Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления
Представлены результаты разработки адаптивного фильтра сигналов систем управления полупроводниковых преобразователей и активных фильтро-компенсирующих устройств, работающих в составе электроэнергетической системы ограниченной мощности. Фильтр позволяет осуществлять избирательное подавление высших га...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Datum: | 2013 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2013
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99160 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления / А.А. Жиленков, С.Г. Чёрный // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 4. — С. 62-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860208008729985024 |
|---|---|
| author | Жиленков, А.А. Чёрный, С.Г. |
| author_facet | Жиленков, А.А. Чёрный, С.Г. |
| citation_txt | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления / А.А. Жиленков, С.Г. Чёрный // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 4. — С. 62-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | Представлены результаты разработки адаптивного фильтра сигналов систем управления полупроводниковых преобразователей и активных фильтро-компенсирующих устройств, работающих в составе электроэнергетической системы ограниченной мощности. Фильтр позволяет осуществлять избирательное подавление высших гармоник в силовой сети.
Наведені результати розробки адаптивного фільтра сигналів систем керування напівпровідникових перетворювачів та активних фiльтро-компенсуючих приладiв, що працюють у складі електроенергетичної системи обмеженої потужності. Фільтр дозволяє здійснювати виборче заглушення вищих гармонік в силовій мережі.
For ships with a DC propulsion engine powered from AC voltage , and includes such elements of the system as a synchronous generator (SG), controlled rectifier, and the load in the form of electric propulsion DC induction motor, as for any autonomous system of this configuration , actual problem is the negative influence of powerful disturbing to the supply network . Taking into account the autonomy of the system described , it is necessary to take into account that the distortion of forms of currents and voltages ship directly affect the network and on the control system themselves that generate them . Due to the lack of security requirements in the scheme of the ship's power plant of neutral wire makes the system pulse shaping control power switches more critical to the observed distortions in the network in the form of network voltage unbalance on its inability to control the input and the output phase voltages SG.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:13:07Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2013, Т. 16, № 4 62
УДК 621.314
А. А. Жиленков
С. Г. Чёрный, канд. техн. наук
Керченский государственный морской технологический университет
(г. Керчь, e-mail: zhanton@mail.ru, sergiiblack@gmail.com)
ЭЛЕМЕНТЫ СТРУКТУРНОЙ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВА
АППРОКСИМАЦИИ ДЛЯ ЗАДАЧ ИДЕНТИФИКАЦИИ И
КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ
Представлены результаты разработки адаптивного фильтра сигналов систем управ-
ления полупроводниковых преобразователей и активных фильтро-компенсирующих
устройств, работающих в составе электроэнергетической системы ограниченной
мощности. Фильтр позволяет осуществлять избирательное подавление высших гармо-
ник в силовой сети.
Наведені результати розробки адаптивного фільтра сигналів систем керування
напівпровідникових перетворювачів та активних фiльтро-компенсуючих приладiв, що
працюють у складі електроенергетичної системи обмеженої потужності. Фільтр
дозволяє здійснювати виборче заглушення вищих гармонік в силовій мережі.
Для судов с электродвижительным комплексом постоянного тока, питающегося от
источников переменного напряжения и включающего такие элементы системы, как син-
хронный генератор (СГ), управляемый выпрямитель (УВ) и нагрузку в виде гребного элек-
тродвигателя (ГЭД), двигатель постоянного тока (ДПТ), как и для любой автономной систе-
мы подобной конфигурации, актуальна проблема негативного влияния мощных УВ на пи-
тающую сеть. Поскольку описываемая система автономна, необходимо учитывать, что ис-
кажения форм токов и напряжений судовой сети влияет непосредственно и на сами УВ, по-
рождающие их. Обусловленное требованиями безопасности отсутствие в схеме судовой
электростанции (СЭС) нулевого провода делает систему формирования импульсов управле-
ния силовыми ключами более критичной к наблюдаемым в сети искажениям ввиду несим-
метрии сетевых напряжений на её входе и невозможности контроля фазных напряжений на
выходе СГ, что усугубляет проблемы электромагнитной совместимости оборудования СЭС
[1].
Для обеспечения устойчивой работы систем автоматики, работающих в составе по-
добных систем, и снижения негативных влияний УВ на питающую сеть необходимо обес-
печить устойчивую работу УВ во всем диапазоне регулирования в условиях наличия гармо-
ник тока и напряжения, значения которых существенно превышают допустимые, с учетом
нестабильности уровня напряжения и частоты питающей сети, а также неравномерной на-
грузки по фазам, что вследствие отсутствия нулевого провода дает несимметрию токов и
напряжений сети; по возможности улучшить параметры питающей сети, в частности, за счет
повышения устойчивости УВ [2].
В свою очередь, согласно результатам математического моделирования и экспери-
ментальных исследований установлено, что для повышения устойчивости УВ необходимо
снизить влияние: искажений токов на автоматическую систему управления (АСУ) УВ через
обратные связи по току на малых скоростях ГЭД, когда наблюдается повышенный уровень
гармонических искажений фазных токов наряду с повышенным значением коэффициента
искажений тока; случайных искажений линейных напряжений на АСУ УВ по линии опор-
ных напряжений, когда одно возмущающее воздействие может привести к возникновению
автоколебаний в системе; статичных искажений линейных напряжений на АСУ УВ по ли-
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2013, Т. 16, № 4 63
нии опорных напряжений на скоростях ГЭД от номинальной и выше, когда наблюдается
повышенный уровень гармонических искажений линейных напряжений наряду с повышен-
ным значением коэффициента искажений напряжения [3, 4].
Моделирование и экспериментальные исследования показывают, что наиболее силь-
ное воздействие на устойчивость системы СГ-УВ-ДПТ оказывает искаженность форм ли-
нейных напряжений питающей сети, а степень влияния гармонических искажений напряже-
ний сети на устойчивость УВ зависит от их спектра. В свою очередь, степень влияния слу-
чайных помех и существенных периодических помех на устойчивость зависит от их вольт-
секундной площади.
До определенного уровня гармоники низких порядков сами по себе не вызывают
дестабилизирующих эффектов, так как присутствуют в период интегрирования АСУ УВ как
в линейных напряжениях сети, так и в интегрированном сигнале таким образом, что осуще-
ствляют самовыравнивание АСУ. Дестабилизирующее воздействие оказывают гармоники
более высоких порядков, однако при их уровне, не превышающем максимальный, зарегист-
рированный при экспериментальных исследованиях, и в отсутствие гармоник более низко-
го порядка система не уходит в автоколебательный режим в основном диапазоне регулиро-
вания в связи с малой ошибкой угла управления.
При замене опорных сигналов идеальными синусоидами, синхронизированными с
сетевыми напряжениями, исследуемая система дает большую ошибку и в результате возни-
кает более быстрый уход в астатический режим, чем при присутствии в опорном сигнале
искажений, идентичных искажениям в линейных напряжениях сети, поступающих на сило-
вую часть УВ.
Существенным недостатком распространенных фильтров, с помощью которых мож-
но пытаться решить проблему подавления помех, является их неспособность подстраиваться
под изменения параметров самого полезного сигнала, что хорошо видно на примере резо-
нансных фильтров, настраивающихся на определенную частоту. Так как напряжение в судо-
вой сети может изменяться по каждому из своих параметров в недопустимых для многих
фильтров (с жесткой настройкой) пределах, актуальным становится использование адаптив-
ных фильтров.
Разработанные системы фильтров на основе генераторов синусоидального сигнала с
автоподстройкой частоты непригодны ввиду условий обеспечения устойчивой работы АСУ
УВ, описанных выше. Именно, мы не можем аппроксимировать исходный сигнал синусои-
дой, так как это приведет к недопустимым ошибкам. Такого рода искажения необходимо
подавлять непосредственно в сети, чтобы информационная составляющая о них присутство-
вала как в линейных напряжениях сети, так и в опорных напряжениях АСУ УВ. Теоретиче-
ски сделать это возможно при помощи активного фильтро-компенсирующего устройства
(АФКУ) инверторного типа. В настоящее время АФКУ находят все более широкое приме-
нение, однако их стоимость делает это применение в большинстве случаев экономически
невыгодным. К тому же, как показывают экспериментальные исследования, АФКУ облада-
ют низкой эффективностью в условиях, характерных для СЭС. Характер проблем схож с
проблемами, наблюдаемыми в преобразователях – в АСУ АФКУ необходимо выделять
мгновенные значения помех в фильтруемом сигнале, которые необходимо подавить.
