Автореферат (Разработка методов и средств компьютерного моделирования асинхронных двигателей с учётом динамики)

1На правах рукописиЛе Куанг КыонгРАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОМПЬЮТЕРНОГОМОДЕЛИРОВАНИЯ АСИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙС УЧЁТОМ ДИНАМИКИСпециальность 05.09.01-Электромеханика и электрические аппаратыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 20132Работа выполнена на кафедре «Электромеханика» федеральногогосударственногобюджетногоучреждениявысшегопрофессионального образования «Национальный исследовательскийуниверситет (МЭИ)».Научный руководитель:Амбарцумова Татьяна Трофимовнакандидат технических наук, доцентОфициальные оппоненты: Маслов Сергей Ильичдоктор технических наук, профессоркафедры электротехнических комплексовавтономных объектов (ЭКАО)национального исследовательскогоуниверситета (МЭИ),и.о. проректора по дополнительнымформам образования национальногоисследовательского университета (МЭИ).Коварский Михаил Ефимовичкандидат технических наук, доцент,О.А.О.

Корпорации ВНИИЭМ,зам. нач. научного отдела, гл. конструкторрегулируемых электроприводов.Ведущая организация:ООО « Русэлпром»109029 Россия, Москва, