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

Дискретные модели имеют широкое применение в современном мире. Существует множество сложных пространственно-распределенных объектов и систем, таких как транспортные системы, сталеплавильное производство, процесс износа элементов конструкций мостовых сооружений, цементное производство, процесс очистки сточных вод и многие другие. Окрестностные модели применяются для имитационного моделирования сложных производственных систем, а также для управления ими. Именно окрестностные модели обобщают многие дискретные системы. В работе рассмотрены два простейших класса окрестностных моделей, такие как линейные и билинейные динамические дискретные окрестностные модели, которые в данной статье представлены в матричном виде. Также показано основное отличие линейных от билинейных динамических дискретных окрестностных моделей; объясняется, в чем выражена дискретность окрестностных моделей. Даны определения таких понятий, как блочное умножение, параметрическая идентификация и устойчивость окрестностных моделей.Проведена параметрическая идентификация рассмотренных динамических дискретных окрестностных моделей, приведены формулы переопределенной системы линейных алгебраических уравнений для выполнения параметрической идентификации окрестностных систем. В работе рассмотрено характеристическое уравнение динамических дискретных окрестностных моделей, по которому находятся собственные числа, необходимые для определения устойчивости. Описано условие устойчивости для дискретных динамических окрестностных моделей по критерию Ляпунова. По результатам устойчивости и адекватности окрестностной модели производственной пространственно-распределенной системы можно судить о возможности применения данной модели для прогнозирования ее состояний. Была разработана программа для построения и исследования дискретных динамических окрестностных моделей на устойчивость по критерию Ляпунова. Данная программа была выполнена в блоке программирования математического пакета Mathcad. Представлена блок-схема алгоритма программы, в которой показана последовательность выполнения операций для проведения параметрической идентификации и изучения линейных и билинейных дискретных окрестностных моделей на устойчивость по критерию Ляпунова. Подробно описаны основные шаги и команды в среде Mathcad, которые были использованы в ходе написания программного кода.

Интенсивное развитие систем с постоянными магнитами требует совершенствования методов их расчета. В настоящее время создать электромеханические устройства с высокими массоэнергетическими показателями невозможно без точных методов расчета полей и оптимизационных расчетов. При этом возникает следующее техническое противоречие. Точные электромагнитные расчеты требуют значительных вычислительных ресурсов и применения сложных программ, таких как Ansys, Cosmos, а методы оптимизации нуждаются в большом количестве циклов вычислений при выборе наилучших параметров. Включить тяжеловесные программы в оптимизационные циклы, несмотря на их точность, не представляется возможным из-за неприемлемого времени вычисления. Разрешить это противоречие можно только в одном случае: необходимо создать простую, но точную модель расчета магнитной системы, которую можно было бы использовать для оптимизации. В статье предлагается решение данной проблемы, а именно методика, основанная на методе конечных элементов. Но для реализации этого метода используется заранее выбранное ограниченное количество элементов, обеспечивающих требуемую точность. Это новый подход в решении подобных задач. Таким образом, получен простой с точки зрения реализации, но приемлемый по точности расчета основных электромагнитных параметров метод. Он прошел апробацию для моделей оптимизации с большим числом циклов при проектировании систем с постоянными магнитами и показал очень хорошие результаты по времени счета и точности. Метод применялся при проектировании магнитных систем генераторов ветроэнергетических установок, вентильных двигателей для запорной аппаратуры, генераторов для дизель-электрических установок источников бесперебойного питания. Этот подход можно рекомендовать для решения других подобных задач: тепловых, вентиляционных, гидравлических, динамики напряжений.

На любых промышленных предприятиях существует вопрос охлаждения жидкостей, которые непосредственно используют в производстве или получают в результате работы других установок. Для решения этой проблемы существуют специальные воздушные охладители - промышленные градирни. В настоящее время градирни в основном применяются в системах оборотного водоснабжения для охлаждения теплообменных аппаратов. В работе выполнен анализ текущего состояния АСУ ТП системы охлаждения оборотной воды на БОВ-6. По результатам анализа произведена модернизация действующей АСУТП. На основе ПЛК Allen-Brabley CompactLogix выполнены следующие задачи: - разработаны алгоритмы автоматического пуска электродвигателей вентиляторов в градирне в зависимости от их наработки и температуры в коллекторе охлажденной воды КОВ-1; - разработаны алгоритмы управления пневматическими отсекателями на трубопроводах подачи воды в каждую секцию градирни, с возможностью управления ими с мнемосхемы; - разработаны алгоритмы управления электрозадвижками на трубопроводах подачи воды из секций в коллектор охлажденной воды, управление которыми осуществляется с мнемосхемы; - разработан алгоритм регулирования двумя клапанами на линии подпитки с БХО и Камы с целью минимизации финансовых затрат на потребление воды; - разработан интерфейс оператора для управления технологическим процессом на БОВ-6. Разработанные алгоритмы проверены на контроллере Allen-Bradley CompactLogix 1769-L35E с эмуляцией объекта автоматизации. Алгоритмы, программы и мнемосхемы подготовлены к внедрению на реально действующем объекте БОВ-6 и позволят снизить нагрузку на оператора путем автоматизации части его функций, таких как поддержание температуры и уровня в КОВ-1, а также автоматического включения в работу секций градирни. При этом будет обеспечен равномерный износ динамического оборудования градирни.