Задача предлагаемого устройства – аппроксимировать желаемый сигнал y(t), генери-
руя линейную комбинацию из набора дочерних функций hak,bk(t), где hak,bk(t), которые сгене-
рированы из материнской функции h(t) (1) с фактором a > 0
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛ −
=
a
bthth ba )(, . (1)
Устройство работает совместно с наблюдателем сигналов, от которого получает не-
обходимые для корректной работы фильтра восстановленные сигналы, пропорциональные
величине ЭДС, частоте и сдвигам фаз напряжений СГ, и не вносит фазового сдвига в уста-
новившемся режиме.
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2013, Т. 16, № 4 64
Аппроксимированный сигнал может быть представлен выражением
∑
=
ω=
K
k
bak thtuty
kk
1
, )()()(ˆ ,
где K – число элементов сети или дочерних функций; ωk – весовые коэффициенты.
Параметры элементов ωk, a и b – могут быть оптимизированы посредством функции
наименьшего среднеквадратичного уменьшением значения оценочной энергетической
функции Е во времени. Учитывая, что ошибка аппроксимации выражается функцией
)(ˆ)( tytye −= , (2)
энергетическая функция определяется выражением
∑
=
=
T
t
teE
1
2 )(
2
1 . (3)
Для уменьшения E можно использовать метод пошаговых уменьшений, который ис-
пользует градиенты для обновления прирастающих изменений к каждому конкретному па-
раметру.
Так как аппроксимируемый в нашем случае сигнал приближен к синусоиде и его па-
раметры приблизительно известны (например, сеть 380 В, 50 Гц), то в качестве материнской
можно принять функцию синуса.
Структурная схема, соответствующая каналу фильтрации одного напряжения, пока-
зана на рисунке. С выхода наблюдателя сигналов снимается сигнал ЕА ЭДС фазы А и сигнал
частоты ωЭЛ. Проходя через сумматоры приращений, эти сигналы поступают на соответст-
вующие генераторы функций ωh(t) вида (1), выполняя приращения соответствующих коэф-
фициентов.
Представленная схема позволяет синтезировать сигнал из суммы трех сформирован-
ных гармонических составляющих – основной гармоники аппроксимируемого сигнала и
двух дополнительных. Так как у синусоидальной функции возможно изменение частоты,
угла сдвига фазы и амплитуды, то система должна формировать приращения для этих пара-
метров. Сгенерированные от материнской функции и сигналов приращений непрерывные
функции вида Asin(ωt + ϕ) суммируются, и результат этой суммы является восстановленным
сигналом фазного напряжения фазы А. Разность Aû и сигнала Bû , полученного на выходе
соответствующего канала адаптивного фильтра, даст восстановленный сигнал линейного
напряжения ABû . Разность реального и восстановленного сигналов даст ошибку фильтра
euu ABAB =−ˆ , соответствующую выражению (2). Из энергетической функции (3), при помо-
щи соответствующих блоков выполняется нахождение сигналов приращений, которые по-
ступают на соответствующие сумматоры приращений.
Сигнал ABAB uue −= ˆ является выделенной из фильтруемого оригинала помехой. По-
давая этот сигнал в СУ АФКУ, можно достаточно эффективно подавлять высшие гармоники
и случайные сигналы в сети, т. к. сигнал e имеет минимальную и постоянную по времени
задержку относительно фильтруемого оригинала.
При конечном количестве составляющих в каждом канале фильтра и присутствии
гармоник высших порядков (которые не генерируются фильтром) в оригинальном сигнале,
мы всегда будем иметь некоторую ошибку, определяемую спектральным составом высших
гармоник и наличием случайных импульсных помех. Таким образом, фильтру не удастся
реагировать на высокочастотные составляющие в линейных напряжениях сети. Дополни-
тельно вводится ограничение на скорость обучения по определенным составляющим, что
позволяет более чувствительно реагировать на изменения в одном диапазоне спектре гармо-
ник и менее – в другом.
Разработанные методы формирования опорных сигналов для систем управления по-
лупроводниковыми преобразователями могут быть использованы в АСУ АФКУ, где не-
ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2013, Т. 16, № 4 65
обходимо знать мгновенное значение помехи, содержащейся в фильтруемом сигнале. При
работе совместно с АСУ тиристорного УВ фильтр обеспечивает исключение пропусков
коммутации полупроводниковых ключей, появляющихся вследствие существенных искаже-
ний форм токов и напряжений питающей сети. Это снижает уровень искажений форм токов
и напряжений сети, являющихся результатом таких пропусков.
Литература
1. Жиленков А. А. Влияния мощных тиристорных выпрямителей на питающую их автономную элек-
тростанцию / А. А. Жиленков // Восточ.-Европ. журн. передовых технологий. – 2012. – № 5/8 (59).
– С. 14–19.
2. Плахтина О. Г. Частотно-управляемые асинхронные и синхронные электроприводы / О. Г. Плах-
тина, С. С. Мазепа, А. С. Куцик. – Львов: Львов. политехника, 2002. – 227 с.
3. Качество электрической энергии на судах : Справочник / В. В. Шейнихович, О. Н. Климанов,
Ю. И. Пайкин, Ю. Я. Зубарев. – Л.: Судостроение, 1988. – 160 с.
4. Чорний С. Г. Застосування механізму інформаційних інтелектуальних моделей у системах автома-
тичного керування / С. Г. Чорний // Вестн. Херсон. нац. техн. ун-та. – 2012. – № 1 (44). – С. 215–
220.
Поступила в редакцію
13.09.13
Структурная схема одного канала адаптивного фильтра
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-99160 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:13:07Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жиленков, А.А. Чёрный, С.Г. 2016-04-23T15:27:28Z 2016-04-23T15:27:28Z 2013 Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления / А.А. Жиленков, С.Г. Чёрный // Проблемы машиностроения. — 2013. — Т. 16, № 4. — С. 62-65. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99160 621.314 Представлены результаты разработки адаптивного фильтра сигналов систем управления полупроводниковых преобразователей и активных фильтро-компенсирующих устройств, работающих в составе электроэнергетической системы ограниченной мощности. Фильтр позволяет осуществлять избирательное подавление высших гармоник в силовой сети. Наведені результати розробки адаптивного фільтра сигналів систем керування напівпровідникових перетворювачів та активних фiльтро-компенсуючих приладiв, що працюють у складі електроенергетичної системи обмеженої потужності. Фільтр дозволяє здійснювати виборче заглушення вищих гармонік в силовій мережі. For ships with a DC propulsion engine powered from AC voltage , and includes such elements of the system as a synchronous generator (SG), controlled rectifier, and the load in the form of electric propulsion DC induction motor, as for any autonomous system of this configuration , actual problem is the negative influence of powerful disturbing to the supply network . Taking into account the autonomy of the system described , it is necessary to take into account that the distortion of forms of currents and voltages ship directly affect the network and on the control system themselves that generate them . Due to the lack of security requirements in the scheme of the ship's power plant of neutral wire makes the system pulse shaping control power switches more critical to the observed distortions in the network in the form of network voltage unbalance on its inability to control the input and the output phase voltages SG. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Высокие технологии в машиностроении Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления Elements of the structural models of devices approximation problems for identification and control of parameters of facilities management Article published earlier |
| spellingShingle | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления Жиленков, А.А. Чёрный, С.Г. Высокие технологии в машиностроении |
| title | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| title_alt | Elements of the structural models of devices approximation problems for identification and control of parameters of facilities management |
| title_full | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| title_fullStr | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| title_full_unstemmed | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| title_short | Элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| title_sort | элементы структурной модели устройства аппроксимации для задач идентификации и контроля параметров объектов управления |
| topic | Высокие технологии в машиностроении |
| topic_facet | Высокие технологии в машиностроении |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/99160 |
| work_keys_str_mv | AT žilenkovaa élementystrukturnoimodeliustroistvaapproksimaciidlâzadačidentifikaciiikontrolâparametrovobʺektovupravleniâ AT černyisg élementystrukturnoimodeliustroistvaapproksimaciidlâzadačidentifikaciiikontrolâparametrovobʺektovupravleniâ AT žilenkovaa elementsofthestructuralmodelsofdevicesapproximationproblemsforidentificationandcontrolofparametersoffacilitiesmanagement AT černyisg elementsofthestructuralmodelsofdevicesapproximationproblemsforidentificationandcontrolofparametersoffacilitiesmanagement |