|
|
|
|
Нет данных.
|
 |
|
|
|
Направление научных исследований Основные научные направления лежат в области разработки систем управления для электроприводов сложных технологических объектов, например, горных машин, которые обеспечивают полное управление динамическим состоянием объекта. Такие системы управления позволяют, в частности, уменьшить уровень динамической нагруженности в механических передачах, т.е. снизить число аварийных простоев, и одновременно повысить энергетическую эффективность. Применительно к горным машинам, сдерживающим фактором разработки и практического внедрения таких систем управления до недавнего времени выступали технические сложности применения быстродействующих полу¬провод¬ни¬ко¬вых электрических преобразователей в горно-шахтном исполнении, особенно для подземных горных машин. Однако рынок преобразовательных ус¬трой¬ств подобного назначения постепенно наполняется как зарубежной, так и отечественной продукцией и кроме того, накапливается положительный опыт ее эксплуатации. Основной задачей, решаемой системой управления электроприводом, является обеспечение высокой производительности, достигаемое регулированием скорости исполнительного органа. Зачастую на практике эта задача решается построением системы управления по принципу подчиненного регулирования координат с ограничением при перегрузках тока двигателя и его электромагнитного момента допустимыми значениями. Однако в этом случае, в силу наличия в трансмиссии механических связей с упруго-вязкими свойствами, динамические нагрузки в трансмиссии могут превышать как номинальные, так и предельные значения, а режим работы двигателя характеризуется нерациональным энергопотреблением. В то же время существует возможность разработки систем управления электроприводом, обеспечивающих ограничение динамических нагрузок и регулирование усилий в упругих передачах, одновременно с этим минимизирующих энергопотребление, даже с учетом специфических условий эксплуатации. Возможность управлять динамическим состоянием сложных технологических механизмов открывает также перспективы создания систем управления, обеспечивающих точное позиционирование в замкнутом пространстве. Такие работы имеют высокую актуальность для оснащенных электроприводами промышленных манипуляторов, например для робототехники.
|
|
|
Научные результаты Основные научные результаты состоят в следующем. С учетом особенностей эксплуатации электроприводов горных машин разработан алгоритм градиентного управления, применимый для управления электрическими приводами, построенными на базе всех традиционных типов электродвигателей. Проверка работоспособности этих алгоритмов проводилась как на компьютере с помощью моделирования, так и на опытном образце преобразователя частоты. Ошибка регулирования как электромагнитного момента, так и потокосцепления, полученная в ходе вычислительных экспериментов, лежит в пределах 1..2 %, а для опытного образца преобразователя частоты с градиентным управлением асинхронным двигателем установлена средняя ошибка регулирования в ходе лабораторных испытаний 1,25 %, а в ходе промышленных испытаний, проведенных в условиях ООО «Электромашина», г. Кемерово, – не выше 3 %. Помимо этого, предложено математическое описание, которое позволяет через переменные состояния двигателя и мгновенные значения подводимых к нему напряжений производить количественную оценку потерь мощности для электро¬при¬во¬да переменного тока, включая мощность потерь в стали двигателя. Результаты вычислительных экспериментов подтверждают изменение в оценке уровня потерь в стали при отсутствии и включении в состав электропривода полупроводникового электрического преобразователя. Адекватность предложенного математического описания подтверждена сравнением данных мо¬ни¬то¬рин¬га потерь при работе двигателя мощностью 400 кВт головного привода магистрального ленточного конвейера шахты им. С.М. Кирова и результатов вычислительных экспериментов. Средневзвешенное за время 100 с расхождение данных полученных экспериментально и в результате моделирования не превышает 0,85 кВт. Полученный алгоритм и составленное математическое описание позволили разработать вариант энергооптимального градиентного управления двигателем переменного тока, рекомендованный для применения в низко динамичных электроприводах, с оптимизацией на этапе синтеза структуры системы управления. По результатам вычислительных экспериментов его применение позволяет снизить электрические потери на 7 %, а магнитные на 26 % при повышении ошибки регулирования электромагнитного момента в пределах 5 %. Дополнительный анализ математического описания позволил получить зависимости, обеспечивающие минимизацию мощности электрических потерь и мощности потерь в стали. На базе этих зависимостей предложена методика минимизации суммарной мощности потерь с использованием результатов компьютерного моделирования, применимая к большинству применяемых на практике систем управления электроприводам переменного тока. Эффект энергосбережения от внедрения данной методики на примере электроприводов магистрального ленточного конвейера шахты им. С.М. Кирова оценивается в 0,35..0,41 миллиона рублей в год при отсутствии необходимости в капитальных затратах. Данная методика принята ко внедрению в ОАО «СУЭК-Кузбасс», г. Ленинск-Кузнецкий. Опираясь на полученные решения для систем энергосберегающего управления, предложена система ресурсосберегающего управления электроприводами горных машин, включающая для каждого привода безынерционный источник момента и регуляторы оригинальной разработки, где возможность работы электродвигателя в режиме безынерционного источника для электропривода горной машины момента обеспечивает техническую реализуемость задачи ресурсосбережения. Так на примере устройства ЧПЛК показано, что регулятор упругих сил с учетом безынерционного источника момента обеспечивает эффективное регулирование усилия в упругих элементах трансмиссии (ошибка натяжения ленты магистрального ленточного конвейера не более 5,5 %). В свою очередь при качественном управлении упругими силами становится возможным предотвращение колебательного режима работы при управлении движением рабочего органа в условиях случайно изменяющейся нагрузки. Работа в таком режиме без дополнительных динамических колебаний обеспечивается применением разработанных регуляторов скорости, а именно адаптивного регулятора и нечеткого регулятора. Вычислительными экспериментами подтверждается снижение переменной составляющей моментов упругих сил в трансмиссиях электроприводов на 58 % при применении адаптивного регулятора скорости и на 64 % при применении нечеткого регулятора скорости по сравнению с традиционными системами управления на базе подчиненного регулирования координат. Снижение знакопеременных нагрузок приводит к увеличению количества циклов нагружения, которое трансмиссия горной машины способна выдержать до поломки, а, следовательно, применение разработанных регуляторов снизит количество поломок элементов трансмиссии электроприводов горных машин в процессе их эксплуатации. Работа имеет высокую практическую значимость. подтверждаемую тесным взаимодействием с ООО «Электромашина», г. Кемерово, а также внедрением результатов в ОАО «СУЭК-Кузбасс», г. Ленинск-Кузнецкий. Дополнительно практическая значимость результатов работы подтверждается тремя патентами на изобретение, защищающими различные модификации градиентного управления и решение для снижения динамических нагрузок, а также свидетельством о регистрации программы для ЭВМ, позволяющей производить сравнение разработанных и типовых систем управления асинхронным электроприводом. Кроме того, полученные теоретические результаты могут использоваться в учебном процессе студентов получающих диплом специалистов по специальности «Горное дело», специализация «Электрификация и автоматизация горного производства», при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Автоматизированный электропривод», и бакалавров направления подготовки «Электроэнергетика и электротехника» профиля «Электропривод и автоматика» по дисциплинам «Теория электропривода», «Системы управления электроприводов», «Автоматизированный электропривод», «Моделирование электромеханических систем».
