Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления

В связи с развитием промышленного комплекса, освоением новых технологий, увеличением объема добычи и переработки природных ресурсов, а также исследованием новых территорий в мировой электроэнергетике наблюдается повсеместное использование регулируемого электропривода и различных типов преобразователей электрической энергии, а также устойчивая тенденция роста их установленной мощности. По этим причинам, особо остро встают вопросы электромагнитной совместимости нагрузки с питающей сетью и обеспечения требуемого качества преобразуемой электроэнергии. Снижение качества преобразуемой электроэнергии приводит к ухудшению энергетических характеристик, снижению производительности, сокращению срока службы электрооборудования, а также повышению вероятности возникновения аварийных ситуаций. Одним из эффективных путей решения данной проблемы является использование каскадного преобразователя частоты, который позволяет осуществлять синтез выходного напряжения высокого качества. Цель исследования: разработка схемных решений и алгоритмов управления каскадным преобразователем частоты, которые позволят осуществить синтез выходного напряжения высокого качества. Методы: на основе теоретико-числовых методов, теоретических основ электротехники, основ силовой электроники и системы позиционного счисления выполнена проработка вариантов и способов увеличения возможного числа уровней мгновенно синтезируемого напряжения на выходе каскадного преобразователя частоты. Результаты: предложены схемные решения и алгоритмы управления каскадным преобразователем частоты, которые позволят повысить качество синтезируемого напряжения. Приведено математическое описание алгоритмов управления элементарными ячейками каскадного преобразователя частоты, позволяющих синтезировать требуемые напряжения. Представлено количественное и качественное сравнение способов повышения качества синтезируемого напряжения на выходе каскадного преобразователя частоты, изображена гистограмма зависимости количества синтезируемых уровней напряжения от схемы построения элементарной ячейки, числа ячеек и алгоритмов управления. Приведен результат математического моделирования фазного напряжения на выходе каскадного преобразователя частоты, синтезируемого с помощью трех двухуровневых ячеек с дифференцированным напряжением питания и алгоритмами управления с суммированием и разностью напряжений ячеек в фазе. Практическая значимость: предложенные схемы и способы повышения качества синтезируемого напряжения на выходе каскадного преобразователя частоты и результаты проведенных исследований могут быть использованы при проектировании и разработке электрических преобразователей электроэнергии с высоким качеством выходного напряжения. Это позволяет повысить энергетическую эффективность и существенно улучшить гармонический состав синтезируемого напряжения.

В настоящее время активно ведутся исследования в области квантовых вычислений, квантовых компьютеров. Скорее всего, квантовые вычислители, как это уже было в истории науки много раз, не являются панацеей, а займут свою нишу наравне с обычными вычислителями. Более того, в этой области имеются некоторые особенности, которые могут быть использованы и в бинарной логике. Речь идёт о так называемых обратимых вычислениях и специальных элементах, например элементах Фредкина. Цель исследования: разработка методики исследования схем биллиардной логики на практических занятиях, разработка дешифратора и элемента памяти, элемента Фредкина для использования на лабораторных занятиях. Методы: анализ работы биллиардного полного сумматора, синтез дешифратора и элемента памяти, элемента Фредкина на базе LUT FPGA. Результаты: в исследовании подробно по шагам рассматривается пример таких вычислений и предлагается элемент для их реализации в бинарной логике. Анализируется работа схемы «вперёд» и «назад» с использованием символов «биллиардных» шаров. Предложены дешифратор и элемент памяти, элемент Фредкина на основе элемента LUT FPGA. Выполняется моделирование в системе схемотехнического моделирования NI Multisim фирмы National Instruments Electronics Workbench Group, подтверждающее работоспособность предложенного элемента. Практическая значимость: методика исследования схем биллиардной логики может быть использована на практических занятиях, разработанный элемент Фредкина может быть использован на лабораторных занятиях.

Управление теплообменными аппаратами при переработке нефти является практически важной задачей, так как от точности поддержания температуры процесса зависит качество конечных нефтепродуктов. Методы параметрической и непараметрической идентификации не позволяют обеспечить качество управления во всем интервале значений входных параметров кожухотрубного испарителя установки стабилизации нефти. Одним из методов решения этой проблемы является использование математических моделей в целях управления. Цель исследования: решение задачи управления теплообменником по модели. Методы: разработана математическая модель испарителя в виде теплового баланса в дифференциальной форме. Коэффициенты в уравнениях теплового баланса выражены через технологические и конструктивные параметры. Результаты: из полученной системы дифференциальных уравнений осуществлен переход к выражениям в форме системы передаточных функций по различным каналам. Рассмотрена возможность построения математической модели исследуемого объекта с корректировкой коэффициентов в модели при использовании экспериментальных данных действующей установки. Исходные данные получены по трендам параметров технологического процесса. Полученная система автоматического регулирования реализована с применением средств программного пакета Simulink. Поиск коэффициентов в модели по выбранному критерию выполнен с применением функции оптимизации fminsearch. В качестве начальных условий поиска приняты предварительно вычисленные значения коэффициентов модели в виде теплового баланса. Качество модели оценивалось по средней относительной погрешности аппроксимации. Обсуждение: предложенный способ идентификации параметров динамической модели кожухотрубного испарителя позволяет повысить точность моделей. Результаты исследований получены с применением программного пакета MatLab. Полученная модель объекта может быть применена при разработке тренажеров, при исследовании режимов работы системы, при управлении процессом с участием математических моделей.

