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

Внедрение в электроэнергетические системы (ЭЭС) фазоповоротного трансформатора обеспечивает более эффективное управление режимами ЭЭС путем регулирования напряжения и активной мощности. При этом квазиустановившиеся и переходные процессы в ЭЭС становятся более сложными, что является причиной применения в используемых инструментах моделирования: декомпозиции процессов ЭЭС, упрощения математических моделей элементов ЭЭС, ограничения времени моделирования. Указанные упрощения и ограничения в итоге приводят к неопределенной потере полноты и достоверности моделирования ЭЭС в целом. Представленная в статье концепция программно-технических средств моделирования фазоповоротного трансформатора в составе ЭЭС позволяет решить данную проблему. Программно-технические средства моделирования фазоповоротного трансформатора представляют собой гибридное моделирование, которое включает аналоговый, цифровой и физический виды моделирования. Аналоговый подход моделирования заключается в решении систем дифференциальных уравнений, описывающих процессы, протекающие в фазоповоротном трансформаторе с помощью метода непрерывного неявного интегрирования. Цифровой подход обеспечивает управление параметрами (такими как индуктивность рассеяния, активное сопротивление и т.д) и коммутациями в модели фазоповоротного трансформатора. Физический подход представляет собой подключение и переключения в элементах ЭЭС, как в реальной ЭЭС. В статье представлена всережимная модель фазоповоротного трансформатора с тиристорной системой управления, основанная на гибридном подходе моделирования и адаптированная для использования во всережимном моделирующем комплексе реального времени ЭЭС, разработанного в Томском политехническом университете. С помощью всережимного моделирующего комплекса реального времени ЭЭС, в котором реализована Томская ЭЭС, и разработанной модели фазоповоротного трансформатора проведены экспериментальные исследования по подключению двух несинхронно работающих частей Томской энергосистемы.

Представлена методика проектирования вентильного двигателя с когтеобразными полюсами, предназначенного для привода пильгерстана по производству бесшовных труб. Двигатели этого класса нашли широкое применение для приводов малых и средних мощностей, но в мировой практике нет примеров производства таких двигателей с габаритами до 10 м и на мощности несколько мегаватт. Показана целесообразность применения таких крупногабаритных и мощных электродвигателей для приводов, работающих в тяжелых условиях. Это связано с возможностью сборки магнитной системы с высококоэрцитивными постоянными магнитами без дополнительной дорогостоящей оснастки. При этом следует отметить, что расчет индуктора с когтеобразными полюсами достаточно сложен, так как он имеет много путей для потока рассеяния. Существуют большие технические риски разработать неэффективную конструкцию с малым рабочим потоком. Предлагается разбить задачу на два этапа. На первом этапе решается задача определения оптимальной геометрии на основе методов нелинейного программирования. Предлагается разработанная авторами программа синтеза, реализованная на программном языке Delphi. Программа содержит несколько уровней оптимизации и охватывает большое количество проектных ситуаций, с которыми сталкивается разработчик. На втором этапе реализована задача анализа оптимизированной конструкции двигателя. Для этого используется хорошо проверенная на практике программа Ansys Electronics Desktop. На этом этапе авторы столкнулись с необходимостью использования мощных компьютерных ресурсов и большим (в несколько часов) временем расчета одного варианта. Это связано с тем, что конструкция с когтеобразными полюсами не имеет плоской симметрии и заставляет решать трехмерную полевую задачу. Авторами предлагается эффективный метод решения этой проблемы за счет упрощения расчетной модели без существенного снижения точности расчета. Вентильный двигатель с когтеобразными полюсами заменяется вентильным двигателем с тангенциальными магнитами, который имеет плоскую симметрию, и его можно рассчитать, решая двухмерную полевую задачу. Конструкции статора и магнитные потоки двигателя эталона и двигателя близнеца одинаковые, соответственно потери, токи и напряжения тоже эквивалентны. Эффективность такой замены показана на реальном проекте. Время расчета при приемлемом качестве снижено до нескольких минут. Данный подход рекомендован для создания проектных систем других типов вентильных машин и помогает автоматизировать длительную механическую работу.

На основе анализа динамики процесса предлагается метод цифрового автоматического управления шлифованием путем использования экспертных систем контроля и диагностирования параметров технологического процесса абразивной обработки с последующим принятием решения по изменению предварительных настроек в реальном времени с учетом результатов диагностирования. Для получения требуемых качественных показателей эффективной обработки необходимо осуществлять правку шлифовального круга в тот момент, когда его режущие свойства снижаются до критических. Использование нечёткой логики в алгоритме управления абразивной обработкой позволяет получить стратегию цифрового управления, подобную процессу ассоциативного мышления человека. Такая искусственно-интеллектуальная система позволяет в процессе цифрового управления использовать знания, хранящиеся в памяти, для реализации принятия решения с учетом исходных условий (логическое заключение). Использование контроллеров нечеткой логики для описания системы позволяет достаточно эффективно использовать знания экспертов вместо дифференциальных уравнений. При этом указанные приложения теории нечетких множеств выражаются с помощью лингвистических переменных естественным образом. В процессе управления шлифованием удобно использовать экспертные системы на основе нечётких регуляторов, которые подстраивают параметры регулятора прямого контура в зависимости от изменяющихся условий и используются в дополнительном контуре управления. В прямом контуре комбинированных систем цифрового оптимального управления используются обычные регуляторы. Эффективность системы цифрового управления и качество принимаемых решений можно существенно повысить применением экспертных систем. На основании анализа параметров качества технологического процесса удалось снизить расход инструмента при сохранении высокого качества изготавливаемой продукции и повысить производительность за счет обоснованного увеличения количества валов между правками. В ходе эксперимента количество обработанных валов между правками круга был увеличен более чем в два раза, что обеспечивало значительную экономию дорогостоящего инструмента при сохранении высокого качества обработки.

Рассматриваются вопросы обеспечения эффективности лазерной связи между узлами распределенных измерительных сетей. Одним из основных воздействующих факторов, приводящих к ослаблению сигнала диодных лазеров, является дивергенция (расхождение) луча, которая может достичь 3-8 mrad. Также важным фактором является турбулентность атмосферы, которая возникает из-за разности температур поверхности Земли и атмосферы. В атмосферных лазерных линиях связи основными воздействующими внешними факторами являются туман, снег, дождь. С учетом воздействия указанных факторов предложена новая модель ослабления лазерного сигнала в открытой коммуникационной сети между центральным узлом и распределенными приемными узлами. В предложенной модели в качестве основных рассматриваются такие показатели, как расстояние между центром и распределенными узлами; видимость на дистанции и показатель распределения рассеивающих частиц. Предложен новый показатель эффективности коммуникации в распределенных лазерных сетях. Составлена и решена задача нахождения экстремума предложенного показателя. На основе полученного решения оптимизационной задачи даны рекомендации по выбору взаимосвязи длины дистанции и видимости на этой дистанции. Заключено, что в лазерной сети коммуникации между центральным узлом и распределенными узлами связи наихудший по выбранному обобщенному показателю эффективности результат может быть получен при возрастающем характере функциональной связи между расстоянием и видимостью, т.е. с ростом видимости при увеличении расстояния до выбранного приемного узла. Эвристической альтернативой в данном случае является организация обратной зависимости между расстоянием и видимостью, т.е. такой вариант, когда уменьшение расстояния сопровождалось бы увеличением видимости.

Проанализирована проблема информационной безопасности в информационных системах. Перечислены аргументы, обусловливающие возрастающее количество инцидентов информационной безопасности, статистику роста угроз безопасности информации и связанные с активным внедрением информационных технологий. Перечислены наиболее востребованные сферы, требующие обеспечения безопасности. Сформулирована задача защиты объектов критической информационной инфраструктуры. Обеспечение безопасности значимых объектов является составной частью работ по созданию (модернизации), эксплуатации и выводу из эксплуатации значимых объектов. Требования к обеспечению безопасности объектов критической информационной инфраструктуры в ходе разработки, ввода и вывода из эксплуатации подобных объектов являются исходными задачами по защите информации. Перечислены направления для обоснования требований по защите информации, определенные нормативными правовыми документами. Сделан вывод об источниках требований, включаемых в техническое задание на создание системы защиты информации критически важного объекта. Продемонстрирована взаимосвязь моделей, отражающих требования по защите информации, к которым относятся модель угроз безопасности информации и модель системы защиты. Показана целесообразность разработки множества вариантов реализации требований к системам безопасности. Проанализирован процесс формирования требований по защите информации, отражаемых в техническом задании на систему. Определен порядок задания требований, исходя из классификационных признаков объекта критической информационной инфраструктуры. Представлено формальное описание предметной области объекта критической информационной инфраструктуры, основанное на проанализированных данных о нем. Сформулированы решающие правила вывода. Разработана модель представления объекта критической инфраструктуры на основе модели перечисления его уязвимостей и заданных требований. Осуществлена формальная постановка задачи синтеза системы безопасности в соответствии с выбранными критериями.

Приведены результаты анализа режимов работы и условий их существования в системе, состоящей из магнитоэлектрического генератора (МЭГ) и управляемого (тиристорного) мостового выпрямителя с дополнительным дросселем, подключенным к нейтрали генератора и средней точке двуполярного постоянного напряжения. Несложная модификация известной схемы Ларионова предназначена для применения в электротехнических комплексах электропитания переменного напряжения с промежуточным звеном постоянного напряжения, в которых первичным источником электрической энергии является МЭГ с переменной частотой вращения вала, а в качестве стабилизатора параметров энергии нагрузки - автономный транзисторный инвертор напряжения (ИН), нагрузка которого имеет нейтраль, подключенную к средней точке двуполярного выходного напряжения выпрямителя. Необходимость введения дополнительного дросселя состоит в формировании контура протекания постоянной составляющей тока нагрузки, минуя конденсаторы звена постоянного тока системы. Введение дросселя изменяет режимы работы схемы, которые характеризуются различным количеством и длительностью интервалов проводимости тиристоров выпрямителя на периоде частоты напряжения генератора. В статье приведены результаты первого, необходимого для систем с МЭГ и выпрямителем, этапа анализа электромагнитных процессов при нулевой величине постоянной составляющей тока нагрузки. При анализе режимов работы принята LE-схема замещения фазы генератора с учетом наличия взаимной индуктивности фаз и опирающаяся на теорему постоянства потокосцепления и допущении, что магнитная система не насыщена и линейна. Система дифференциальных уравнений трехфазного МЭГ дополнена уравнением для напряжения и тока нейтрали, появление которого обусловлено введением дополнительного дросселя. Полученные в относительных величинах выражения позволяют определять условия существования режимов в модифицированной схеме в широком диапазоне изменения частоты вращения вала генератора, углов управления, индуктивности фаз генератора и входной индуктивности выпрямителя (индуктивность фидера генератора), Результаты этого этапа анализа являются основой для следующего шага - учета влияния наличия постоянной составляющей тока нагрузки ИН.