Умный алгоритм заменил датчики в промышленных двигателях
Синхронные двигатели с постоянными магнитами широко используются в робототехнике, промышленных приводах, электрогенераторах, насосах для перекачки нефти и воды и других системах, где важны точность и динамика. Традиционные методы управления требуют наличия датчиков положения и скорости, однако их применение ограничено условиями эксплуатации: они могут быть слишком чувствительны к вибрации и ударам, подвергаться воздействию электромагнитных помех, не работать при высоких температурах, возникающих в двигателе. Это приводит к неточным показаниям или поломкам. Ученые Пермского Политеха предложили новый метод бездатчикового управления синхронным двигателем, который поддерживает широкий диапазон скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Статистические ошибки этой системы составляют менее одного процента.
Статья опубликована в журнале Russian Electrical Engineering. Исследование выполнено в рамках реализации программы академического стратегического лидерства «Приоритет 2030».
Двигатели бывают синхронными и асинхронными. Оба вида имеют статор и ротор – статичную и подвижную часть соответственно. При включении оборудования обмотка статора создает магнитное поле, которое вращается и приводит в движение ротор – так механическая энергия преобразуется в электрическую. В асинхронном двигателе ротор вращается немного медленнее, чем магнитное поле статора, в синхронном же их быстрота одинакова. Благодаря этому последний вид двигателей считается более точным и применяется там, где нужна постоянная скорость – станки, роботы, манипуляторы, генераторы.
Для управления синхронными механизмами традиционные системы полагаются на специальные датчики положения и скорости ротора. Несмотря на свою эффективность, они усложняют систему и могут быть подвержены поломкам, особенно в жестких условиях эксплуатации – при воздействии высоких или низких температур (как в двигателе внутреннего сгорания автомобилей), вибраций и ударов (в экскаваторах, бульдозерах, кранах и другой строительной технике).
Бездатчиковый подход значительно упрощает конструкцию и снижает стоимость оборудования. Однако здесь возникает другая проблема: в таких системах сложно точно определить положение ротора на низких скоростях и на самом старте двигателя. Если система управления некорректно оценивает эти параметры и «думает», что двигатель вращается с одной скоростью, а на самом деле – с другой, то она будет подавать неправильные управляющие сигналы. Могут возникнуть и проблемы со стартом: двигатель может запуститься в неправильном направлении, с рывками, вибрациями, или не запуститься вообще.
Ученые Пермского Политеха разработали новый метод управления синхронными двигателями с постоянными магнитами без использования традиционных датчиков. Его преимущество в том, что он обеспечивает уверенный запуск оборудования, способен управлять двигателем в широком диапазоне скоростей и нагрузок, при этом требуя меньше вычислительных ресурсов. Это не только снижает затраты, но и повышает надежность системы.
Подход политехников позволяет оценивать положение ротора двигателя не используя датчики, а непосредственно по его токам и напряжениям. Сначала эти параметры считывает система управления двигателя. Затем они обрабатываются адаптивным наблюдателем состояния, который оценивает положение ротора. Если полученные данные не совпадают с теми, которые он предсказал, наблюдатель автоматически корректирует свою работу. Эта информация используется для точного управления токами в двигателе даже при изменении нагрузки.
– Одной из ключевых проблем в бездатчиковом управлении является оценка положения ротора на низких скоростях, где традиционные методы часто не работают. Мы решили эту проблему, разработав специальный алгоритм управления. Сначала магниты ставятся в начальное положение (0о наклона) и двигатель начинает постепенно разгоняться, поддерживая заданный ток – это похоже на плавное нажатие педали газа в машине.
Когда скорость достигает нужного уровня, система переключается с начальных настроек на управление с обратной связью, когда система «следит» за своей работой и автоматически подстраивается, чтобы двигатель работал правильно. Это позволяет делать разгон двигателя с нулевой скорости, при этом требуя меньшего количества процессорного времени на реализацию, – рассказывает Евгений Солодкий, доцент кафедры микропроцессорных средств автоматизации, кандидат технических наук.
Для проверки достоверности вычислений систему протестировали с помощью математического моделирования.
– Численный эксперимент продемонстрировал способность модели надежно запускать двигатель и поддерживать точное управление скоростью даже при значительных колебаниях нагрузки. Результаты показали, что статическая ошибка при оценке скорости вращения составляет менее 1%, что означает устойчивость модели к изменениям параметров двигателя, – поясняет Данил Савенко, студент кафедры микропроцессорных средств автоматизации.
Метод бездатчикового управления, разработанный учеными Пермского Политеха, обеспечивает не только возможность запуска синхронного двигателя с постоянными магнитами без использования специальной техники, но и высокое качество управления скоростью при относительно простой реализации. Он также снижает стоимость и сложность систем.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В 2020-х годах шакалы достигли Архангельской области, а еще раньше колонизировали другие регионы Северной Европы. Авторы новой работы проанализировали перспективы и пришли к выводу о неизбежности многократного расширения их европейского ареала в этом веке. Причем ключевую роль в этом играет человек и его действия.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно