автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Алгоритм цифрового нелинейного управления приводом постоянного тока в системах технического диагностирования

На правах рукописи

003062628

КРАСУЛИН Александр Владимирович

2 б АПР 2007

АЛГОРИТМ ЦИФРОВОГО НЕЛИНЕЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА В СИСТЕМАХ ТЕХНИЧЕСКОГО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ

Специальность 05 09 03 — Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Омск 2007

003062628

Работа выполнена в Омском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

КОГУТ Алексей Тарасович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

АНДРЕЕВА Елена Григорьевна

кандидат технических наук РАСКИН Евгений Михайлович

Ведущее предприятие НИИ Технологии контроля и диагностики г Омск

Защита состоится 17 мая 2007 г в 1700 часов на заседании диссертационного совета Д 212 178 03 при Омском государственном техническом университете по адресу 644050, г Омск, пр Мира, 11, корп 6, ауд 340

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Омского государственного технического университета

Автореферат разослан «.(} » апреля 2007 г

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять по адресу 644050, г Омск, пр Мира, 11, Омский государственный технический университет, ученому секретарю диссертационного совета Д 212 178 03

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент

с.

А Н Кириченко

@ Омский гос университет путей соорбщения, 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы Во многих отраслях промышленности производительность технологического процесса определяется уровнем работоспособного состояния отдельных узлов электротехнического комплекса Основным элементом, осуществляющим перемещение исполнительных механизмов электротехнических систем, явчяется электродвигатель На железнодорожном транспорте движение тяговых электровозов и электропоездов обеспечивается также электродвигателями Любой двигатель, а особенно тяговый, подверженный при эксплуатации воздействию множества вредных факторов, требует постоянного контроля за его техническим состоянием Своевременное диагностирование тяговых электродвигателей является актуальным направлением исследования

Определению неисправностей в электродвигателях посвящено значительное число публикаций Среди них следует отметить работы Глуценко М Д, Дурандина М Г , Попова В Н , Серебрякова А С , Шантаренко С Г , в которых рассмотрены проблемы эксплуатационной диагностики тяговых электродвигателей В работах Авилова В Д, Исмаилова Ш К, Мельникова Е Н , Попова Д А , Смирнова В П, Харламова В В рассмотрены вопросы, связанные с надежной работой коллекторно-щеточного аппарата В работах Кучерова С В , Осяева А Т представлены новые подходы к диагностированию якорных узлов

В современных системах технического диагностирования широко применяются микропроцессорные вычислительные средства, как правило, используемые в автоматизированных режимах Разработка для них специальных алгоритмов формирования управляющего воздействия должна повысить уровень автоматизации приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей

Цель диссертационной работы заключается в выборе оптимального алгоритма управления приводом для повышения эффективности методов и средств диагностирования технического состояния тяговых электродвигателей

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи

1 Структура комплекса технического диагностирования тяговых электродвигателей постоянного тока представлена как цифровая система автоматического управления

2 С помощью экспериментального анализа систем управления различными объектами обоснован выбор алгоритма с наилучшими показателями устойчивости и качества

3 Проведены исследования работы выбранного алгоритма для задачи оптимального по быстродействию управления приводом постоянного тока с помощью имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний на лабораторном стенде

4 На основе выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления разработано программное обеспечение для лабораторного комплекса

5 Построена математическая модель режима диагностирования тягового электродвигателя постоянного тока методом взаимной нагрузки как объекта регулятора состояния

6 Путем имитационного моделирования проведены исследования выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления для диагностирования технического состояния тягового электродвигателя постоянного тока

Методы исследования. Поставленные в работе задачи по поиску необходимого управляющего воздействия при диагностировании объекта были решены с помощью численных методов, расчеты по которым проводились в пакете математического моделирования Matlab 7 0В этом же программном пакете было проведено моделирование по исследованию предлагаемой математической модели тягового электродвигателя В процессе расчета и анализа математических зависимостей дополнительно использовалась прикладная система MathCAD 13 Разработка программного обеспечения для управления аппаратной части проводилась с применением компилятора WinAVR и отладочной среды AVRStudio на языке программирования С++, Разработка системы синтеза программных траекторий производилась в пакете программирования Boiland Delphi 7

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем

1 Представлен алгоритм синтеза управляющего воздействия для системы диагностирования на основе методов полиномиальной аппроксимации первой и второй форм

2 Разработана структурная схема устройства управления с алгоритмом синтеза управляющего воздействия на основе метода полиномиальной аппроксимации

3 Выбрана математическая модель тяговых электродвигателей, диагностируемых по методу взаимной нагрузки как объекта регулятора состояния, адекватно отражающая нелинейности электродвигателей

Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждена проверкой результатов моделирования с экспериментальными показателями лабораторного стенда привода постоянного тока Проведены исследования предлагаемой модели тягового двигателя постоянного тока, подтверждающие применение выбранного метода расчета управляющего воздействия Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 3 %

Практическая ценность работы заключается в следующем

1 Проведен анализ алгоритмов синтеза управляющего воздействия на основе классического метода и полиномиальной аппроксимации первой и второй форм на ряде типовых примеров для нелинейных по управлению объектов Получены характеристики, демонстрирующие преимущество алгоритмов на основе полиномиальной аппроксимации первой формы перед другими рассматриваемыми методами

2 Разработан лабораторный комплекс для проведения натурных испытаний выбранного на основе проведенного анализа алгоритма синтеза управляющего воздействия

3 Разработано программное обеспечение для управляющего устройства лабораторного комплекса в соответствии с выбранным алгоритмом синтеза управляющего воздействия

4 Результаты работы использованы в Омском центре внедрения новой техники и технологии «Транспорт» (ЦВНТиТ) На основе алгоритма цифрового нелинейного управления приводом постоянного тока разработаны предложения по испытаниям тяговых двигателей в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на десятой международной научно-практической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004), двенадцатой международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2004), седьмой международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2004), третьей межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество» (Омск, 2005), одиннадцатой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2005), всероссийской научно-практической конференции «Транспорг-2005» (Ростов-на-Дону, 2005), шестой научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» (Екатеринбург, 2005), четвертой всероссийской конференции «Математика, информатика, управление» (Иркутск, 2005), всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути нх решения в науке, транспорте, производстве и образовании-2006» (Одесса, 2006)

Публикации. По материалам диссертации опубликована двадцать одна печатная работа и одна работа в электронном виде размещена на сайте Иркутского РЦГТ при СО РАН

Структура н объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений Общий объем составляет 132 страницы, включая 65 рисунков, 16 таблиц, 116 источников и шести приложений

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, сформулированы цель и задачи исследования, определена научная новизна, представлены практическая ценность работы и методы исследования

В первой главе рассматриваются условия работы электровозов и их тяговых электродвигателей, выявлены основные виды неисправностей и причины их возникновения Выполнен обзор методов и технических средств контроля технического состояния электродвигателей после ремонтно-

восстановительных работ Проведен статистический анализ выявленных повреждений тягового электродвигателя типа ТЛ-2К1, демонстрирующий снижение количества повреждений электротехнических компонентов за 2004 -2005 гг по сравнению с предыдущими, что связано с внедрением современных систем диагностирования двигателей Однако увеличивающиеся нагрузки на работу тяговых электродвигателей требуют совершенствовать систему диагностирования, своевременно выявлять неисправности тяговых узлов и поддерживать имеющийся парк электровозов в исправном состоянии

Процесс диагностирования в работе рассматривается как задача управления объектом с целью повышения уровня автоматизации системы Представлена структурная схема электротехнического комплекса (рис 1), выполняющего диагностирование тягового электродвигателя (ТЭД), состоящего из устройства управления и объекта диагностирования Цифровое устройство управления состоит из микроконтроллера (МК) и устройства сопряжения (УС)

/

ПК

Рис 1 Структурная схема цифровой системы диагностирования

Микроконтроллер получает программную траекторию х" (к) от ПК и значения фазовых координат х(к) от измерительного устройства, установленного на валу электродвигателя В соответствии с определенным алгоритмом МК формирует низковольтное управляющее воздействие, которое преобразуется УС и передается на тяговый электродвигатель

Необходимые для управления программные траектории хп (к) задаются по ГОСТ 2582-81, в соответствии с которым частоту вращения электродвигателя необходимо вывести на номинальный уровень за определенный временной интервал

Во второй главе рассматриваются алгоритмы расчета управляющего воздействия на основе методов первого и второго порядка В связи с тем, что объект исследования является нелинейным относительно управляющего воздействия, то его можно представить (при х(0) = х0) разностным уравнением

х(к) - 1г[х(Аг — 1), и(£)], (1)

где х(к) е К'х| — вектор состояния модели объекта на к-м шаге дискретизации, и (к) 6IX""1 - вектор управляющего воздействия, х° е !к'х| — вектор начальных условий, Г[х(£ - ¡), и(к),к\ е Ж'"1 — нелинейная функция, А = 0,1, -дискретное время

Основной задачей управления объектом является выполнение следующего условия

х{к) = хп(к) (2)

При подстановке равенства (2) в выражение (1) управляющее воздействие является аргументом нелинейного уравнения Одним из подходов к получению явных зависимостей для управляющего воздействия и (к) являются методы линеаризации

В работе применена линеаризация функции Р[х(£-1),и(А:)] рядом Тейлора Метод, учитывающий первые производные, известен в литературе и получил название классического В качестве алгоритма синтеза управляющего воздействия предлагаются методы, учитывающие производные и второго порядка, названные полиномиальной аппроксимацией

Управляющее воздействие на основе полиномиальной аппроксимации первой формы определяются формулой

Гасп. 1ч 1 ^

и(к) = и{к-1) +

эщ-1) I, _ _ ч <5и(А: — 1) 2 дп {к -1) 'I1 и ^ У>

где —--- е к - вектор частных производных первого порядка по управлению,

Эи(&-1)

д2¥{к-1) _и,„2

—5-£К - вектор частных производных второго порядка по

Эй (£-1)

управлению, ( )+ - операция псевдообращения

Во второй форме формируется управляющее воздействие по алгоритму

) ^ 2 ои (к-1) )

Матрицы Д(, / = 1,2, зависят от формы полиномиальной аппроксимации и являются функциями вида

А, = Д,[й(£)-и(£-1)], (5)

где й (¿) е К**' - вектор управляющего воздействия, рассчитанного классическим методом

й (к) = и (к -1) + (*" (к) - ¥{к -1)) (6)

Представленные формы полиномиальной аппроксимации являются дву-ступенчатыми меюдами На первой ступени рассчитывается начальное приближение к управляющему воздействию классическим методом \\{к), на второй определяется величина разности управляющих воздействий найденного на первой ступени и на предыдущем шаге — методом полиномиальной аппроксимации по формулам (3) или (4)

На основе выражений (3), (4) разработана структурная схема замкнутой системы с алгоритмом формирования управляющего воздействия методами полиномиальной аппроксимации, которая приведена на рис 2

Рис 2 Структурная схема системы с устройством управления, реализованного методом полиномиальной аппроксимации

Введение дополнительной обратной связи обеспечивает улучшение устойчивости и повышает качество процессов управления в разработанной электротехнической системе.

Проведены численные эксперименты на ряде типовых объектов управления, проанализированы размеры областей устойчивости, время регулирования и квадратичные оценки качества. Для одного из рассматриваемых примеров соответствующие области устойчивости (рис.3), время регулирования (рис. 4, а) и квадратичные оценки качества (рис. 4, б) представлены в виде графических зависимостей в относительных координатах.

6Г

НМ классический метод, полиномиальная аппроксимация второй формы У../ 1 полиномиальная аппроксимация первой формы

Рис. 3. Области устойчивости классического метода и подинсмиальЕОЙ аппроксимации 50 45

30 25 20 15

:г

10 5

4 N . V,. 1 1 1

} / Л N / / |/ ! /

\ ) / / 1 ' 1

V м__

|1 г/ II

1 /

-з -г -1

"(0) а

0 1

40 * 35 | 30 Л 25 20 15 10 5

1

1

% 1 \

\ 4 1 1 1

и, / 1 . 1 1

\Г 1 Л 1/ , , J ,/>

V V*

и

-3 -2 -1

«(О)-

...... классический метод, полиномиальная аппроксимация второй формы

-полиномиальная аппроксимация первой формы

Рис. 4. Зависимость времени регулирования и квадратичной оценки качества от начального значения управляющего воздействия

Сравнительный анализ позволил выбрать в качестве основного алгоритма формирования управляющего воздействия метод полиномиальной аппроксимации первой формы

В третьей главе рассматривается применение выбранного алгоритма для формирования двух управляющих воздействий в электроприводе постоянного тока, модель которого описывается разностными уравнениями

х.{к -1) + х,ЛГ,

(7)

х2 (к -1) + attt (к)и2 (к) - Рхг (к -1 )и2 (к) - //с,

где х, - угол поворота вала двигателя, хг — угловая скорость вращения вала двигателя, a = (JRare)~' dM, j3 = (jRar*) ' dt, juc=McJ~\ de=ceкф, dH = cu кф , J - момент инерции, Mc - момент сопротивления, включающий в себя момент нагрузки, момент вязкого и сухого трения, см - конструктивный коэффициент машины, кф — магнитный параметр двигателя, се - коэффициент геометрических параметров машины

В соответствии со структурной схемой (рис 2) и выражением (7) предложена функциональная схема имитационного моделирования в пакете Mat-lab Simulink 6 О

Натурные испытания проводились с помощью разработанного программно-аппаратного лабораторного комплекса, структурная схема которого представлена на рис 5

Рис 5 Структурная схема управляющей части лабораторного комплекса

Лабораторный комплекс включает в себя микроконтроллер (МК), блок управления питанием (БУП), питающее напряжение формируется внешним блоком питания на -5В, +12В, блок гальванической развязки (БГР), система программирования МК с интерфейсом БР!, усилители прямого управляющего воздействия (УПУВ) и реверсного управляющего воздействия (УРУВ), интерфейсы XI, Х2, ХЗ, Х4 С силовой части лабораторного комплекса информация через XI передается на МК в качестве сигналов (ИУкА, ИУкВ), полученных с ИУ каналов А и В соответственно

Разработано программное обеспечение, в составе двух программных модулей анализа состояния электродвигателя и управляющей части лабораторного комплекса Упрощенная диаграмма переходов состояний первого модуля представлена на рис 6

А6-

Загрузка/сохранение переходных процессов из управляющей части ДК

А9-

Ъ.

