривода с гибридным регулятором скорости на основе нечёткой логики и классического ПИ-регулятора при наличии наблюдателя полного порядка 219
5.4.2 Исследование динамики векторного асинхронного электропривода с гибридным регулятором скорости при наличии нелинейной механической нагрузки на валу 2 5.5 Синтез синергетических регуляторов для векторных асинхронных электроприводов с наблюдателями состояния 232
5.6 Способ эффективного управления на основе гибридного нечеткого регулятора скорости регулируемым асинхронным электроприводом с наблюдателем состояния 240
5.7 Выводы по пятой главе 243
6 Результаты экспериментальных исследований по апробации способов и алгоритмов эффективной оценки состояния и параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов, подверженных нестационарным возмущениям 247
6.1 Особенности конструкции, принцип работы и технических характеристик экспериментальной установки с электродвигателями мощностью 0,1 кВт 247
6.2 Особенности конструкции, принцип работы и технических характеристик экспериментальной установки с электродвигателями мощностью 2,2 кВт 255
6.3 Результаты экспериментальных исследований по апробации способов и алгоритмов эффективной оценки состояния и параметров асинхронных двигателей с неподвижным ротором на основе разностных схем 258
6.4 Результаты экспериментальной апробации способов эффективной оценки состояния и параметров динамических систем второго порядка 266
6.4.1 Экспериментальная проверка способа эффективной оценки параметров двигателя постоянного тока с независимым возбуждением на основе разностных схем 266
6.4.2 Экспериментальная проверка способа эффективной оценки параметров двигателя постоянного тока с независимым возбуждением на основе генетических алгоритмов 269
6.4.3 Экспериментальная проверка нейросетевого наблюдателя угловой скорости двигателя постоянного тока с независимым возбуждением 272
6.5 Результаты экспериментальных исследований по разработке и совершенствованию способов эффективной оценки состояния и параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов 278
6.5.1 Экспериментальная проверка способа эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе генетических алгоритмов 278
6.5.2 Экспериментальная проверка способа эффективной оценки параметров асинхронных двигателей регулируемых электроприводов на основе разностных схем 280
6.5.3 Экспериментальное апробирование способов оценки угловой скорости асинхронного двигателя регулируемого электропривода с помощью фильтра Калмана и наблюдателя Люенбергера 282
6.5.4 Экспериментальная проверка разработанного нейросетевого наблюдателя угловой скорости вращения ротора асинхронного электродвигателя 288
6.5.5 Обучение и функционирование наблюдателя угловой скорости асинхронного двигателя на основе искусственной нейронной сети в условиях сильных импульсных помех 293
6.6 Выводы по шестой главе 297
7. Заключение 299
Список литературы
