Что такое адаптивное управление двигателя

Применение беспоисковой адаптивной системы для управления электроприводом с вентильным двигателем

Мещеряков В.Н., Карантаев В.Г.

Для управления сложными нелинейными электромеханическими объектами в электроприводе широкое применение получили адаптивные системы управления. В теории автоматического управления наиболее проработанными являются беспоисковые адаптивные системы управления.

Среди беспоисковых адаптивных систем выделяются два класса [1]:

– беспоисковые адаптивные системы с эталонной моделью;

– беспоисковые адаптивные системы с на страиваемой моделью в виде адаптивного наблюдающего устройства.

Применение в современном электроприводе цифровых сигнальных процессоров DSP позволяет строить адаптивные беспоисковые системы, основываясь на методах теории искусственного интеллекта, а именно искусственных нейронных сетях. Наиболее подходящими являются прямонаправленные нейронные сети. Данный выбор основывается на том, что для обучения данного класса сетей нашел широкое применение метод обратного распространения ошибки, который обеспечивает высокую скорость сходимости, т.е. скорость обучения. Известны программные реализации на языке C+ для использования в цифровых контроллерах Texas Instruments, посредством которых реализуется обучение искусственной нейронной сети в режиме реального времени, отладочные программные средства, входящие в комплект поставки контроллера, позволяют сократить время разработки программного обеспечения [2].

Для формирования оптимальной структуры нейронной сети, ее обучения перспективным является использование генетических алгоритмов, однако реализация такого обучения в режиме реального времени на данный момент затруднена [3].

Использование пакета математических программ Matlab в совокупности с программным продуктом VisSim позволяет производить не только математическое моделирование электромеханических систем электроприводов, но и компилировать программный код для цифрового контроллера.

Перечисленные возможности позволяют сократить время разработки системы электропривода, ускорив переход от математического моделирования и проектирования к промышленному образцу электропривода.

Нами разработана математическая модель системы управления электроприводом вентильным двигателем.

Для имитационного моделирования наиболее приемлемой является запись системы уравнений (1-5) в пространственной системе координат <d,q>, в этой системе координат скорость вращения равна скорости вращения поля ротора.

Уравнения напряжения статора:

Эквивалентное потокосцепление вычисляется исходя из того, что постоянный магнит заменяется эквивалентной обмоткой возбуждения, которая запитывается от источника тока с i_вэ = const:

Структурная схема беспоисковой адаптивной системы управления ВД показана на рис. 1. В качестве нейроконтроллера выступает прямо-

направленная нейронная сеть, показанная на рис. 2. Искусственная сеть необязательно должна быть полносвязанной, решение о структуре сети принимается исходя из априорной информации об объекте управления.

На рис. 3 и 4 приведены сравнительные результаты моделирования переходных процессов пуска ВД.

Сравнительный анализ результатов моделирования режима пуска ВД показал, что применение нейроконтроллера в качестве регулятора скорости позволяет обеспечить необходимое качество переходных процессов. Адаптивность системы управления, заложенная в ней-роконтроллере, позволит строить электропривод, инвариантный к изменению электромеханических свойств ЭП.

1. Терехов В.М., Осипов О.И. Системы управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.М. Терехов, О.И. Осипов; под ред. В.М. Терехова. — М.: Издательский центр «Академия», 2005. — 304 с.

2. Shyam S. Ramamurthy, Juan Carlos Balda Implementation of Neural Networks to Aid Switched Reluctance Motor Control оn the TMS320C6701 / Department of Electrical Engineering, University of Arkansas. 2002. 6 p.

3. Махотило К.В. Разработка методик эволюционного синтеза нейросетевых компонентов систем управления: дис .… канд. техн. наук: 05.13.06. — Харьков, 1998. — 179 с.

распечатать | скачать бесплатно Применение беспоисковой адаптивной системы для управления электроприводом с вентильным двигателем, Мещеряков В.Н., Карантаев В.Г., Источник: Журнал «Электротехнические комплексы и системы управления»,
www.v-itc.ru/electrotech

скачать архив.zip(202 кБт)

Авторские права на размещенные материалы принадлежат авторам
Тел.(495) 360-76-40 E-mail:
© Портал ЭнергоСовет.ru — энергосбережение, энергоэффективность, энергосберегающие технологии 2006-2021
Возрастная категория Интернет-сайта 18 +
реклама | карта сайта | о проекте | контакты | правила использования статей

Адаптивная параметрическая блокировка двигателя 12.04.2020

Автор: Алексей Курчанов

Что это такое?