Ч ем <*>

< °

<—>

А7-

Проемотр таблиц фазовых координат

А8-

<н>

А10-

Сохранение графиков н таблиц фазовых координат

Просмотр графиков фазовых координат

<—>

А1-

О <

<—=>

А2-

Загрузка/сохранение параметров диагностируемого типа ЭД

АЗ-

Ввод параметров диагностируемого типа электродвигателя

А4-

Расчет характеристик управляющей части диагностического комплекса

А5-

Передача программных траекторий управляющей части ДК

Рис 6 Диаграмма переходов состояний ПО лабораторного комплекса

Проведенные на разработанном лабораторном комплексе испытания подтвердили преимущество алгоритма синтеза управляющего воздействия на основе полиномиальной аппроксимации первой формы

В четвертой главе рассмотрено применение алгоритма формирования управляющих воздействий для двигателей постоянного тока, испытываемых в соответствии с ГОСТ 2582-81 методом взаимной нагрузки, когда один из них работает двигательном, а другой в генераторном режимах

Выбрана модель, описываемая следующими разностными уравнениями

12

я-2(к-1) + вл(к-1 )ДЫ,2(к) -Сг(к- 1)С(и2(к) - и, (к))2 - д,]'

где х,(к), х2(к) - угол поворота и угловая скорость вала электродвигателя на к-м шаге дискретизации, щ{к), и2(к) - управляющие воздействия линейного преобразователя и вольтодобавочного преобразователя на к-м шаге дискретизации, £> = Д- коэффициент, зависящий от параметров машины, цс=МсЗА - постоянная величина, определяемая величиной нагрузки, Сд(*-1) = Кй + </А(/с-1))~\ Ог{к- 1) = (Лгя-с/Л(*-1))~2, ЯАа, Ята - суммарное сопротивление якорной цепи двигателя и генератора, включает в себя активные сопротивления обмотки якоря, добавочных полюсов, компенсационной обмотки

В соответствии с разработанной структурной схемой модели и алгоритма расчета управляющего воздействия проведено имитационное моделирование, демонстрирующее преимущество полиномиальной аппроксимации первой формы Характер изменений фазовых координат и управляющих воздействий близок с полученными характеристиками на действующей испытательной станции Эю позволяет сделать вывод о целесообразности проведения дальнейших разработок по применению метода полиномиальной аппроксимации первой формы для формирования управляющего воздействия в системах диагностирования тяювых электродвигателей постоянного тока

В приложениях представлены сведенья статистического анализа выявленных неисправностей тяговых двигателей ТЛ-2К1, комплекс программ моделирования и анализа объектов, принципиальная схема управляющей части диагностического комплекса, листинг программно управляющего модуля диагностического комплекса, а также акты о внедрении результатов научных исследований

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1 Представлена структура технического комплекса диагностирования как цифровая система автоматического управления динамическими режимами работы тяговых электродвигателей постоянного тока

2 На основе анализа экспериментально полученных областей устойчивости, времени регулирования и величины квадратичной оценкой качества, для ряда типовых нелинейных многомерных объектов, выбран алгоритм

формирования управляющего воздействия методом полиномиальной аппроксимации

3 С помощью имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний на лабораторном стенде проведены исследования работы предлагаемого алгоритма в системе оптимального по быстродействию управления двигателем постоянного тока

4 Разработано программное обеспечение для лабораторного комплекса на языке программирования С++, а также в среде Borland Delphi реализующее выбранный алгоритм цифрового нелинейного управления

5 Предложена математическая модель для режима диагностирования тягового электродвигателя постоянного тока методом взаимной нагрузки

6 На основании выбранной математической модели проведено имитационное моделирование алгоритма формирования управляющих воздействий Анализ полученных переходных процессов на испытаниях электродвигателей в депо ст Московка, в режиме проверки частоты вращения и результатов моделирования позволил рекомендовать алгоритм на основе метода полиномиальной аппроксимации первой формы для формирования управляющего воздействия

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 К о гут AT Синтез оптимального следящего привода с двумя параметрами управления / А Т Когут, А В Красулин // Материалы VI междунар конф «Актуальные проблемы электронного приборостроения» Новосиб гос тех ун-т Новосибирск, 2004 Т 6 С 195-168

2 Когут А Т Анализ алгоритмов оптимального управления ускорением движущегося тела / А Т Когут, А В Красулин, А А Лавру-х и н // Омский научный вестник Межвуз темат сб науч ст / Омский гос техн ун-т Омск, 2004 № 2 (27) С 94-97

3 Красулин А В Линейные математические модели управления нелинейными объектами / А В Красулин, А Т Когут // Материалы V междунар науч -техн конф «Динамика систем, механизмов и машин» Омск, 2004 Кн 2 С 292-295

4 Красулин А В Применение метода линеаризации с учетом высших производных для решения задач идентификации и оптимального управления нелинейными объектами / А В Красулин, С В Смирнов//Тези-

сы докл X между-народной науч -техн конф «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» МЭИ M, 2004 Т 1 С 406

5 Красулип А В Расширение областей устойчивости для некоторых навигационных задач/ А В Красулин, А А Лаврухин //Материалы XII меж-дунар молодежной науч конф «Туполевские чтения» Казан гос тех ун-т Казань, 2004 Т 2 С 120-121

6 Красулин А В Анализ применения, некоторых алгоритмов оптимального управления при изменении траектории движения объекта / А В Красулин // Общие и комплексные проблемы технических и прикладных наук Межвуз сб тр студентов, аспирантов и молодых ученых / Сибирская гос авгомобпльпо-дорожная акад Омск, 2005 С 201-206

7 Красулин А В Вычислительный алгоритм оптимального управления током электромагнита / А В Красулин, А Т Когут // Сб тр все-рос науч -практ конф «Транспорт-2005» Ч 1 Рост гос ун-т путей сообщения Ростов н/Д, 2005 С 59-60

8 Исследование метода полиномиальной аппроксимации при управлении объектом в электромагнитном поле [Электронный ресурс] / А В Красулин - Электрон текстовые дан (170296 байт) - Иркутский РЦГТ - Режим доступа http //giscenter icc ru/svn/Conference Data/MCSC-2005/Procs/ Papers/50 pdf - Содерж опубликовано в сборнике Института «Математика, информатика, управление»

9 Красулип А В Метод оценки областей сходимости для синтезируемого регулятора динамической системы / А В Красулин // Труды VI межвуз науч -тех конф «Молодые ученые — транспорту» Екатеринбург, 2005 С 495-499

10 Красулин А В Моделирование работы двух типов регуляторов при детерминированном воздействии / А В Красулин // Материалы межвуз науч -пракг конф «Молодежь, наука, творчество» Омский гос инс-т сервиса Омск, 2 005 С 308-309

11 Красулин А В Приближенные алгоритмы оптимального перевода объекта на новую траекторию движения / А В Красулин, А В Но-вокшонова, H Ю Безбородова // Материалы XI междунар науч-практ конф «Современные техника и технологии» / Томский политехи ун-т Томск, 2005, Т 2 С 168-170

12 Красулин А В Применение алгоритмов оптимального управления второго порядка для вывода объекта на заданную траекторию / AB Красулин //Материалы VI междунар науч-тех конф «Авиакосми-

ческие технологии» Воронежский гос техн ун-т Воронеж, 2005 Ч 2 С 209-215

13Красулин А В Регулирование производственного процесса на основе имитационной модели / А В Красулин, А Т К о гут//Материалы междунар науч -практ конф «Моделирование, теория, методы и средства» Южно-росс гос техн ун-т Новочеркасск, 2005 Ч 2 С 18-20

14 Лавру хин А А Алгоритмы оптимального управления нелинейными объектами на основе методов линеаризации / А А Лаврухин, А В Красулин, H Ю Безбородова // Тезисы докл XI междунар науч -тех конф «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» МЭИ M, 2005 Т 1 С 404-405

15 Когут А Т Математическое и программное обеспечение системы якорного и полюсного управления двигателем постоянного тока / А Т Когут, А А Лаврухин, А В Красулин //Сб науч тр междунар науч-практ конф «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании-2006» Одесса Черноморье, 2006 Т 2 С 22-25

16 Когут А Т Микропроцессорная система управления исполнительными двигателями производственных процессов / А Т Когут, А А Лаврухин, А В Красулин, H Ю Безбородова//Труды всерос науч -практ конф «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» Иркутский гос ун-т путей сообщения Чита, 2006, Ч 1 С 234-237

17 Красулин А В Алгоритм цифрового управления электротехническим исполнительным устройством / А В Красулин // Сб науч ст аспирантов и студентов университета Омский гос ун-т путей сообщения Омск, 2006 Вып 6 С 114-119

18 Красулин А В Метод оценки показателей качества при оптимальном управлении нелинейными объектами / А В Красулин //Межвуз сб науч тр Омский гос педагогический ун-т Омск, 2006 Вып 5 С 90-96

19. Лаврухин А А Построение алгоритмов управления нелинейными динамическими объектами на основе линеаризованных моделей / А А Лаврухин, H Ю Безбородова, А В Красулин //Тезисы докл XII междунар науч -тех конф «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» МЭИ M , 2006 Т 1 С 494-495

