Дисертації (АЕМСЕП)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Бездавачеве керування електромеханічними системами турбомеханізмів з використанням технології нейромереж(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Землянухіна, Ганна Юріївна; Бур’ян, Сергій ОлександровичЗемлянухіна Г.Ю. Бездавачеве керування електромеханічними системами турбомеханізмів з використанням технології нейромереж. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. У дисертаційній роботі вирішується задача підвищення ефективності роботи турбомеханізмів за рахунок розробки бездавачевої електромеханічної системи автоматичного керування з оцінювачами технологічних координат на основі штучних нейронних мереж в умовах зміни параметрів гідромережі. У першому розділі проведено аналіз існуючих сучасних енергоефективних систем керування турбомеханізмами, що живляться від альтернативних джерел енергії, та систем бездавачевого керування з метою обґрунтування необхідності вирішення розглянутої у роботі науково-прикладної задачі. За результатами аналітичного огляду встановлено, що використання датчиків технологічних координат значно збільшує вартість та ускладнює процес обслуговування таких систем керування турбомеханізмами, зокрема насосами, вентиляторами та компресорами. Тому сучасні методи реалізації бездатчикових систем керування, зокрема використання штучних нейронних мереж, представляють перспективним підходом. Здатність цих мереж до навчання на основі обширних вхідних даних робить їх ефективним інструментом для оцінювання координат турбомеханізмів. Розглянуто типові автономні системи генерації електричної енергії, а саме при використанні асинхронних, синхронних двигунів та машин подвійного живлення. Серед новітніх альтернативних систем для генерації електричної енергії набувають популярності вітроустановки, які використовують асинхронні генератори. У другому розділі проведено розробка та опис тренування оцінювачів технологічних координат на основі теорії штучних мереж із класичними структурами мереж та стандартними алгоритмами їх навчання, а також при використанні модифікованої структури нейронних мереж із зворотнім зв’язком, що дозволяє підвищити точність оцінювання при варіаціях опору гідравлічної мережі. Наведено математичний опис нейронних мереж, що, як наслідок, в подальшому дозволяє реалізувати розроблені нейронні мережі використовуючи низько-середньо рівневі контролери, такі як програмовані логічні інтегральні схеми (ПЛІС) та інші. Розглянуто покроковий алгоритм навчання нейронних мереж із класичною та модифікованою схемою перцептронів за допомогою інструментів MATLAB nntool та ntstool відповідно. Наведені результати тренування оцінювачів технологічних координат, а саме оцінювача тиску та продуктивності, показують, що точність такого оцінювача становить 10%. У третьому розділі наведено математичний опис та опис основних елементів двох варіантів електромеханічної системи керування турбомеханізмом при живленні від вітрогенератора з використанням електронного регулятора навантаження (ЕРН) та статичного компенсатора (STATCOM). Проведено дослідження системи водопостачання при живленні від вітрогенератора із застосуванням статичного компенсатора в умовах стабілізації тиску гідромережі методом математичного моделювання використовуючи пакети прикладних програм MATLAB Simulink та SimPowerSystems. Результати вказують на те, що розроблена система забезпечує стабілізацію напору в гідравлічній мережі на задовільному рівні при змінах опору відповідно до технологічних вимог. Динамічна похибка в регулюванні напору системи не перевищує 1%. Використовуючи теорію штучних нейронних мереж, досліджено коефіцієнт корисної дії (ККД) насосу систем в межах типового добового циклу споживання води. Для проведення дослідження створено оцінювач ККД, тренування якого здійснювалося на основі статичних характеристик насосу, які можна отримати з каталогів обладнання відповідних виробників. У четвертому розділі розглянуто різні типи реалізації системи стабілізації напруги асинхронних генераторів, такі як електронний регулятор навантаження (ЕРН) та статичний компенсатор (STATCOM). Як наслідок встановлено, що використання електронного ЕРН в автономній системі генерації електричної енергії дозволяє втрати енергії, що утворюються при живленні основних активних споживачів, перерозподіляти для задоволення потреб споживачів системи водопостачання. Проведено дослідження системи керування турбомеханізмом при використанні оцінювача тиску із класичними структурами мереж та стандартними алгоритмами навчання, а також при використанні модифікованого оцінювача тиску із зворотнім зв’язком. Дослідження перехідних процесів систем проводилися методом математичного моделювання в умовах стабілізації тиску. Результати дослідження показують, що динамічна похибка відпрацювання тиску системи не перевищує 1%. Порівнюючи оцінені значення тиску, які отримані від системи бездатчикового керування турбомеханізмом при живлені від вітрогенератора із використанням електронного регулятора навантаження, і фактичний тиск, що може бути виміряний за допомогою датчика тиску, встановлено, що похибка оцінки тиску знаходиться в межах від 0% до 14%. Похибка в оцінці тиску в бездатчиковій системі керування турбомеханізмом із використання статичного компенсатора знаходиться в діапазоні від 0% до 8%, що відповідає технологічним вимогам і є прийнятним для вимірювання координат мережі за допомогою контрольно-вимірювальних приладів. У п’ятому розділі наведено опис експериментального стенду для дослідження бездавачевої системи керування вентилятором, умови проведення експерименту та результати проведення експериментальних досліджень. Дослідження вказують на те, що для приблизно 40% діапазону частот розроблений алгоритм управління є ефективним і може забезпечити точне оцінювання технологічних координат. Це відкриває можливість використання оцінювачів, реалізованих на основі теорії штучних нейронних мереж, для заміни датчиків у таких системах. Наведено опис експериментального стенду для дослідження системи водопостачання із використанням оцінювачів коефіцієнта корисної дії (ККД) та продуктивності. Реалізовано нейронні мережі на основі їх математичного опису для оцінювання технологічних координат на базі програмованих логічних інтегральних схем (ПЛІС). Підтверджено ефективність розробленого оцінювача ККД насосної установки, розбіжність між експериментальними та модельними даними не перевищує 15% на напорах до 7 метрів і 5% від 7 до 20 метрів, що вважається прийнятним для використаного обсягу даних і характеристик вхідних сигналів нейронної мережі. У рамках дослідження здійснено техніко-економічне обґрунтування застосування програмованих логічних інтегральних схем у порівнянні з традиційними датчиками тиску та продуктивності в системах водопостачання. Отримані результати дозволили зробити висновок щодо можливостей оптимізації ефективності систем водопостачання за допомогою використання ПЛІС. Враховуючи технічні та економічні аспекти, використання ПЛІС виявилося конкурентоспроможним та перспективним підходом порівняно із традиційними методами, такими як застосування датчиків тиску і продуктивності (витратомірів). Результати роботи впроваджено: в ДП «Сіменс Україна» (м. Київ) та в освітній процес у Київському політехнічному інституті імені Ігоря Сікорського для вдосконалення лекційних курсів та оновлення циклів лабораторних робіт дисциплін «Електромеханічні системи типових технологічних застосувань» та «Керування та автоматизація технічних систем». Подальше впровадження результатів дисертації рекомендується на підприємствах електротехнічного профілю України.Документ Відкритий доступ Керування електромеханічними системами електричних транспортних засобів з гібридним акумуляторно-суперконденсаторним джерелом живлення(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Ніконенко, Євген Олексійович; Пересада, Сергій Михайловичисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 – Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. У дисертаційній роботі вирішується задача розвитку методів синтезу та аналізу тягових електромеханічних систем (ЕМС) на базі векторно-керованих асинхронних двигунів (АД) і синхронних двигунів з постійними магнітами (СДПМ) з гібридними джерелами живлення (ГДЖ) на основі акумуляторних батарей (АКБ) і блоку суперконденсаторів (СК), спрямована на підвищення їх статичних, динамічних та енергетичних характеристик за рахунок розробки і впровадження методів