Рассмотрен робастный подход к управлению процессом восстановления титана, позволяющий интенсифицировать процесс за счет повышения температуры. Объектом управления является зона экзотермической реакции промышленного аппарата восстановления титана, представленная объектом управления с интервально-неопределенными параметрами, заданное значение температуры которого поддерживается двухпозиционным регулятором. Определено технологическое ограничение значения максимальной температуры объекта управления. Получено описание объекта в виде интервальной динамической модели. С применением модели в классе двухпозиционных систем проведены анализ робастного качества и синтез робастного управления температурой объекта управления. Анализ робастного качества предусматривает определение наихудшего показателя качества работы двухпозиционной системы регулирования температуры при любых значениях параметров объекта из известных интервалов. Таким показателем является максимально возможная амплитуда положительного отклонения температуры, характеризующая в двухпозиционной системе величину превышения регулируемой температурой заданного значения. Синтез робастного управления температурой основан на концепции гарантируемого (минимаксного) управления, предполагающей достижение наилучшего результата при наихудших сочетаниях неопределенных факторов. Ее применение позволяет придать двухпозиционному регулятору робастные свойства для поддержания максимально допустимой температуры объекта управления, которые обеспечиваются использованием амплитуды положительного отклонения температуры в качестве гарантированного критерия оценки работы двухпозиционной системы. Задача синтеза робастного управления заключается в нахождении такого заданного значения двухпозиционному регулятору, которое гарантировало бы поддержание максимально допустимой температуры объекта при наличии в интервальной модели неопределенных факторов. В такой постановке задачи заданное значение двухпозиционного регулятора является гарантирующим управлением температурой объекта. В статье рассмотрен эволюционный путь решения проблемы интенсификации процесса восстановления, предусматривающий разработку на основе интервальной динамической модели и практическую реализацию предложенных методов робастного управления температурой на разных этапах автоматизации производства губчатого титана с применением машин централизованного контроля, управляющих вычислительных машин, микропроцессорных контроллеров и компьютеров. Робастное управление позволило повысить температуру и улучшить за счет этого технологические показатели процесса восстановления тетрахлорида титана магнием.

Приведен анализ различных типов реактивных электрических машин, наиболее часто используемых в регулируемом электроприводе. На основе анализа показано и доказано, что реактивная машина с анизотропной магнитной проводимостью ротора имеет лучшие энергетические, массогабаритные и эксплуатационные характеристики среди различных типов реактивных электрических машин и является самой распространенной асинхронной электрической машиной. Представлены результаты экспериментальных исследований реактивных машин с анизотропной магнитной проводимостью ротора (РЭМАПР) с установленной мощностью от 1,5 до 500 кВт, а также апробации теории проектирования и управления реактивной электрической машиной с анизотропной магнитной проводимостью. Подробно описаны конструкция и технология изготовления макетного образца ротора реактивной машины с анизотропной магнитной проводимостью с продольной шихтовкой. Проведено сопоставление результатов исследований реактивных электрических машин, у которых свойства анизотропной магнитной проводимости ротора получены за счет его продольной и поперечной шихтовки. По результатам экспериментальных исследований построены различные графики рабочих характеристик электропривода.Выполнено исследование динамических свойств электропривода с РЭМАПР. Приведены временные диаграммы пуска в ход исследуемой электрической машины. Результаты тепловых испытаний позволили установить предельные возможности, заложенные в конструкцию опытного образца машины с номинальной установленной мощностью 500 кВт. Выполнено сравнение опытного образца реактивной электрической машины с анизотропной магнитной проводимостью ротора с асинхронной машиной по показателю удельной мощности. Проведенные исследования и испытания позволили выполнить верификацию теоретических исследований и разработанной методики проектирования РЭМАПР и показали их адекватность.

Восьмиполюсники различных исполнений, в том числе и восьмиполюсник с двумя входными и шестью выходными выводами, необходимы для замещения некоторых энергетических объектов. Особенно тогда, когда интерес представляют лишь входные и выходные характеристики электрической энергии. Особенности состояния восьмиполюсника описываются уравнениями различных форм. Для описания состояния восьмиполюсника с двумя входными и шестью выходными выводами в силовой энергетике чаще всего используются уравнения А-формы. Кроме того, используются уравнения В-формы, G-формы, H-формы, Y-формы и Z-формы. Уравнения этих форм представлены в статье. А для реализации этих уравнений необходимо иметь сведения о численных значениях соответствующих коэффициентов. Их можно определить экспериментально, причем достаточно экспериментально определить коэффициенты уравнений какой-либо одной формы. Методика такого определения известна. Коэффициенты уравнений других форм можно определить аналитически. Для этого необходимо иметь представление о количественной связи коэффициентов уравнений различных форм между собой. Выявлению такой связи и посвящена предлагаемая статья. В статье представлена методике выявлению таких связей. Выяснено, что за базовые уравнения целесообразно принимать уравнения В-формы. Именно с коэффициентами уравнений В-формы, описывающих количественную связь между выходными и входными характеристиками электрической энергии в пассивном восьмиполюснике с двумя входными и шестью выходными выводами, удобнее всего установить связь коэффициентов уравнений А-формы, G-формы, H-формы, Y-формы и Z-формы, описывающих состояние этого же восьмиполюсника. Представлены формулы, устанавливающие количественную связь между коэффициентами уравнений В-формы и коэффициентами уравнений А-формы, G-формы, H-формы, Y-формы и Z-формы, описывающих состояние электроэнергетического объекта, замещенного пассивным восьмиполюсником с двумя входными и шестью выходными выводами. Представленная методика формирования количественногй связи между коэффициентами уравнений различных форм может быть распространена и на другие типы многополюсников. Такая связь существенно увеличит возможности использования многополюсников в инженерной практике.