20 Когут А Т Комплексная система диагностирования технического состояния радиотехнических и управляющих устройств подвижного co-

став / А Т Когут, А В Красулин, Д В Литовкин //Омский научный вестник Межвуз темат сб науч ст / Омский гос техн ун-т Омск, 2006 №9(46) С 186-189

21 Красулин А В Алгоритм диагностирования электродвшателя постоянного тока по оценкам переменных состояния / А В Красулин // Межвуз сб тр молодых ученых и аспирантов Сибирский гос автомоб — дорож ун-т Омск, 2007 Вып 4 Ч 1 С 201-206

22 Лунев С А Программное обеспечение диагностического комплекса/С А Лунев, А В Красулин //Совершенствование, разработка и диагностика устройств железнодорожной автоматики, телемеханики и связи в системах регулирования движения поездов Межвуз темат сб науч тр / Омский гос ун-т путей сообщения Омск, 2007 С 22-26

Типография ОмГУПСа, 2007 Тираж 100 экз Заказ 314 644046, г Омск, пр Маркса, 35

ВВЕДЕНИЕ.

1.АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Условия работы электровозов и эксплуатационные факторы, влияющие на техническое состояние тяговых электродвигателей.

1.2. Анализ методов диагностирования тягового электропривода на приемосдаточных испытаниях.

1.3. Структура электротехнического комплекса.

1. 4. Выводы.

2. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ НЕЛИНЕЙНЫМИ МНОГОМЕРНЫМИ

ДИСКРЕТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ.

2.1. Постановка и решение задачи оптимального управления.

2.2. Построение приближенных алгоритмов управления.

2.2.1. Алгоритм управления классическим методом первого порядка.

2.2.2. Алгоритм управления второго порядка с применением полиномиальной аппроксимации.

2.3. Экспериментальное исследование систем управления нелинейными дискретными объектами.

2.4. Выводы.

3. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ

УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА.

3.1. Основные этапы разработки лабораторного комплекса.,.

3.2. Математическая модель электродвигателя лабораторного стенда.

3.3. Исследование модели двигателя постоянного тока.

3.4. Выбор основных компонентов лабораторного комплекса.

3.4.1. Выбор универсального микроконтроллера.

3.4.2. Выбор типа измерительного устройства.

3.5. Схемотехническая реализация лабораторного комплекса.

3.6. Программное обеспечение лабораторного комплекса.

3.7. Выводы.

4. ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ПРИ ДИАГНОСТИРОВАНИИ ТЯГОВЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

4.1. Математическая модель испытательного стенда тягового электродвигателя

4.2. Исследование адекватности выбранной модели тягового электродвигателя.

4.3. Выводы.

Актуальность проблемы. Во многих отраслях промышленности производительность технологического процесса определяется уровнем работоспособного состояния отдельных узлов электротехнического комплекса. Основным элементом, осуществляющим перемещение исполнительных механизмов электротехнических систем, является электродвигатель. На железнодорожном транспорте движение электровозов и электропоездов обеспечивается также электродвигателями. Любой двигатель, а особенно тяговый, подверженный при эксплуатации воздействию множества вредных факторов, требует постоянного контроля за его техническим состоянием. Своевременный и систематизированный процесс диагностирования тяговых электродвигателей на приемо-сдаточных испытаниях является актуальным направлением исследования.

Определению неисправностей в электродвигателях посвящено значительное число публикаций. Среди них следует отметить работы Глуценко М. Д., Дурандина М. Г., Попова В. Н., Серебрякова А. С., Шантаренко С. Г., в которых рассмотрены проблемы эксплуатационной диагностики тяговых электродвигателей. В работах Авилова В. Д., Исмаилова Ш. К., Мельникова Е. Н., Попова Д. А., Смирнова В. П., Харламова В. В. рассмотрены вопросы, связанные с надежной работой коллекторно-щеточного аппарата. В работах Кучерова С. В., ОсяеваА. Т. представлены новые подходы к диагностированию отдельных узлов двигателя.

В современных системах технического диагностирования широко применяются микропроцессорные вычислительные средства, как правило, используемые в автоматизированных режимах. Разработка для них специальных алгоритмов формирования управляющего воздействия должна повысить уровень автоматизации приемо-сдаточных испытаний тяговых электродвигателей.

Цель диссертационной работы заключается в выборе оптимального алгоритма управления приводом для повышения эффективности методов и средств диагностирования технического состояния тяговых электродвигателей.

Для достижения поставленной цели были решены следующие основные задачи:

1. Структура комплекса технического диагностирования тяговых электродвигателей постоянного тока представлена как цифровая система автоматического управления.

2. С помощью анализа характеристик систем управления различными объектами обоснован выбор алгоритма с наилучшими показателями устойчивости и качества.

3. Проведены исследования работы выбранного алгоритма для задачи оптимального по быстродействию управления приводом постоянного тока с помощью имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний на лабораторном стенде.

4. На основе выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления разработано программное обеспечение для лабораторного комплекса.

5. Построена математическая модель режима диагностирования тягового электродвигателя постоянного тока методом взаимной нагрузки как объекта регулятора состояния.

6. Путем имитационного моделирования проведены исследования выбранного алгоритма цифрового нелинейного управления для диагностирования технического состояния тягового электродвигателя постоянного тока.

Методы исследования. Поставленные в работе задачи по поиску необходимого управляющего воздействия при диагностировании объекта были решены с помощью численных методов, расчеты которых проводились в пакете математического моделирования Matlab 7.0. В этом же программном пакете было проведено моделирование для исследования предлагаемой математической модели тягового электродвигателя. В процессе расчета и анализа математических зависимостей дополнительно использовалась прикладная'система MathCAD 13. Разработка программного обеспечения для управления аппаратной части проводилась с применением компилятора WinAVR и отладочной среды AVRStudio на языке программирования С++. Разработка системы синтеза программных траекторий производилась в пакете программирования Borland Delphi 7.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. Представлен алгоритм синтеза управляющего воздействия для системы диагностирования на основе методов полиномиальной аппроксимации первой и второй форм.

2. Разработана структурная схема устройства управления с алгоритмом синтеза управляющего воздействия на основе метода полиномиальной аппроксимации.

3. Выбрана математическая модель тяговых электродвигателей, диагностируемых по методу взаимной нагрузки как объекта регулятора состояния, адекватно отражающая нелинейности характеристик электродвигателей.

Достоверность научных положений и выводов диссертации подтверждена проверкой результатов моделирования с экспериментальными показателями лабораторного стенда привода постоянного тока. Проведены исследования предлагаемой модели тягового двигателя постоянного тока, подтверждающие применение выбранного метода расчета управляющего воздействия. Расхождение расчетных и экспериментальных данных не превышает 3 %.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Анализ алгоритмов синтеза управляющего воздействия на основе классического метода и полиномиальной аппроксимации первой и второй форм на ряде типовых примеров для нелинейных по управлению объектов. Полученные характеристики, демонстрируют преимущество алгоритмов на основе полиномиальной аппроксимации первой формы перед другими рассматриваемыми методами.

2. Разработан лабораторный комплекс для проведения натурных испытаний выбранного на основе проведенного анализа алгоритма синтеза управляющего воздействия.

3. Разработано программное обеспечение для управляющего устройства лабораторного комплекса в соответствии с выбранным алгоритмом синтеза управляющего воздействия.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на десятой международной научно-практической конференции «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва, 2004), двенадцатой международной молодежной научной конференции «Туполевские чтения» (Казань, 2004), седьмой международной конференции «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Новосибирск, 2004), третьей межвузовской научно-практической конференции студентов и аспирантов «Молодежь, наука, творчество» (Омск, 2005), одиннадцатой международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2005), всероссийской научно-практической конференции «Транспорт — 2005» (Ростов-на-Дону, 2005), шестой научно-технической конференции «Молодые ученые транспорту» (Екатеринбург, 2005), четвертой всероссийской конференции «Математика, информатика, управление» (Иркутск, 2005), всероссийской научно-практической конференции ученых транспорта, вузов, НИИ, инженерных работников и представителей академической науки «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» (Чита, 2006), международной научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании — 2006» (Одесса, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликована двадцать одна печатная работа и одна работа в электронном виде размещена на сайте Иркутского РЦГТ при СО РАН.