Актуальность рассматриваемой в статье задачи связана с широким использованием эмпирических моделей и методов классификации для подготовки и предварительной обработки данных и повышения на их основе объективности принимаемых решений за счет учета особенностей рассматриваемых систем и задач на основе характеризующих их статистических данных. Целью работы является рассмотрение задачи выбора метода идентификации для повышения эффективности его работы для конкретной прикладной задачи в условиях непрерывного дополнения данных. Для этого в статье рассматривается применение методов машинного обучения на данных статистики, собираемых в режиме реального времени, о действиях пользователей магазинов полного цикла самообслуживания с устройством сканирования товарных штрих-кодов. Полученные результаты позволяют классифицировать данные на две категории (идентифицировать интересующие состояния). На рассматриваемом в статье примере это выявление мошенников на основе их действий. Выбранные модели и способы повышения их эффективности могут быть использованы напрямую в тех сферах, где необходим контроль персонала и клиентов на основе их электронных следов в реальном времени. Наибольшая значимость исследования связана с тем, что при рассмотрении разных задач методы классификации показывают различную эффективность. В проведенном исследовании представлена методика выбора и повышения эффективности моделей для решения задач бинарной классификации и идентификации. Этот процесс сведен к последовательности формальных операций, которые могут быть проведены при решении любой задачи классификации. Эффективность оценивалась с использованием ROC-кривых, а для повышения эффективности работы методов машинного обучения применялись такие подходы, как построение ансамблей моделей, кросс-валидация, использование специальных метрик при обучении моделей и ресемплинг.

Самым распространённым методом управления асинхронными двигателями является векторное управление с установкой датчиков непосредственно на двигателе. Наличие датчиков в системе управления приводит к повышению риска выхода из строя оборудования. Наиболее эффективным способом улучшения качественных характеристик электропривода, в частности, с векторным управлением, является уход к бездатчиковым методам управления асинхронным двигателем. Цель исследования: разработать метод вычисления скорости и положения ротора асинхронного двигателя при бездатчиковом векторном управлении с быстрым программным временем расчёта и с простой реализацией регулирования, используя преимущества комплексных вычислений. Методы: в статье рассмотрен вычислитель при бездатчиковом управлении асинхронным двигателем, полученный путём решения системы уравнений Парка-Горева в комплексной форме. Ведение одновременного расчёта для двух проекций переменных при помощи записи в комплексной форме позволяет ускорить скорость вычисления. Проверка результатов выполнялась при помощи компьютерного моделирования. Для этих целей составлена модель асинхронного двигателя в программном комплексе MatLab. Результаты: вычислитель, собранный на основе предложенного в данной статье решения, с высокой точностью (0,5 %) определяет значение скорости двигателя, имеет простую и гибкую структуру. Решение возможно масштабировать и применять в других вариантах электропривода ввиду его универсальности. Практическая значимость: предложено решение системы уравнений Парка-Горева в комплексной форме. Получена база для создания системы управления асинхронным двигателем с комплексным вычислителем. Применение рассмотренного в статье метода позволяет использовать микропроцессор меньшей производительности и мощности, что значительно снижает стоимость аппаратной части системы управления.

При стремлении сокращения расстояния между электрическими зарядами к нулю потенциальная энергия электростатического поля стремится к бесконечности, что нехорошо. Возможные попытки спасти положение рассуждениями о невозможности достижения нулевого расстояния в связи с конечными размерами заряженных объектов не продуктивны, поскольку считается, что, например, у электронов и позитронов размеров нет. Цель исследования: повышение корректности электростатических расчетов, исключающей возможность получения недостоверных результатов в виде бесконечно большой энергии. Результаты: даны определения. Определение 1. Полная запасаемая энергия - это энергия системы или объекта, равная максимальной работе, которую система или объект может совершить, если ей или ему предоставить такую возможность. Определение 2. Условная реализуемая запасаемая энергия - это часть полной запасаемой энергии системы или объекта, равная работе, которую система или объект может совершить, ограниченная условием, исключающим возможность совершения системой или объектом максимальной работы, которую система или объект гипотетически может совершить. Определение 3. Условная нереализуемая запасаемая энергия - это часть полной запасаемой энергии системы или объекта, равная работе, которую система или объект не может совершить, ограниченная условием, исключающим возможность совершения системой или объектом максимальной работы, которую система или объект гипотетически может совершить. Доказан ряд теорем, в том числе теорема 1 - запасаемая энергия всегда положительна; теорема 6 - энергия поля системы из двух заряженных сфер, одна из которых полностью находится внутри другой, есть величина постоянная, т.е. не зависит от местоположения внутренней сферы. Практическая значимость: актуальность работы обусловлена значительным повышением роли электростатической энергии в связи с началом массового производства ионисторов, используемых, в частности, в электромобилях, и необходимостью в связи с этим развития теоретического обеспечения.