Регулювання та стабілізація змінних параметрів електротехнологічних систем з використанням нечіткої логіки

Розроблено новий метод дефаззіфікації логічного висновку для дискретних систем стабілізації змінної напруги, який дає змогу зменшити на 30-50 % час для прийняття рішення щодо управління трансформаторно-ключовими виконавчими структурами.

Визначено критерій “грубої” оцінки стійкості “в цілому” для нелінійної системи регулювання змінних параметрів електротехнологічних систем з нечітким логічним контролером, який забезпечує надійну роботу системи та виключає коливальні режими.

Розроблено нові імітаційні математичні моделі з використанням нечіткої логіки управління для: дискретного стабілізатора змінної напруги з трансформаторно-ключовою виконавчою структурою; фазово-імпульсного регулятора діючого значення змінної напруги підвищеної точності з лінійною передатною характеристикою; фазово-імпульсного стабілізатора напруги з регульованим рівнем з лінійною передатною характеристикою; регулятора діючого значення змінної напруги із широтно-імпульсною модуляцією на низькій частоті за критерієм стабілізації температури електротермічних установок. Це дозволяє проводити візуальне імітаційне дослідження систем та суттєво скоротити час на створення і налагодження пристроїв перетворення напруги.

Обгрунтовано, що застосування лінгвістичного підходу при створенні систем регулювання та стабілізації змінних параметрів значно розширює прозорість і потенціал варіацій системи перетворення напруги, а також забезпечує генерацію прототипу для цілого класу навантажень, модельованих аперіодичною ланкою 2-го порядку, виконання зростаючої оптимізації при коротких циклах процесу розробки, легке програмування і, в кінцевому результаті, оптимальність керування силовим виконавчим органом.

Наукові положення та висновки дисертації є достатньо обгрунтованими і достовірними, базуються на глибокому теоретичному аналізі, коректності постановки основних задач, узгодженні моделей з експериментальними результатами, апробацією основних положень і результатів на представницьких наукових конференціях.

Отримані результати впроваджено :

на комбінаті “Художник” (м.Київ) та Центрі трудової реабілітації дітей-інвалідів “Трамплін” (м.Київ) в електротермічних системах з регулюванням змінної напруги по критерію стабілізації температури на базі мікроконтролера АТ90S4433 фірми Atmel;

в СПД “Теребов” (м.Київ) в системах керування електропечами потужністю до 50 кВА, що призначені для регулювання параметрів високотемпературних технологічних процесів;

на ПП ”ЮМОС” для регулювання змінної напруги на нагрівальних елементах електротермічної установки.

ОСНОВНІ ПУБЛІКАЦІЇ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Пивняк Г.Г., Липковский К.А., Кирик В.В. Электрические сильноточные контакты, устройства регулирования и защиты с жидкометаллическим рабочим телом. - К.: ИЭД НАН Украины, 1996.-150с.

Кирик В.В., Колесник О.С., Липківський К.О. Fuzzy стабілізатор температури електропечі з пропорційно - диференційним законом регулювання // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Проблеми сучасної електротехніки”. - 2002.- Ч. 2.- С.82-83.

Кирик В.В., Колесник О.С. Оцінка та оптимізація роботи нечіткої моделі прийняття рішення для управління електропечі // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2003. -№2. -С.50-53.

Кирик В.В., Липковский К.О. Регуляторы температуры для муфельных печей по отжигу керамических изделий // Техническая электродинамика. Специальный вып. - 1998.- №2, т.2.- С.16-19.

Кирик В.В Модель регулятора діючого значення напруги з нечіткою системою управління // Техн. електродинаміка.-2004.-№1.-С.42-46.

Кирик В.В. Нетрадиційний регулятор напруги з використанням нечіткої логіки управління // Техн. електродинаміка.-2002.-№6.- C.23-25.

Кирик В.В. Нечітка логіка та невизначеності у електричних системах // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2002.- №2.-С. 30-32.

Кирик В.В. Особливості практичного використання нечітких множин в системах керування // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2001. -С.47-52.

Кирик В.В. Організація структури систем автоматичного регулювання напруги на основі нечітких логічних контролерів // Технічна електродинаміка.-2004.-№5.- С. 18-22.

Кирик В.В. Регулювання змінної напруги на нагрівальних лементах електропечі опору з використанням нечіткого логічного контролера // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2004. -№1(7). -С. 95-98.

Кирик В.В. Регулятори напруги з нечітким та ПІД алгоритмами управління // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2004. -№2(8). -С. 83-84.

Кирик В.В. Стабілізатор змінної напруги з нечіткою логікою управління // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2002. -№3. -С.81-84.

Кирик В.В. Формування лінгвістичних змінних в системах нечіткого управління перетворювачами напруги // Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2003. -№1. -С. 37-43.

Кирик В.В. Імітаційне моделювання регуляторів та стабілізаторів змінної напруги з нечітким логічним контролером// Наук. пр. - Київ: ІЕД НАН України. - 2005. -№2(11).-С.68-69.

Липківський К.О., Кирик В.В. Застосування Fuzzy Logic регулятора в стабілізаторах змінної напруги // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Проблеми сучасної електротехніки.”- 2000.- С. 43-44.

Липківський К.О., Кирик В.В., Колесник О.С. Імітаційне моделювання стабілізатора напруги змінного струму на базі трансформаторно-ключової виконавчої структури з контролером нечіткої логіки //Технічна електродинаміка. -2003.-№3.- С.25-28.

Липківський К.О., Кирик В.В., Колесник О.С. Методи реалізації алгоритму нечіткого керування в системах регулювання змінної напруги // Наук. пр. -Київ: ІЕД НАН України. - 2002. -№1. -С. 2-7.

Липківський К.О., Кирик В.В., Колесник А.С Нечітка логіка у вирішенні питань енергозбереження // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Енергозбереження в Україні: законодавство, теорія, практика”. - 2003.- С.94-95.

Липківський К.О., Кирик В.В Комп'ютерне моделювання стабілізатора змінної напруги з регульованим рівнем стабілізації // Наук. пр. -Київ: ІЕД НАН України. - 2003. -№3(6). -С. 8-12.

Липковский К.А., Кирик В.В., Жаркин А.Ф., Самков А.В. Особенности электропитания “энергоеффективных потребителей” // Технічна електродинаміка. Тем. вип. “Моделювання електронних, енергетичних та технологічних систем”.- 1999.- Ч.1.- С. 94-96.

Липківський К.О., Кирик В.В. Основні підходи до створення fuzzy - систем управління регуляторами змінної напруги // Пр. Інституту електродинаміки НАН України. Енергоефективність.-2001.-С.13-16.

Липковский К.А. Кирик В.В. Особливості інтерпретації базової фізичної змінної функціями належностями для дискретних перетворювачів напруги на основі трансформаторно-ключової виконавчої структури// Технічна електродинаміка.- 2002.- №2.- С. 19-22.

Липківський К.О., Кирик В.В. Якість управління імпульснo-фазовим регулятором напруги з нечітким та ПІД алгоритмами //Вісник Національного університету “Львівська політехніка”.-2003.-№487.- C. 22-27.

Липковский К.А., Павлов В.Б., Кирик В.В. Регулятор выпрямленного напряжения с жидкометаллическим рабочим телом // Техническая электродинамика.- 1994.- № 1.- С.36-39.

Стогній Б.С., Кириленко О.В., Липківський К.О., Кирик В.В. FUZZY- системи - новий технологічний інструмент управління // Технічна електродинаміка.-2001.-№3.- С. 17-20.

Пат. 3496 Україна, МКИ H 02 M 7/12. Регульований перетворювач змінної напруги в постійну / В.В.Кирик, К.О.Липківський, В.Б.Павлов, А.А.Кірюхін. -№ 4885273/07; Заявл. 26.11.90; Опубл. 27.12.94, ЖПВ Бюл.№6-1.- 3 с.

Регулирований преобразователь переменного напряжения в постоянное: А.с. 1771054 СССР, МКИ Н02М7/12/ В.В. Кирик, К.А. Липковский, В.Б. Павлов. - №4885273; Заявлено 26.10.90; Опубл. 23.10.92, Бюл. №39.

Lypkyvsky K.A., Kyryk V.V., Kolesnyk A.S. Application 8-bit microcontroller RISC approach for fuzzy control // Proceedings of the Vth International Workshop “Computational Problems of Electrical Engineering”.- ISBN 83-916444-2-1.- Jazleevets, Ukraine.- August 26-29, 2003.- Р.97.

Кирик В.В. Регулятор напруги по критерію стабілізації температури на нагрівальних елементах електропечі опору з використанням нечіткого логічного контролера // Праці конф. “Контроль і управління в складних системах” (КУСС-2005).- Вінниця: УНІВЕРСАМ - Вінниця.- 2005.- С.41.

АНОТАЦІЇ

Кирик В.В. Регулювання та стабілізація змінних параметрів електротехнологічних систем з використанням нечіткої логіки. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 - електротехнічні комплекси та системи. - Інститут електродинаміки НАН України, Київ, 2006.

Дисертацію присвячено проблемі підвищення якості регулювання змінних параметрів, енергетичної ефективності та продуктивності складних електротехнологічних установок, динаміка процесів в яких не піддається достовірній математичній формалізації класичними методами. Вирішення цієї проблеми досягнуто на основі математичного апарату нечіткої при врахуванні особливостей тих чи інших способів регулювання та стабілізації змінної напруги. Створено пристрої, що забезпечують регулювання і стабілізацію змінних параметрів в широкому діапазоні напруги на основі методів нечіткого управління, які дозволяють приймати правильне рішення управління силовим виконавчим органом в умовах не прогнозованої зміни напруги живлення і невизначеності нелінійності навантаження. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження при проектуванні систем керування, призначених для регулювання параметрів високотемпературних технологічних процесів.

Ключові слова: регулювання, змінна напруга, стабілізація, нечітка логіка, нечіткий логічний контролер.

Kyryk V.V. Regulation and stabilization of varying parameters of electrotechnological systems using fuzzy logic. - Manuscript.

The dissertation for a doctor's degree on speciality 05.09.03 - electrotechnical complexes and systems. - Institute of Electrodynamics of Ukrainian National Academy of Sciences, Kyiv, 2006.

The dissertation is devoted to the problems associated with qualitative improvement of control and regulation of the varying parameters, power efficiency and production rate of complex electrotechnological installations, the dynamics of processes in which is beyond reliable mathematical formalization by classical methods. The problems are solved using mathematical basis of fuzzy logic and taking into account special features of different ways of regulation and stabilization of alternating voltage. Created devices provide the regulation and stabilization of varying parameters over the wide range of voltage on the basis of fuzzy control. Used methods of fuzzy control give a possibility to make a right decision for control of power actuating elements under conditions of non-predicted change of supply voltage and uncertainty of nonlinear load. The main results of the dissertation were applied in industry for designing of control systems intended for high-temperature technological processes.

Key words: regulation, alternating voltage, stabilization, fuzzy logic, fuzzy logical controller.

Кирик В.В. Регулирование и стабилизация переменных параметров электротехнологических систем с использованием нечеткой логики. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы. - Институт электродинамики НАН Украины, Киев, 2006.

Диссертация посвящена проблеме повышения качества регулирования переменных параметров, энергетической эффективности и производительности сложных электротехнологических установок, динамика процессов в которых не поддается достоверной математической формализации классическими методами.

Впервые разработан способ введения оптимального количества нечетких переменных и критерий ограничения их функциями принадлежности на базовой физической переменной для дискретных систем преобразования напряжения, которые обеспечивают существенное сокращение затрат времени на моделирование и повышают оперативность и эффективность синтеза нечеткого логического контроллера.

Разработан новый метод формирования характера нелинейности нечеткого логического контроллера для компенсации нелинейной зависимости входных и выходных параметров систем регулирования путем введения контроллера в обратную связь и реализации линейной передаточной характеристики системы.

Разработан новый метод дефаззификации логического вывода для дискретных систем стабилизации переменного напряжения на основе предложенного критерия, что упрощает процесс расчета, уменьшает время и повышает эффективность принятия решения относительно управления трансформаторно-ключевой исполнительной структурой, обеспечивая правильность переключения на ту или другую ступень напряжения с учетом зоны гистерезиса степеней и значения напряжения сети.

Установлен критерий “грубой” оценки устойчивости “в целом” системы регулирования переменного напряжения с нечетким логическим контроллером, который обеспечивает надежную работу системы и исключает колебательные режимы.

Разработаны новые подходы к построению и принципы организации структуры систем автоматического регулирования переменного напряжения с нечетким логическим контроллером и интеграция его с классическими ПИД-регуляторами, что обеспечивает минимальную динамическую и статическую погрешности при регулировании переменных параметров электротехнологических систем.

Разработаны новые имитационные математические модели с использованием нечеткой логики управления для: дискретного стабилизатора переменного напряжения с трансформаторно-ключевой исполнительной структурой; фазово-импульсного регулятора действующего значения переменного напряжения повышенной точности с линейной передаточной характеристикой; фазово-импульсного стабилизатора напряжения с регулируемым уровнем и линейной передаточной характеристикой; регулятора действующего значения переменного напряжения с широтно-импульсной модуляцией на низкой частоте по критерию стабилизации температуры электропечи сопротивления.

Обосновано осуществление формализации ограничений нечетких переменных и начальная оценка их количества на основе модифицированной обобщенной функции принадлежности, исходя из интервала размытости и коэффициента степени концентрации.

Созданы электротехнические устройства с использованием нечетких логических контроллеров, которые обеспечили регулирование и стабилизацию переменных параметров в широком диапазоне напряжения на основе методов нечеткого управления, которые позволяют принимать правильное решение управления силовым исполнительным органом в условиях не прогнозируемого изменения напряжения питания и неопределенности нелинейности параметра регулирования технологического процесса. Основные результаты работы нашли промышленное внедрение при проектировании регуляторов переменного напряжения, систем управления, которые предназначены для регулирования параметров высокотемпературных технологических процессов.

Ключевые слова: регулирование, переменное напряжение, стабилизация, нечеткая логика, нечеткий логический контроллер.

Размещено на Allbest.ru