Использование результатов работы. Результаты работы использованы в Омском центре внедрения новой техники и технологии «Транспорт» (ЦВНТиТ). На основе алгоритма цифрового нелинейного управления приводом постоянного тока разработаны предложения по испытаниям тяговых двигателей в локомотивном депо Московка Западно-Сибирской железной дороги.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем составляет 132 страницы, включая 65 рисунков, 16 таблиц, 116 источников и шести приложений.

4.3. Выводы

1) Выбрана математическая модель тяговых электродвигателей постоянного тока подключенных по методу взаимной нагрузки с двумя управляющими воздействиями, на основе которой построена функциональная схема электротехнического комплекса, проведено имитационное моделирование и доказана адекватность математической модели объекту диагностирования.

2) Проведено исследование алгоритмов формирования управляющих воздействий на основе разработанной функциональной схемы электротехнического комплекса и выбран алгоритм метода полиномиальной аппроксимации первой формы.

3) Проанализированы полученные в депо ст. Московка экспериментальные переходные процессы на испытаниях электродвигателей подключенных по схеме взаимной нагрузки, в режиме тепловых испытаний и проверки частоты вращения с результатами моделирования, которые позволили рекомендовать алгоритм на основе метода полиномиальной аппроксимации первой формы для формирования управляющего воздействия в микропроцессорном диагностическом комплексе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Благодаря комплексу выполненных теоретических и экспериментальных исследований научно-обоснован и внедрен алгоритм синтеза программного управляющего воздействия применяемый при диагностировании тяговых двигателей постоянного тока, который обеспечивает повышение уровня автоматизации исследуемого процесса.

1. Представлена структура технического комплекса диагностирования как цифровая система автоматического управления динамическими режимами работы тяговых электродвигателей постоянного тока.

2. На основе анализа экспериментально полученных областей устойчивости, времени регулирования и величины квадратичной оценкой качества, для ряда типовых нелинейных многомерных объектов, выбран алгоритм формирования управляющего воздействия методом полиномиальной аппроксимации.

3. С помощью имитационного моделирования на ЭВМ и натурных испытаний на лабораторном стенде проведены исследования работы предлагаемого алгоритма в системе оптимального по быстродействию управления двигателем постоянного тока.

4. Разработано программное обеспечение для лабораторного комплекса на языке программирования С++, а также в среде Borland Delphi реализующее выбранный алгоритм цифрового нелинейного управления.

5. Предложена математическая модель для режима диагностирования тягового электродвигателя постоянного тока методом взаимной нагрузки.

6. На основании выбранной математической модели проведено имитационное моделирование алгоритма формирования управляющих воздействий. Анализ полученных переходных процессов на испытаниях электродвигателей в депо ст. Московка, в режиме проверки частоты вращения и результатов моделирования позволил рекомендовать алгоритм на основе метода полиномиальной аппроксимации первой формы для формирования управляющего воздействия.

1. Авилов В. Д. Диагностирование и настройка коммутации тяговых и других коллекторных электрических машин / В. Д. Авилов, В. П. Беляев, Ш. К. Исмаилов, В. В. Харламов // Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2002. 134 с.

2. Автоматизированное проектирование систем идентификации, управления и обработки информации. Отчет о НИР (промежут.) / Омский гос. ун-т. путей сообщения; Руководитель А. Т. Ко гут № ГР 0120.0.0602862; Инв. № 1714. Омск, 2006.70 с.

3. Агуров П. В. Последовательные интерфейсы ПК. Практика программирования / П. В. Агуров. СПб: БХВ-Петербург, 2004. 496 с.

4. Александров В.В. Оптимальное управление движением / В.В. Александров. М.: Физматлит, 2005. 376 с.

5. Алексеев В. М. Оптимальное управление / В.М.Алексеев, В. М. Тихомиров, С. В. Фомин. М.: Физматлит, 2005. 384 с.

6. Афанасьев В. Н. Математическая теория конструирования систем управления / В. Н. Афанасьев, В. Б. Колмановский, В. Р. Носов. М.: Высшая школа, 2003. 614 с.

7. Беллман Р. Некоторые вопросы математической теории процессов управления / Р. Беллман, И. Гликсберг., О. Гросс. М.: Иностранная литература, 1962. 336 с.

8. Белов М. П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов / М. П. Белов, В.

9. A.Новиков, J1. Н. Рассудов. М.: Академия, 2004. 576 с.

10. Бесекерский В. А. Теория систем автоматического управления /

11. B. А. Бесекерский, Е. П. Попов. СПб: Профессия, 2004. 752 с.

12. Ю.Бервинов В.И. Техническое диагностирование локомотивов / В. И. Бервинов. УМКМПС России. М., 1998. 190 с,

13. Благодатских В. И. Введение в оптимальное управление / В. И. Благодатских. / Под ред. В. А. Садовничего. М.: Высшая школа, 2001. 239 с.

14. Бушев А. В. Полиномиальный подход к синтезу квазиоптимального по быстродействию электропривода с переменной структурой / А. В. Бушев // Мехатроника, автоматизация, управление. 2006. №1.С. 18-21.

15. П.Вольдек А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы / А. И. Вольдек. СПб: Питер, 2007. 320 с.

16. Воронов А. А. Основы теории автоматического управления и регулирования / A.A. Воронов, В.К.Титов, Б. Н. Новогранов. М.: Высшая школа, 1977. 519 с.

17. Гантмахер Ф. Р. Теория матриц / Ф. Р. Гантмахер. М.: Наука, 1966. 576с.

18. Глазунов Ю. Т. Вариационные методы / Ю. Т. Глазунов. М.Ижевск: ИКИ, 2006. 470с.

19. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в Matlab 6.0 / С. Г. Герман-Галкин. СПб: Корона принт, 2001. 320 с.

20. Герман-Галкин С. Г. Электрические машины / С. Г. Герман-Галкин, Г. А. Кардонов. СПб: Корона принт, 2003. 256 с.

21. Гольдфарб J1. С. Теория автоматического управления / JI. С. Гольдфарб /Под ред. А. В. Нетушила. М.: Наука, 1976. 480 с.

22. ГОСТ 1 1828-86. Машины электрические вращающиеся. Общие методы испытаний М.: Изд-во стандартов, 1986. 32 с.

23. ГОСТ 2582-81. Машины электрические вращающиеся тяговые. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1998. 94 с.

24. Гуд вин Г. К. Проектирование систем управления/ Г. К. Гуд вин, С. Ф. Гребе, М. Э. Сальгадо. М.: Бином, 2004. 911 с.

25. Дорф Р. Современные системы управления / Р. Дорф, Р. Бишоп; Пер. с англ. Б. И. Копылова. М.: Лаборатория базовых знаний, 2004. 832 с.

26. Евстифеев А. В. Микроконтроллеры AVR семейства Tiny и Mega фирмы ATMEL / А. В. Е в с т и ф е е в. М.: Додэка-ХХ1, 2004. 560 с.

27. Егупов Н. Д. Методы классической и современной теории автоматического управления. / Н. Д. Егупов. М.: МГТУ им. Баумана, 2000. Т. 3. 748 с.

28. Захарченко Д. Д. Тяговые электрические машины / Д. Д. За-харченко, H.A. Ротанов. М.: Транспорт, 1991. 343 с.27. 3 ел и к и н М. И. Оптимальное управление и вариационное исчисление/М. И. Зелики н. М.: Едиториал УРСС, 2004. 160 с.