|
|
|
Научное руководство Большое внимание уделяю научно-исследовательской работе со студентами. Под моим руководством выполнены студенческие научные работы, высокий уровень которых отмечен наградами международных конференций, а также конкурса выпускных квалификационных работ в номинации «Научно-исследовательская работа». Помимо этого, работаю с магистрантами и аспирантами. С 2012 г. под моим руководством выполнялась кандидатская диссертация Маслова И.П. на тему «Система управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом вентилятора местного проветривания угольных шахт». Актуальность этой работы обусловлена тем, что она направлена на разработку системы управления частотно-регулируемым асинхронным электроприводом вентилятора местного проветривания, отвечающей одновременно критериям безопасности и энергетической эффективности. Гарантированное обеспечение необходимых параметров рудничной атмосферы является важнейшей задачей, определяющей безопасность ведения подземных работ, а также производительность труда. Параметры атмосферы тупиковых выработок постоянно изменяются вследствие выделения различных газов из пород, образования пыли и п.т. Для нейтрализации вредных примесей, обеспечения нормального воздухообмена в горнорудных объектах применяется вентилирование шахт, осуществляемое с помощью вентиляторов местного проветривания, мощность электропривода которых составляет десятки и сотни киловатт. Количество свежего воздуха зависит от концентрации вредных примесей и газов, длины выработки, которая также меняется. В настоящее время вентиляторы местного проветривания работают с избыточной производительностью, что приводит к ускоренной выработке их технического ресурса, не оптимальному энергопотреблению, снижению КПД. Научное значение диссертационной работы Маслова И.П. заключается в том, что в ней разработана обобщенная математическая модель системы местной вентиляции, на базе которой возможно производить оценку энергетической эффективности работы вентиляционной системы, а также состав рудничной атмосферы. Кроме того, предложена адаптивная система управления частотно-регулируемым электроприводом вентилятора местного проветривания на основе метода взвешивания, обеспечивающая одновременно с поддержанием необходимой концентрации опасных газов в составе рудничной атмосферы, минимизацию потребляемой электроэнергии. Практическая значимость этой работы состоит в том, что полученные в ней результаты могут быть использованы для анализа энергоэффективности существующих систем вентиляции, а также при создании энергосберегающих систем управления, обеспечивающих работу электропривода вентилятора местного проветривания с оптимальной нагрузкой, высоким коэффициентом полезного действия и минимальным потреблением электроэнергии. В 2014 г. эта работа была успешно защищена. В настоящее время руковожу магистерской работой студентки гр. 5ГМ51 Богомоловой Л.А. Тема темы научной работы «Формирование весовых коэффициентов алгоритма градиентного управления в зависимости от состояния привода». В современной промышленности в качестве исполнительного устройства наибольшее распространение получил электропривод переменного тока на базе асинхронного двигателя. Этот тип электропривода обладает общепризнанными достоинствами. Для управления асинхронными электродвигателями преимущественно используют преобразователи частоты, которые позволяют регулировать координаты электропривода и оптимизировать режим работы. В тоже время преобразователи частоты могут реализовывать различные законы управления двигателем. Одним из перспективных существующих законов управления асинхронным электроприводом является градиентное управление, которое позволяет сформировать аналитическое выражение регулятора, обеспечивающего движение к цели управления с максимальной интенсивностью исходя из текущего состояния объекта управления. Проведенные на текущий момент исследования доказали, что градиентное управление имеет быстродействие, аналогичное быстродействию прямого управления моментом, а также может использоваться как основа для энергооптимальной системы управления. Недостатком градиентного управления является необходимость использования в структуре регуляторов весовых коэффициентов, значения которых влияют на качество регулирования. Выбор значения этих коэффициентов может производиться по адаптационному принципу в зависимости от состояния привода, однако исследования Требуемого характера зависимостей весовых коэффициентов от переменных состояния на текущий момент не проведены и являются актуальным научным направлением.
|
|
|
|
|
|
|
Расписание