нелінійного і адаптивного керування. У першому розділі проведено аналіз існуючих методів керування тяговими електромеханічними системами з ГДЖ з метою обґрунтування необхідності вирішення науково-прикладної задачі, яка розглядається в роботі. За результатами аналітичного огляду встановлено, що системи ослаблення поля АД не забезпечують повне використання потужності джерела; для живлення типових ЕТЗ використовуються тільки АКБ, що спричиняє їх прискорене старіння. Типові системи керування ГДЖ на основі лінійних пропорційно-інтегральних регуляторів (ПІ-регуляторів) струмів і напруги з фільтром низьких частот (ФНЧ) не мають строгого теоретичного обґрунтування, стійкість суттєво нелінійних систем не доведено. Як наслідок, підсистеми керування ГДЖ і тяговим електроприводом (ЕП) є взаємозв’язаними і чутливими до координатних і параметричних збурень, основними з яких є варіації активного опору ротора АД, електричних параметрів СДПМ і параметрів DC-DC перетворювачів. Вказані збурення в існуючих системах призводять до деградації динамічних показників якості керування і зниження енергетичної ефективності процесів електромеханічного перетворення енергії.У другому розділі розроблено нові алгоритми ослаблення поля в системах векторного керування АД, які забезпечують більш повне використання потужності джерела, а також синтезовано з використанням другого методу Ляпунова адаптивний спостерігач активного опору ротора АД і алгоритми ідентифікації параметрів СДПМ, які забезпечують глобально стійкий процес оцінювання і є простішими у використанні, ніж існуючі аналоги. У третьому розділі виконано теоретичний аналіз та дослідження властивостей стійкості і характеристик систем керування класом реверсивних DC-DC перетворювачів як нелінійних немінімально-фазових об’єктів керування в стандартній конфігурації з лінійними ПІ-регуляторами струму та напруги. Розроблений метод синтезу і аналізу систем керування DC-DC перетворювачами базується на використанні часткової лінеаризації зворотним зв’язком. В результаті теоретичного аналізу встановлено, що: результуюча структура системи керування має вигляд послідовного з’єднання двох лінійних асимптотично стійких підсистем у контурі нелінійного зворотного зв’язку з білінійними властивостями; структура системи керування вперше дозволяє лінеаризацію відносно фізично обумовленої множини рішень, яка представляє собою рівняння балансу потужностей; лінеаризована система набуває форми, яка дозволяє використовувати теорію каскадних систем з розділенням у часі процесів у контурах регулювання так, що процеси у внутрішньому контурі (струму) у декілька разів більш швидкі у порівнянні із зовнішнім (напруги); налаштування регуляторів з оптимізацією за «симетричним» оптимумом дозволяє формувати показники якості керування. Вперше показано яким чином струм навантаження впливає на структуру систем керування DC-DC перетворювачами та їх параметри, що дозволяє здійснювати робастне налаштування регуляторів для підвищення навантажувальної здатності перетворювачів. Показано, що завдяки компенсації струму навантаження забезпечується підвищення динамічної точності стабілізації напруги. Теоретично, за допомогою другого методу Ляпунова, обґрунтовано структуру коригуючих зворотних зв’язків алгоритму ідентифікації параметрів DC-DC перетворювачів, який, на відміну від існуючих, має прозорі умови персистності збудження, що гарантує властивості глобальної експоненційної стійкості, не потребує інформації про їх початкові значення, а також має простішу форму. У четвертому розділі вперше теоретично обґрунтовано структуру композитної системи керування ГДЖ, що складається зі зв’язаних підсистем регулювання вихідної напруги, струмів АКБ і СК, фільтру розподілу частот (ФРЧ) і підсистеми регулювання напруги СК. Доведено, шляхом розгляду динаміки системи зниженого порядку, що масштабування завдання струму СК у функції співвідношення напруг АКБ і СК у складі ФРЧ (лінеаризація зворотним зв’язком), а також формування розділення у часі динаміки у контурах регулювання забезпечують асимптотичне регулювання напруги ланки постійного струму і розподіл динамічних складових струмів АКБ і СК. Показано, що компенсація струму навантаження підвищує динамічні показники якості