29. Ивахненко А. Г. Непрерывность и дискретность / А. Г. Ивах-ненко. Киев: Наукова думка, 1990. 224с.

30. Изерман Р. Цифровые системы управления / Р. Изерман. М.: Мир, 1984. 541с.

31. Ильинский Н. Ф. Основы электропривода /Н. Ф. Ильинский. МЭИ. М., 2003.224 с.

32. Ильинский Н. Ф.Электропривод. Ресурсосбережение / Н. Ф.

33. Ильинский, В.В.Москаленко. М.: Академия, 2006. 215 с.

34. Келим Ю. М. Типовые элементы систем автоматического управления/Ю. М. Келим. М.: Форум. 2004. 384 с.

35. Кетков Ю. Л. МАТЬАВ 6.x. Программирование численных методов / Ю.Л. Кетков, А.Ю. Кетков, М. М. Шульц. СПб: БХВ-Петербург, 2004. 672 с.

36. Ким Д. П. Теория автоматического управления. Т.2: Многомерные, нелинейные, оптимальные и адаптивные системы / Д. П. Ким. М.: Физмат-лит. 2004. 464 с.

37. Классические методы автоматического управления / Под ред. А. А. Л а н н э. СПб: БХВ-Петербург, 2004. 640 с.

38. Когут А. Т. Полиномиальная аппроксимация в некоторых задачах оптимизации и управления. / А. Т. Когут // Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2003.243 с.

39. Когут А. Т. Анализ алгоритмов оптимального управления ускорением движущегося тела/ А. Т. Когут, А. В. Красулин, А. А. Лаврухин // Омский научный вестник: Межвуз. темат. сб. науч. ст. / Омский гос. техн. ун-т. Омск, 2004. № 2 (27). С. 94 97.

40. К о гут А. Т. Микропроцессорная система управления исполнительными двигателями производственных процессов / А. Т. К о гут, А.

41. A.Лаврухин, А. В. Красулин, Н. Ю. Безбородова // Труды всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы и перспективы развития Транссибирской магистрали в XXI веке» Иркутский гос. ун-т путей сообщения. Чита, 2006, Ч. 1. С. 234-237.

42. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин / И. П. Копылов. М.: Высшая школа, 2001. 327 с.

43. Копылов И. П. Электрические машины / И. П. Копылов // М.: Высшая школа, 2000. 607 с.

44. Кор и ко в А. М. Основы теории управления / А. М. Кор и ко в // Томский гос. ун-т. сист. упр-я. и радиоэл-ки. Томск, 1999. Ч. 1. 190 с.

45. Корн Г. Справочник по математике / Г. Корн, Т. Корн. М.: Наука, 1978. 832 с.

46. Костюнин Г. В. Оптимальное по быстродействию управление механической системой с учетом сил трения и гармонического возмущения / Г.

47. B. Костюнин И Изв. РАН. Теория и системы управления. 2005. № 4, С. 57 63

48. Красовский A.A. Универсальные алгоритмы оптимального управления непрерывными процессами / А. А. Красовский, В. Н. Буков, B.C. Шендрик. М.: Наука, 1977.271 с.

49. Красовский Н. Н. Теория управления движением / Н. Н. Красовский. М.: Наука, 1968.467 с.

50. Красулин А. В. Алгоритм диагностирования электродвигателя постоянного тока по оценкам переменных состояния / А. В. Красулин // Межвуз. сб. тр. молодых ученых и аспирантов. Сибирский гос. автомобильно-дорожный ун-т. Омск, 2007. Вып. 4. Ч. 1. С. 151 156

51. Красулин А. В. Анализ работы алгоритмов прямого цифрового управления нелинейным многомерным объектом / А. В. Красулин // Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2007. Деп. в ВИНИТИ № 6488 -ждОб. 29 с.

52. Красулин А. В. Вычислительный алгоритм оптимального управления током электромагнита / А. В. Красулин, А. Т. Когут // Сб. тр. все-рос. науч.-практ. конф. «Транспорт-2005» Ч. 1. Рост. гос. ун-т путей сообщения. Ростов н/Д, 2005 С. 59 60.

53. Красулин А. В. Линейные математические модели управления нелинейными объектами / А. В. Красулин, А. Т. Когут // Материалы V междунар. науч.-техн. конф. «Динамика систем, механизмов и машин» Омск, 2004. Кн. 2. С. 292-295.

54. Красулин А. В. Метод оценки областей сходимости для синтезируемого регулятора динамической системы / А. В. Красулин // Труды VI межвуз. науч.-техн. конф. «Молодые ученые транспорту». Уральск, гос. ун-т путей сообщения. Екатеринбург, 2005. С. 495 -499.

55. Красулин А. В. Метод оценки показателей качества при оптимальном управлении нелинейными объектами / А. В. Красулин // Межвуз. сб. науч. тр. Омский гос. педагогический ун-т. Омск, 2006. Вып. 5. С. 90 96.

56. Красулин А. В. Расширение областей устойчивости для некоторых навигационных задач / А. В. Красулин, А. А. Лаврухин // Материалы XII междунар. молодежной науч. конф. «Туполевские чтения» Казан, гос. тех. ун-т. Казань, 2004. Т. 2. С. 120 121

57. Крутько П. Д. Декомпозирующие алгоритмы робастно устойчивых нелинейных многосвязных управляемых систем. Теория и прикладные задачи/П. Д. Крутько //Изв. РАН. ТиСу. 2005. № 1. С. 5-31.

58. Крутько П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Линейные системы /П. Д. Крутько. М.: Наука, 1987. 306 с.66."Крутько П. Д. Обратные задачи динамики управляемых систем. Нелинейные системы/П. Д. Крутько. М.: Наука, 1988.327 с.

59. Крутько П. Д. Построение алгоритмов управления движением дискретных систем / П. Д. Крутько, Е. П. Попов // Изв. АН СССР. Техническая кибернетика М., 1979. №3. С. 159- 163.

60. Лейтман Дж. Введение в теорию оптимального управления. / Дж. Лейтман. М.: Наука, 1968. 192 с.

61. Л и с и ц ы н А. Л. Нестационарные режимы тяги / А. Л. Лисицын, Л. А. Мугинштейн. М.: Интекст, 2003. 343с.

62. Нейронные сети. MATLAB 6 / Под общ. ред. В. Г. Потемкина, М.: Диалог-МИФИ, 2002. 496 с.

63. Методы исследования нелинейных систем автоматического управления / Под ред. Р. А. Нелепина. М.: Наука, 1975.448 с.

64. Методы исследования сложных систем управления: Сб. тр. / Под ред. В. А. Ведешникова. Инс-т. пробл. упр-я. М., 1989. 63 с.

65. Методы классической и современной теории автоматического управления. Анализ и статистическая динамика систем автоматического управлении / Под. ред. Н. Д. Егупова. МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 2000. Т. 1.748 с.

66. Методы классической и современной теории автоматического управления. Синтез регуляторов и теория оптимизации систем автоматического управления / Под ред. Н. Д. Егупова. МГТУ им. Н.Э. Баумана. М., 2000. Т. 2. 736 с.

67. Мита Ц. Введение в цифровое управление / Ц. Мита, С. Хара, Р. Кондо. М.: Мир, 1994.250 с.

68. Моисеев Н. Н. Численные методы в теории оптимальных систем / Н. Н.Моисеев. М.: Наука, 1971.424 с.

69. Москаленко В. В. Системы автоматизированного управления электропривода/В. В. Москаленко. М.: Инфра-М, 2004. 208 с.

70. Москаленко В. В. Электрический привод / В. В. Москаленко. М.: Академия. 2006. 204 с.

71. Мирошник И. В. Теория автоматического управления. Линейные системы / И. В. Мирошник. Спб: Питер, 2005. 336 с.

72. Мирошник И. В. Теория автоматического управления. Нелинейные системы / И. В. Мирошник. Спб: Питер, 2005. 336 с.

73. Моисеев H.H. Элементы теории оптимальных систем / H.H. Моисеев. М.: Наука, 1975. 318 с.

74. Ос л эн дер Д. М. Управляющие программы для механических систем: объектно-ориентированное программирование систем реального времени / Д. М, Ослэндер, Дж. Р. Риджли, Дж. Д. Ринггенберг; Пер. с англ. М.: Бином, 2004. 413 с.

75. Пантелеев А. В. Теория управления в примерах и задачах/ А. В. Пантелеев, А. С. Бортаковский. М.: Высшая школа, 2003. 583 с.

76. Петров Ю. П. Вариационные методы теории оптимального управления/Ю. П. Петров. JL: Энергия, 1977. 280 с.

77. Понтрягин JT. С. Математическая теория оптимальных процессов / JI. С. Понтрягин, В.Г.Болтянский, Р. В. Гамкрел идзе. М.: Наука, 1983. 391 с.

78. Попов Е. П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления / Е. П.Попов. М.: Наука, 1979.256 с.

79. Пропой А. И. Элементы теории оптимальных дискретных систем / А. И. Пропой. М.: Наука, 1973.210 с.

80. Розенфельд В. Е. Теория электрической тяги / В. Е. Розен-фельд, И. П. Исаев, Н. Н. Сидоров. М.: Транспорт, 1983. 328 с.

81. Рубан А. И. Адаптивное оптимальное управление динамическими распределенными объектами / А. И. Рубан //Кибернетика. 1987. № 1. С. 79-84.

82. Рубан А. И. Адаптивное управление с идентификацией./ А. И. Рубан // Томск: Томский гос. ун-т, 1983. 270 с.

83. Рубан А. И. Методы оптимизации/ А. И. Рубан // Томский гос. ун-т. Томск, 1976. 319 с.

84. Рубан А. И. Оптимизация систем / А. И. Рубан // Томский гос. ун-т. Томск, 1984. 197 с.96: Сейдж Э. П. Оптимальное управление системами / Э. П. Сейдж,

85. С. Уайт //М.: Радио и связь, 1982.392 с.

86. Справочник по теории автоматического управления / Под ред. А. А. Красовского //М.: Наука, 1987. 712 с.

87. Справочник по электрическим машинам. / Под. ред. И. П. Копы-лова, Б. К. Клокова//М.: Энергоатомиздат, 1989. Т. 2. 688 с.

88. Табак Д. Оптимальное управление и математическое программирование/Д.Табак, Б. Куо //М.: Наука, 1975.280 с.

89. Тер е хан о в В. М. Системы управления электроприводов / В. М. Тереханов, О. И. Осипов; Под ред. В. М. Тереханова//М.: Академия, 2005. 304 с.

90. ЮКТятюшкин А. И. Численное решение многокритериальной задачи оптимального управления / А. И. Тятюшкин // Изв. РАН. ТиСу. 2004. №5. С. 93-99.

91. Фал дин Н. В. Синтез оптимальных по быстродействию замкнутых систем управления /Н. В. Фалдин. Тульск. политехи, инс-т. Тула, 1990. 99 с.

92. ЮЗ.Федоренко Р. П. Приближенное решение задач оптимального управления/ Р. П. Федоренко. М.: Наука, 1978.448 с.

93. Фельдбаум А. А. Основы теории оптимальных систем / А. А. Фельдбаум. М.: Наука, 1970.320с.

94. Флеминг У. Оптимальное управление детерминированными и стохастическими системами / У. Флеминг, Р. Ришел. М.:Мир, 1978.316 с.

95. Юб.Цыпкин Я. 3. Основы теории автоматических систем / Я. 3. Цыпкин. М.: Наука, 1977. 560 с.

96. Черноусько Ф. Л. Вариационные задачи механики и управления/Ф.Л. Черноусько, Н. В. БаниЧук. М.: Наука, 1973. 240 с.

97. Чер ноу с ь ко Ф. Л. Методы управления нелинейными механическими системами / Ф. Л. Черноусько, И. М. Ананьевский, И. М. Решмин. М.: Физматлит, 2006. 328 с.

98. Ю9.Шидловский С. В. Автоматическое управление. Перестраиваемые структуры / С. В. Шидловский. Томский гос. ун-т. Томск, 2006. 288 с.

99. ПО.Шишмарев В. Ю. Типовые элементы систем автоматического управления / В. Ю. Шишмарев. М: Академия, 2004. 304 с.

100. Ariyur К. Real-time optimization by extremum-seeking control / К. Ariyur, M. Kristic. New Jersey: Wiley Interscience, 2003. P. 236.

101. Hangos К. M. Analysis and Control of Nonlinear Process Systems / К. M. Hangos, J. Bokor, G. Szederkenyi. London: Springer, 2004. P. 308.

102. Kalman R. E. Design of a Self-Optimizing Control System / R. E. Kalman // Trans. ASME, 80, 468 478 (1958).

103. Kokotovic P. Constructive nonlinear control: a historical perspective/ P. Kokotovic, M. Arcak //Automatica, v.37. 2001. № 5. P. 637-662.

104. От последнего капитального или среднего заводского ремонтадо 150 150-300 300-450 450 600 выше 600 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005 2004 2005 20041 2 3 4 5 6 7 8 9 10

105. Пробой и МВЗ обмотки якоря 90 94 1,629 1,67 28 23 17 19 15 16 10 22 20 14 24 17

106. Пробой изоляции и МВЗ обмоток главных полюсов 7 15 0,126 0,266 1 3 2 2 1 7 1 3 2 4 33 то же обмоток добавочных полюсов 11 8 0,199 0,142 4 3 1 2 3 2 1 2 1 4 то же компенсационной обмотки 11 14 0,199 0,248 1 1 2 3 3 4 4 3 1 3 2 1

107. Низкая изоляция якорных полюсных обмоток 0 0 0 0

108. Повреждение выводов катушек главных полюсов 0 1 0 0,018 111 то же добавочных полюсов 0 0 0 0 12 то же компенсационных обмоток 0 0 0 0

109. Повреждение перемычек между щеткодержателями на траверсе и др. 1 0 0,018 0 1

110. Повреждения выходных кабелей 19 30 0,344 0,532 4 4 5 7 4 10 2 6 4 3 12 15

111. Выправление припоя из петушков 42 70 0,76 1,242 6 16 7 14 10 19 7 12 12 9 5 1

112. Выработка коллектора 19 20 0,344 0,355 2 1 3 4 3 6 5 5 6 4 3

113. Задир коллектора 2 6 0,036 0,106 2 2 1 1 2 4 ■ 8

114. Перебросы, оплавления, подгары, затяжка ламелей коллектора 76 80 1,376 1,418 16 22 21 21 16 20 14 10 9 7 10 8

115. Повреждения щеткодержателей 1 0 0,018 0 1 1

116. Повреждения кронштейнов щеткодержателей 0 0 0 0

117. Повреждения щеток и их шунтов 1 0 0,018 0 1 1

118. Повреждения траверсы 0 0 0 01 2 3 4 5 6 7 8 9 10

119. Разрушения проволочных бандажей 0 0 0 024 то же неметаллических 25 33 0,453 0,585 4 13 6 4 7 7 1 6 7 3 9 9

120. Повреждения якорных подшипников 102 92 1,84 1,63 22 22 21 25 19 22 20 14 20 9 5 5

121. Ослабление и обрыв болтов подшипниковых узлов 6 9 0,109 0,159 2 1 1 1 4 5 1

122. Ослабление крышек, подшипниковых щитов, втулок уплотнителей 12 7 0,217 0,124 1 2 1 1 2 2 7 3

123. Обрыв болтов главных полюсов 0 0 0 029 то же добавочных 0 0 0 0

124. Излом и задир вала якоря 0 0 0 0

125. Ослабление задней нажимной шайбы якоря 0 0 0 0

126. Попадание смазки в остов тэд 106 34 1,92 0,603 57 6 27 11 14 8 4 7 4 2 9

127. Повреждение букс моторно-осевых подшипников 1 0 0,018 0 1

128. Прочие повреждения 64 43 1,159 0,762 10 9 20 11 19 11 7 7 8 5 11 3

129. Всего повреждений 601 559 10,89 9,913 156 128 135 126 117 137 80 104 113 64 98 73

130. Постоение %Области %устойчивости

131. Plotcount = AreaofconvergencetoXl(Xstartl, Xstart2,UPRAV, gl, g2, KOLVOZn, a, dt, Plotcount,1,2,0,0.);

132. Plotcount = AreaofconvergencetoX2(Xstartl,Xstart2,UPRAV, gl, g2,

133. KOLVOZn, a, dt, Plotcount,1,2,0,0.);

134. Применение классического метода

135. Klassic=metodKlassic(Xstartl, Xstart2, UPRAV, gl, g2, KOLVOZn, a, dt);

136. Up = Klassic(1,:); xxuprl = Klassic(2,:); xxupr2 = Klassic(3,:); % Использование %Полиномиапроксимации %первой формы

137. PolyI=metodPolinomI(Xstartl, Xstart2, UPRAV, gl, g2, KOLVOZn,a, dt);

138. P0LYIUp = PolyI(1,:); POLYIxuprl = PolyI(2,:) POLYIxupr2 = PolyI(3, :); % Использование %Полиномиапроксимации %второй формы

139. PolyII = metodPolinomII(Xstartl, Xstart2, UPRAV, gl, g2, KOLVOZn,a,dt); Ъ POLYIIUp = PolyII(1,:);

140. Plotcount = PlotLinetRegallMetod(Xstartl,Xstart2,UPRAV, gl, g2,

141. KOLVOZn, a, dt, u, stepcount, Plotcount);

142. Функция metodKlassic реализация классического метода управления % Описание ФункцииmetodKlassic Ф-ция. Классического метода % XXstartl,XXstart2 - начальные координаты % UPRAV - Начальное Управление % д1,д2-желаемая %траектория % dt - Дельта t

143. Up (k) = Up (k-1) + r1 * (gl (k) -fiterl (k)) + r2 * (g2 (k)-fiter2 (k))

144. Значения движ. с учетом управленияxxuprl(k) = xxuprl(k-1) + dt*Up(k); xxupr2(k) = xxupr2(k-l) +dt*Up(k)A2; % Ограничения накладываемые на управляющее воздействие if Up(k)<- -PI/21. Up(k)= -PI/2; end;if Up(k)>= PI/2 Up(k)= PI/2;end; k = k+1; end;

145. Возврат значений в программу

146. Klass = Up; xxuprl; xxupr2.;

147. Функция metodPolinom I реализация классического метода управления1. Описание ФункцииmetodPolinomI Ф-ция метода ПА 1-й формы

148. XXstartl,XXstart2 начальные координаты % UPRAV - Начальное управляющее воздействиеgl,g2 программная траектория

149. Up управление %движением объектаxxuprl,xxupr2 перемещение %объекта с использованием управления

150. KOLVOZnach количество! итерацийfunction POLYnI = metodPolinomI(XXstartl, XXstart2, UPRAV, gl, g2, KOLVOZnach ,a ,dt) PI = 3.14159;

151. Задание начальных координат и управляющих воздействий POLYxxuprl(1) = XXstartl; P0LYxxupr2(1) = XXstart2; zPOLYxxuprl(1) = XXstartl; zP0LYxxupr2(1) = XXstart2; k=2;

152. K(l) = k-1; polyUp(k-1) = UPRAV; Upzpoly(k-1) = UPRAV;

153. Ограничения накладываемые на управляющее воздействие (составляющей КМ) if polyUp(k)<= -PI/2polyUp(k) = -PI/2; end;if polyUp(k)>= PI/2polyUp(k) = PI/2; end;

154. Ограничения накладываемые на управляющее воздействие (ПА) if Up;zpoly (k) <= -PI/21. Upzpoly (k) = -PI/2; end;if Upzpoly(k)>= PI/21. Upzpoly(k) = PI/2; end;

155. POLYxxuprl(k) = POLYxxuprl(k-1) + f.first; POLYxxupr2(k) = POLYxxupr2(k-1) + f.second; k= k+1; end;

156. Возврат ^значений %в запускающую %программу

157. POLYnI = polyUp; POLYxxuprl; P0LYxxupr2.; Функция AreaofconvergencetoX построение области устойчивости % Описание %Функции

158. Расчет %области 1устойчивости 1по %координате %xl % д1,д2-%желаемая %траектория

159. Xstartl = UParea(ki, 1) ( (UParea(ki,1) - DOWNarea(ki,1)) *0.5 ); ki = ki + 1; end;stepUPR = stepUPR*(-1); end;

160. NumK= length(Upextrem); % поиск среднего %значенияwhile(k>=(length(Upextrem)-ProcentKoleban+l)) SUMUp=SUMUp +Upextrem(k); k=k-l; end;

161. SUMUp= SUMUp/ProcentKoleban; % Минимальное и максимальное значение трубки

162. HighUp= SUMUp*.05 + SUMUp; LowUp= SUMUp (SUMUp*0.05); % Определение времени регулирования k=length(Upextrem); while(k>=l)if (Upextrem(k)<HighUp)&(Upextrem(k)>LowUp) NumK= kUp(k); end; if (Upextrem(k)>=HighUp)|(Upextrem(k)<=LowUp) break; end;k=k-l; end;

163. Возвращает значение НомераК и минимальное максимальное значение в трубке TREG= Num К; High Up; Low Up.;

164. Список рассматриваемых производителей микроконтроллеров

165. Наименование компании производителя Корпоративный Web-сайт

166. ADVANCED RISC MACHINES http://www.arm .com/1. AMD http://www.amd.com/

167. ANALOG DEVICES INC. http://www.analog.com/

168. ATMEL CORPORATION http://www.atmel.com/

169. CYGNAL INTEGRATED PRODUCTS http ://www.cygnal .com/

170. CYPRESS MICROSYSTEMS http://www.cypressmicro.com/

171. DALLAS SEMICONDUCTOR / MAXIM http://www.maxim-ic.com/

172. EPSON EUROPE ELECTRONICS GmbH http://www.epson-electronics.de/

173. FUJITSU MICOELECTRONICS INC. http://www.fmi.fujitsu.com/

174. HITACHI SEMICONDUCTOR http://www.hitachi.co.jp/

175. FINEON TECHNOLOGIES AG. http://www.infineon.com/

176. TEGRATED DEVICE TECHNOLOGY http://www.idt.com/

177. TEL CORP. http://www.intel.com/

178. TEGRATED SILICON SOLUTION http://www.issiusa.com/

179. MICROCHIP TECHNOLOGY INC. http://www.microchip.com/

180. MITSUBISHI ELECTRIC http://www.mitsubishichips.com/

181. MOTOROLA INC. http://www.motorola.com/

182. NATIONAL SEMICONDUCTOR CORP. http://www.national.com/

183. NEC ELECTRON DEVICES INC. http://www.necel.com/

184. OKI SEMICONDUCTORS http://www.okisemi.com/

185. MATSUSHITA ELECTRIC INDUSTRIAL http://www.panasonic.com/

186. PHILIPS SEMICONDUCTORS http://www.philips.semiconductors.com

187. ST MICROELECTRONICS http://www.st.com/

188. SAMSUNG SEMICONDUCTORS http:// www.samsubgsem i .com/

189. TDK SEMICONDUCTOR CORP. http://www.tsc.tdk.com/

190. TEXAS INSTRUMENTS INC. http://www.ti.com/

191. TOSHIBA CORP. http://www.toshiba.com/taec

192. XEMICS SA http://www.xemics.com/

193. ZILOG INC. http ://ww w.zi 1 og. com/