Каскадне керування електроприводами насосної станції на основі астатичного нечіткого регулятора
№ 2 (7) (2023), Статті
№ 2 (7) (2023)

Каскадне керування електроприводами насосної станції на основі астатичного нечіткого регулятора

Статті
https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.02.01
Опубліковано 2023-12-25
Алла Василівна Босак
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
https://orcid.org/0000-0003-0545-9980
Антон Валерійович Торопов
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна
https://orcid.org/0000-0001-8505-0266
Володимир Григорович Дубовик
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна
https://orcid.org/0000-0001-8884-8222
Лілія Володимирівна Торопова
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна
https://orcid.org/0000-0001-6882-2295
Олексій Юрійович Боднарук
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Україна
https://orcid.org/0009-0001-3031-3644
PDF

Ключові слова

каскадне керування
одинична ступінчаста функція
нечіткий регулятор
насосна станція
астатизм

Як цитувати

Босак, А. В., А. В. Торопов, В. Г. Дубовик, Л. В. Торопова, і О. Ю. Боднарук. «Каскадне керування електроприводами насосної станції на основі астатичного нечіткого регулятора». Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Енергетика: надійність та енергоефективність, вип. 2 (7), Грудень 2023, с. 9-15, doi:10.20998/2224-0349.2023.02.01.
ACM ACS APA ABNT Chicago Harvard IEEE MLA Turabian Vancouver

Завантажити посилання

Endnote/Zotero/Mendeley (RIS) BibTeX

Анотація

В статті розглянуті основні особливості каскадного керування тиском в системі водопостачання із регульованим і додатковим нерегульованим насосом. Сформульовані недоліки існуючих систем керування і запропоновано здійснювати керування електроприводами насосної станції із корекцією швидкості обертання регульованого насосу в залежності від режиму роботи нерегульованого. Розроблена спрощена математична модель контуру регулювання тиску із представленням вмикання додаткового насосу у вигляді збурюючого впливу аперіодичного характеру. При цьому закон керування додатковим насосом, описується у вигляді однозначних нелінійностей на основі одиничної ступінчастої і сигнатурної функцій, що дозволяє значно спростити його реалізацію у випадку використання мікропроцесорних пристроїв керування. Для зменшення впливу збурень в перехідних режимах роботи, а саме при вмиканні додаткового насосу, запропоновано використовувати в алгоритмі керування складову корекції швидкості для основного насосу. Для уникнення формування статичної похибки в роботі запропоновано використовувати регулятор тиску і інтегральною складовою. Далі розроблена уточнена математична модель в середовищі MATLAB і проведено дослідження роботи системи із пропорціонально-інтегрально-диференціальним регулятором тиску для регулювання швидкості основного насосу. Визначено, що використання складової корекції дозволяє підвищити точність регулювання тиску, однак не дозволяє скомпенсувати наявність транспортного запізнювання і нелінійностей системи. Тому, в якості регулятора тиску на виході гідравлічної системи використовується комбінований астатичний нечіткий регулятор на основі пропорційно-інтегрального алгоритму керування. Головна відмінність такого регулятора полягає у автоматичній зміні коефіцієнта підсилення при зміни помилки, що запобігає виникненню нестійких режимів при великих коефіцієнтах розімкнутої системи. Розроблена нечітка система керування дає низку переваг, таких як підвищення надійності водопровідної мережі, покращення робочих характеристик системи водопостачання для споживачів, зменшення зносу насосного обладнання та зниження споживання електроенергії, що підтверджується результатами цифрового моделювання.

https://doi.org/10.20998/2224-0349.2023.02.01
PDF

Посилання

Т. V. Korenkova, О. А. Serdiuk, and V. H. Kovalchuk, Rezhymy Roboty Nasosnykh Ta Ventyliatornykh Ustanovok Iz Avtomatyzovanym Elektropryvodom [Operating Modes of Pump and Fan Units With Automated Electric Drive]. Kremenchuk: Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 2013. (in Russian)

О. V. Chermalykh, V. М. Chermalykh, and І. Y. Maidanskyi, “Rational choice systems control compressor station heat pump,” Bulletin of the National Technical University «KhPI» Series: New Solutions in Modern Technologies, no. 50 (956), p. 107–116, 2012. (in Russian)

M. V. Pechenyk, S. O. Burian, and I. V. Khudia, “Research of operating modes of turbomechanisms when using an inclusion cascade pump switching scheme,” Visnyk of Vinnytsia Politechnical Institute, vol. 159, no. 6, p. 26–31, 2021, doi: https://doi.org/10.31649/1997-9266-2021-159-6-26-31. (in Ukrainian)

О. F. Sokolovskyi, “Energy saving of multyaggregate pumps installations,” The Journal of Zhytomyr State Technological University. Series: Engineering, no. 1 (44), p. 102–108, 2008, doi: https://doi.org/10.26642/tn-2008-1(44)-102-108. (in Ukrainian)

А. V. Toropov, L. V. Toropova, and О. Yu. Bodnaruk, “Kvazioptymalne neliniine keruvannia nasosnoiu stantsiieiu pry stabilizatsii tysku [Quasi-optimal nonlinear control of a pumping station for pressure stabilisation],” in Actual Priorities of Modern Science, Education and Practice, Paris, France, Mar. 29–Apr. 1, 2022. p. 858–862. (in Ukrainian)

B. C. Ahn and J. W. Mitchell, “Optimal control for central cooling plants,” in Building Simulation 1999, Kyoto, Japan, Sep. 13–15, 1999.

O. Kiselychnyk, J. Koláčný, S. Buryan, and T. Ondrák, “Interactive energy saving automatic control of water supply pump,” Elektrorevue, Jun. 2007, Art. no. 24.

A. Toropov, “Suboptimal nonlinear control of armature current loop at direct torque control,” Electrotechnic and Computer Systems, no. 9 (85), p. 24–28, 2019.

T. Kari et al., “An integrated method of ANFIS and Dempster-Shafer theory for fault diagnosis of power transformer,” IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, vol. 25, no. 1, p. 360–371, Feb. 2018, doi: https://doi.org/10.1109/tdei.2018.006746.

A. V. Toropov and A. V. Bosak, “Fuzzy control of the electric drive of cutting force stabilization loop in presence of oscillation character disturbances,” Tekhnichna elektrodynamika, vol. 2019, no. 4, p. 41–47, Jun. 2019, doi: https://doi.org/10.15407/techned2019.04.041. (in Ukrainian)

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Авторське право (c) 2023 Алла Василівна Босак, Антон Валерійович Торопов, Володимир Григорович Дубовик, Лілія Володимирівна Торопова, Олексій Юрійович Боднарук