Порівняльний аналіз синтезу систем керування електроприводом методом розміщення полюсів у фазових і фізичних змінних стану

Abstract

Мета. Метою даної статті є порівняльний аналіз методів синтезу двоконтурної системи підпорядкованого керування електроприводом постійного струму методом розміщення полюсів при використанні фазових і фізичних змінних стану, а також дослідження динамічних і стійкісних властивостей синтезованих систем на основі комп’ютерного моделювання. Методика. Дослідження виконано з використанням методів теорії автоматичного керування, зокрема стан-просторового моделювання електромеханічних систем, методу розміщення полюсів для синтезу регуляторів із повним зворотним зв’язком за станом та перетворення подібності для переходу між фазовими і фізичними змінними стану. Аналіз динамічних і стійкісних властивостей систем керування проведено шляхом чисельного комп’ютерного моделювання в середовищі MATLAB/Simulink при варіюванні основних параметрів об’єкта керування. Результати. Показано, що системи керування, синтезовані у фазових і фізичних змінних стану за однакового бажаного характеристичного полінома, є динамічно еквівалентними та забезпечують задані показники швидкодії і перехідних процесів. Водночас встановлено, що моделі, побудовані у фізичних змінних стану, характеризуються суттєво більшими запасами параметричної стійкості, зокрема при зміні моменту інерції та електричних параметрів двигуна. Виявлено, що використання фазових змінних стану може призводити до втрати стійкості моделі в умовах, які не є критичними для реальної електромеханічної системи. Наукова новизна. Уперше виконано формалізований порівняльний аналіз синтезу систем керування електроприводом методом розміщення полюсів у фазових та фізичних змінних стану для однієї і тієї ж структури електромеханічної системи з кількісною оцінкою їх параметричної стійкості. Обґрунтовано доцільність використання перетворення подібності як інструменту поєднання аналітичної простоти фазових змінних із фізичною інтерпретованістю реальних координат стану. Практична значимість. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні, аналізі та модернізації систем керування електроприводами, де висуваються підвищені вимоги до стійкості та надійності в умовах зміни параметрів навантаження і об’єкта керування. Запропонований підхід дозволяє обґрунтовано обирати форму математичного опису системи на різних етапах проєктування та підвищувати робастність електроприводів у практичних застосуваннях.