Адаптивные Параметрические Блокировки – это семейство микроэлектронных устройств, сконструированных для того, чтобы максимально затруднить определение угонщиком заблокированной цепи в автомобиле и заставить его остановить попытку угона. Запатентованная разработка 2020 года, имеет принадлежность к 6-му поколению электронных блокировок двигателя. Миниатюрные размеры позволяют осуществлять скрытый монтаж в штатные жгуты различной толщины, что в значительной степени затрудняет его поиск злоумышленником, делая иголкой в стоге сена.

Как она работает?

В зависимости от особенностей системы управления двигателем, АПБ имитирует состояние тех или иных датчиков таким образом, что Электронный Блок Управления (ECU) не видя электрической неисправности, не определяет ошибок по заблокированной цепи и не выдает их кодов по каналам диагностики OBD.

Как управляется АПБ?

В качестве основного канала управления АПБ используются беспроводные решения, применяемые в комплексах и фирменных продуктах Угона.нет

Какие бывают виды АПБ ?

В настоящий момент существуют следующие виды блокировок:

• АПБ-D предназначена для блокировки а/м с Бензиновыми ДВС и цифровыми датчиками массового расхода воздуха таких а/м как Тойота или Субару (4-х проводные датчики MAF);
• АПБ-А предназначена для блокировки а/м с бензиновыми ДВС и аналоговыми датчиками массового расхода воздуха таких а/м как: Тойота, Ниссан, Мицубиси (5-и проводные датчики MAF);
• АПБ-H предназначена для блокировки как Бензиновых, так и Дизельных Авто (как в старых, так и в новых системах управления двигателями);
• АПБ-F предназначено для блокировки как бензиновых, так и дизельных авто корейских(например КИА и Хендэ), американских и европейских (прежде всего МВ и VW) автомобилей датчики положения распределительных и коленчатых валов которых выполнены по бинарной схемотехнике (то есть включают в себя как индуктивные, так и холловские датчики одновременно);
• АПБ-FD – в разработке – предназначены для блокировки трехпроводных датчиков MAF систем управления БОШ, таких как Шкода и Мазда СХ-хх.

Как узнать – какую из блокировок АПБ необходимо устанавливать на тот или иной автомобиль?

Так как ключевым фактором для использования того или иного варианта АПБ является тип системы управления работой ДВС, определить тип эффективного для именно Вашего авто решения, могут только технические специалисты Угона.нет

Где приобрести ?

Устройства АПБ с апреля 2020 года доступны к установке в сервисах Угона.нет Москва, с мая месяца они будут доступны к установке во всех региональных центрах Угона.нет

Что такое адаптивное управление двигателя

5.5. Адаптивное управление роботами с двигателями постоянного тока

Широкий класс роботов приводится в движение с помощью двигателей постоянного тока. Примерами таких роботов могут служить промышленные манипуляционные роботы типа ТУР-2,5, ТУР-10, РПМ-25, «Пума» (Рита), «Прагма» (Pragma) и т. п., исследовательские роботы типа ЛПИ-2, УЭМ-5МВТУ, а также ряд транспортных роботов.

Достоинствами приводов на базе двигателей постоянного тока являются хорошие динамические характеристики (высокие точность и быстродействие), сравнительно большой КПД (порядка 0,6), компактность и простота эксплуатации. Использование электрических приводов в промышленных приводах и РТК стимулируется также широким распространением и дешевизной электрических источников питания.

Управление двигателями постоянного тока обычно осуществляется с помощью электрического напряжения приложенного к обмотке якоря. Динамика таких двигателей описывается системой уравнений вида:

где σ — сила тока в обмотке якоря; φ — скорость вращения вала двигателя; М₀ — вращающий момент; J — момент инерции вращающихся масс, приведенный к ротору двигателя; β — коэффициент вязкого трения; М_c — момент сопротивления; α₀, α₁, α₂, α₃ — параметры двигателя.

Исключая из уравнений (5.35) и (5.36) промежуточную переменную σ, получим уравнение динамики двигателя постоянного тока в следующем виде:

Для увеличения мощности двигателей и получения больших вращающих моментов применяются разного рода преобразователи и электромашинные усилители. Вращение вала двигателя с помощью механизма передачи движения (редуктора) преобразуется во вращение выходного вала, на котором закрепляется соответствующее звено исполнительного механизма (манипулятора).

Двигатель совместно с редуктором образует силовой электромеханический модуль. Схема такого модуля представлена на рис. 5.13, где приняты следующие обозначения: Р — передаточное число редуктора; c — жесткость упругого вала; М — вращающий момент на выходном валу; q — угол поворота выходного вала (обобщенная координата). Для силовых модулей роботов характерны нелинейные эффекты, порождаемые насыщением магнитного потока, силами сухого и вязкого трения, упругостью и люфтами в редукторах.

Важным преимуществом двигателей постоянного тока является то обстоятельство, что на их основе (путем соответствующей конструктивной модификации) могут создаваться моментные двигатели. Такие двигатели особенно перспективны в робототехнике, поскольку они непосредственно (без редуктора) передают развиваемый вращающий момент на исполнительный механизм. Благодаря этому увеличивается механическая жесткость и упрощается система управления роботом.

Рис. 5.13. Схема силового электромеханического модуля робота

Объединяя уравнения динамики электрических приводов (5.37) с уравнениями движения манипулятора (5.1), получим полное описание динамики электромеханического робота в следующем виде:

где Ã и — заданные матрица-функция размерности т*т и вектор-функция размерности m, непосредственно выражаемые через матрицу-функцию А, вектор-функцию b в уравнении (5.1) и параметры уравнений динамики приводов (5.37). Заметим, что матрица Ã (q, ξ) не вырождена при всех возможных значениях q и ξ. Из этого факта следует разрешимость уравнения динамики (5.38) относительно старшей производной , а значит, и возможность цифрового моделирования управляемых движений робота путем численного интегрирования уравнения (5.38).

Цель программного управления роботом заключается в обеспечении требуемой точности воспроизведения заданной программы движения (ПД) манипулятора. Для ее достижения необходимо прежде всего синтезировать соответствующий закон управления электрическими приводами.

Простейшим способом управления по заданной программе является программное управление, используемое в некоторых промышленных роботах первого поколения. Аналитическая запись программного управления с учетом динамики робота имеет вид, аналогичный закону управления (5.2). При реализации такого управления в роли датчика выступает таймер, который последовательно шаг за шагом формирует управляющие воздействия на двигатели.

В ходе программного управления не используются сигналы обратной связи о текущем состоянии двигательной системы робота и внешней среды. Поэтому в таких системах программного управления отсутствует подтверждение фактической отработки ПД. Другим недостатком этих систем является жесткий характер управления. В связи с этим для обеспечения работоспособности роботов с программным управлением нужны специальная технологическая оснастка и организация неизменных условий их эксплуатации. Создание и поддержание таких условий требует значительных дополнительных затрат, сравнимых со стоимостью робота.

Более эффективным способом управления манипуляционными роботами является сервоуправление по программе. В его основе лежит идея отработки ПД с помощью сервоприводов, использующих обратную связь по фактическому состоянию манипулятора. При этом коэффициенты усиления в каналах обратной связи за-ранее рассчитываются так, чтобы обеспечить воспроизведение ПД с заданной точностью при наличии небольших начальных и параметрических возмущений.

В современных промышленных роботах сервоуправление по программе обычно реализуется с помощью серийно выпускаемых сервоприводов с локальными обратными связями по положению и скорости. Двигательная система таких роботов представляет собой манипулятор с т обобщенными координатами q₁, . q_m по каждой из которых действует свой сервопривод. Задача i-го сервопривода заключается в том, чтобы, используя обратную связь по q_i(t), _i(t) обеспечить отработку программной «уставки» q_p,i(t) с заданной точностью.

Поскольку исполнительный механизм (манипулятор) вместе с грузом является общей нагрузкой по отношению ко всем сервоприводам, двигательную систему робота следует рассматривать как многосвязную систему с перекрестными связями. Такая система включает m взаимосвязанных подсистем. На вход i-й подсистемы подается i-я компонента ПД q_p,i(t), а выходом служит реальное значение обобщенной координаты q_i(t). Взаимодействие подсистем происходит по каналам перекрестных связей.

В практике проектирования сервоприводов для промышленных роботов широко применяется упрощенный метод расчета, основанный на выделении отдельных подсистем без учета явлений динамического взаимодействия [7, 16, 70]. Такой подход позволяет расчленить многосвязную систему, движения которой в общем случае описываются нелинейными дифференциальными уравнениями высокого порядка вида (5.38), на m сравнительно простых локальных систем.

Для упрощения расчетов уравнения движения каждой подсистемы линеаризуют в окрестности соответствующей компоненты ПД, а коэффициенты полученного нестационарного линейного дифференциального уравнения «замораживают» [70]. При этом предполагается, что переходные процессы в замкнутой двигательной системе протекают настолько быстро, что ПД, а следовательно, и коэффициенты линеаризованного уравнения не претерпевают значительных изменений.

Описанный приближенный метод расчета сервоприводов для промышленных роботов, несмотря на отсутствие строгого обоснования, на практике зачастую обеспечивает требуемую точность отработки ПД и приемлемое качество управления. Поэтому он используется при проектировании многих промышленных роботов с позиционными и контурными системами управления.

На рис. 5.14 представлена структурная схема сервоуправления по программе с помощью сервоприводов, приводящих в движение исполнительный механизм робота. Здесь приняты следующие сокращения:

ЦАП — цифроаналоговый преобразователь;

УС — усилитель сигнала;

ШИП — широтно-импульсный преобразователь;

УМ — усилитель мощности;

ДПТ — двигатель постоянного тока;

ДП — датчик положения и обозначения: k_i, i = 0, 1, . 6, — коэффициенты передачи соответствующих элементов схемы; — передаточная функция ТГ; Т₀ — постоянная времени ТГ;р=d/dt оператор дифференцирования.

Рис. 5.14. Схема локального сервоуправления по программе

ПД q_p(t) формируется специальным программно-временным устройством — программатором, который обычно реализуется на микроЭВМ или на микропроцессоре.

При синтезе локального сервоуправления обычно используются линейные пропорциональные, интегральные, дифференциальные регуляторы или их комбинация — так называемые ПИД-регуляторы. Структура ПИД-регулятора определяется формулой (5.8). Рассмотрим частные случаи такого ПИД-регулятора.

Пропорциональный регулятор формирует управляющее воздействие (в данном случае управляющее напряжение в цепи якоря ДПТ) u_i, пропорциональное ошибке регулирования Δq_i(t)=q_i(t)-q_p,i(t), т. e. отклонению выходной координаты q_i(t) от ее программной «уставки» q_p,i(t):

Коэффициенты усиления c_i определяют чувствительность регулятора. Увеличение коэффициентов усиления обычно благоприятно влияет на качество управления и, в частности, на точность и быстродействие. Однако при очень больших значениях коэффициента усиления возможны автоколебания или даже потеря устойчивости ПД.

Для улучшения качества переходных процессов в закон управления наряду с ошибкой регулирования Δq_i(t) часто вводят производные Δ_i(t), Δ_i(t) и т. д. Так, в схеме, изображенной на рис. 5.14, используется пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор вида

где c_i, k_i — коэффициенты усиления в каналах обратной связи. Реализация таких регуляторов требует только датчиков положения и скорости.

Учет динамических особенностей двигателей (и, в частности, учет их инерционности) приводит к необходимости создания интегральных регуляторов, у которых управляющее воздействие пропорционально интегралу по времени от ошибки регулирования. В простейшем случае интегральный регулятор имеет вид

где γ_i — коэффициенты усиления. Если же регулирование осуществляется на основе обратной связи по второму, третьему и т. д. интегралу от ошибки Δq_i(t), то соответствующие регуляторы называются регуляторами со вторым, третьим и т. д. порядком астатизма. Обычно увеличение порядка астатизма позволяет повысить точность воспроизведения ПД. Однако при этом может уменьшиться запас устойчивости в замкнутой системе управления.

Регулятор, реализованный в схеме локального сервоуправления манипулятором, изображенный на рис. 5.14, описывается дифференциальным уравнением вида

где γ₁, γ₂, γ₃, γ₄ — параметры, выражающиеся через коэффициенты передачи k₀, k₁, k₂, k₃, k₄, k5, k₆ и постоянную времени T₀. Ввиду единообразия уравнений серворегуляторов для всех приводов индексы каналов управления в (5.42) опущены.?

Для получения уравнения замкнутой системы управления нужно продифференцировать уравнение динамики (5.38) и подставить в полученное выражение (5.42). В результате получим нелинейное дифференциальное уравнение четвертого порядка относительно вектора обобщенных координат q=(q₁, . q_m) T . Анализ этого уравнения показывает, что подбором постоянной времени ТГ, передаточного числа редуктора и коэффициентов передачи основных элементов системы управления, изображенной на рис. 5.14, можно обеспечить лишь устойчивость ПД q_p(t) в малом, т. е. при достаточно малых начальных возмущениях. Такая система программного управления весьма чувствительна к сколько-нибудь значительным параметрическим возмущениям, что отрицательно сказывается на характере переходных процессов (ухудшаются точность и быстродействие). Другим существенным недостатком этой системы является взаимное влияние каналов локального сервоуправления ввиду того, что все приводы работают на общую нагрузку.

Наилучшими техническими характеристиками в классе рассматриваемых линейных регуляторов обладают комбинированные ПИД-регуляторы вида (5.8). Однако и им присущи недостатки, рассмотренные в п. 5.1. Отсюда ясна необходимость разработки более совершенных систем программного управления, свободных от недостатков локальных серворегуляторов. Эти системы должны учитывать в явном виде (т. е. в структуре регулятора) динамику исполнительных приводов и механизмов робота. Такие системы могут обеспечить любой желаемый характер переходных процессов при отработке заданного ПД.

Рассмотрим новый класс регуляторов, синтезируемых исходя из требования: обеспечить наперед заданный характер ПП в замкнутой динамической системе робота. Отличительной чертой этого класса является то, что при выборе структуры регулятора используются полные (а нелинеаризованные) уравнения динамики. В результате структура регулятора оказывается вполне адекватной структуре динамической модели робота.

Законы управления, реализуемые такими регуляторами, будем называть динамическими. Они решают не только задачу стабилизации ПД с заданным качеством, но и задачу управления конечным состоянием, т. е. задачу перевода манипулятора из любого начального состояния в желаемое конечное за заданное время.

Перейдем к синтезу динамического регулятора в терминах управления напряжением в якорных обмотках двигателей. Введем блочную матрицу коэффициентов усиления в каналах обратной связи вида

где I, 0 — единичная и нулевая матрицы размерности т*т , а Γ₀, Γ₁, Γ₂ — матрицы размерности т*т такие, что матрица (5.43) устойчива (гурвицева). Тогда, очевидно, регулятор вида

обеспечивает асимптотическую устойчивость в целом ПД, т. е.

АЛГОРИТМ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ КРУТЯЩИМ МОМЕНТОМ ИНЖЕКТОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Читать статью полностью

Язык статьи — русский

Ссылка для цитирования: Герасимов Д.Н., Лызлова М.В., Могилевцев Ф.Л., Никифоров В.О. Алгоритм адаптивного управления крутящим моментом инжекторного двигателя внутреннего сгорания // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 4. С. 623–631.

Предмет исследования. Двигатель внутреннего сгорания как объект управления является сложной существенно нелинейной системой, работающей, как правило, в динамических режимах в условиях действия возмущений. В силу сложности конструкции и многорежимности работы двигателя ряд его характеристик и параметров неизвестны или неточно известны. В этих условиях задача управления моментом представляется нетривиальной и требует применения современных методов управления, позволяющих парировать указанные особенности. В работе предлагается сравнительно простой алгоритм адаптивного управления крутящим моментом инжекторного двигателя. Метод. Отличие предлагаемого метода управления моментом заключается в том, что в его основе лежит нелинейная динамическая модель, содержащая параметрические и функциональные неопределенности (статические характеристики), которые подавляются при помощи алгоритма адаптивного управления с единственным настраиваемым параметром. Алгоритм представляет собой пропорциональный закон управления с настраиваемым коэффициентом обратной связи и обеспечивает экспоненциальное стремление ошибки управления к окрестности нулевого положения равновесия. Показано, что радиус окрестности может быть уменьшен произвольным образом за счет изменения параметров регулятора. Основные результаты. В целях синтеза закона управления и моделирования замкнутой системы синтезирована динамическая нелинейная модель крутящего момента. Параметры и статические функции модели проидентифицированы с помощью данных, полученных в ходе FTP-теста (Federal Test Procedure, USA) автомобиля Chevrolet Tahoe с восьмицилиндровым двигателем объемом 5,7 л. Построен алгоритм адаптивного управления моментом, с помощью метода функций Ляпунова проанализированы свойства замкнутой системы. Для проверки работоспособности системы управления проведено моделирование в среде MATLAB/Simulink. Из результатов моделирования видно, что при существенном изменении скорости вращения двигателя регулятор обеспечивает ограниченность всех сигналов и стремление ошибки к ограниченной окрестности нулевого положения равновесия. Радиус окрестности существенно ниже допустимой ошибки управления 20 Н·м, что дает основания для дальнейшей практической реализации полученного алгоритма. Практическая значимость. Предложенный алгоритм управления рекомендуется к использованию в практической задаче управления моментом инжекторных и других видов двигателей внутреннего сгорания.

Ключевые слова: адаптивное управление, нелинейная система, инжекторный двигатель, крутящий момент двигателя.

Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01) и поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект 14.Z50.31.0031)

Список литературы

Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.