регулювання напруги. Розроблено новий алгоритм регулювання напруги (заряду) блоку СК і надано рекомендації з його налаштування, яке гарантує, що процес заряду не впливає на регулювання вихідної напруги ГДЖ. У п’ятому розділі обґрунтовано концепцію експериментальних досліджень тягових ЕМС з ГДЖ, яка дозволяє розробляти уніфіковані експериментальні установки для повномасштабних тестувань широкого спектру алгоритмів керування в умовах, які наближені до існуючих в реальних ЕТЗ. Розроблено структуру, виготовлено і налагоджено станцію швидкого прототипного тестування для дослідження тягових ЕМС, яка складається з АД потужністю 0.7 кВт, СДПМ 3 кВт, літій-іонних і свинцево-кислотних АКБ і блоку СК з DC-DC перетворювачами, яка дозволила провести повномасштабні експериментальні тестування розроблених структур керування з метою підтвердження теоретичних висновків роботи та виявлення ефектів, які не враховуються при синтезі та моделюванні. Керування установкою здійснюється з використанням контролера на основі цифрового сигнального процесора TMS320F28335 та розробленого для нього програмного забезпечення, що в реальному часі реалізує розроблені алгоритми керування. Розроблено методику дослідження динамічних процесів енергообміну між джерелами живлення і тяговим ЕП, яка дозволяє формувати струми навантаження, які відповідають типовим діаграмам руху ЕТЗ і дають можливість оцінювати ефективність розподілу струмів між АКБ і СК на кожній з ділянок руху ЕТЗ. З результатів верифікації параметрів АКБ і блоку СК і дослідження динамічних режимів DC-DC перетворювачів встановлено, що стандартні моделі АКБ та СК на основі обґрунтованих припущень поєднують простоту та достатню точність для дослідження процесів енергообміну в тягових ЕМС. Проведено цикл повномасштабних досліджень ГДЖ тягових ЕМС, який включає відпрацювання навантажень сформованих діаграмами руху ЕТЗ. Результати експериментальних досліджень співпадають з результатами математичного моделювання з достатньою точністю для комплексних тягових ЕМС. З порівняльного тестування встановлено, що розроблений алгоритм керування повністю керованими ГДЖ забезпечує зменшення інтегральних середньоквадратичних значень струму елементу АКБ і його похідної, порівняно з живленням від АКБ і типових топологій ГДЖ, що сприяє зниженню втрат і подовженню терміну експлуатації АКБ. Встановлено, що серед розглянутих топологій повністю керовані ГДЖ мають найкращі властивості регулювання напруги, розподілу струмів між АКБ і СК та обмеження струму АКБ. Результати роботи впроваджено: в ТОВ «Політехносервіс» (м. Бровари) та в освітній процес у Київському політехнічному інституті імені Ігоря Сікорського для вдосконалення лекційних курсів та оновлення циклів лабораторних робіт дисциплін «Електромеханічні системи електричних транспортних засобів» і «Керування перетворенням енергії в відновлюваних джерелах та електромобілях». Подальше впровадження результатів дисертації рекомендується на підприємствах електротехнічного профілю України.Документ Відкритий доступ Cистема векторного керування асинхронним генератором з властивостями робастності до параметричних збурень(2021) Желінський, Микола Миколайович; Пересада, С. М.Документ Відкритий доступ Адаптивне керування cиловими активними фільтрами з властивістю селективної компенсації гармонік(2020) Зайченко, Юрій Михайлович; Пересада, С. М.Документ Відкритий доступ Розвиток теорії бездавачевого векторного керування електромеханічними системами з асинхронними двигунами(2020) Ковбаса, Сергій Миколайович; Пересада, С. М.Документ Відкритий доступ Адаптивне векторне керування асинхронними двигунами при варіаціях активних опорів статора та ротора(2016) Коноплінський, Максим Анатолійович; Пересада, Сергій Михайлович; автоматизації електромеханічних систем та електроприводу; електроенерготехніки та автоматики; Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут"Документ Відкритий доступ Идентификация электрических параметров асинхронных двигателей при самонастройке векторно-управляемых электроприводов(2016) Приступа, Дмитрий Леонидович; Пересада, Сергей Михайлович; автоматизации электромеханических систем и электропривода; электроэнерготехники и автоматики; Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"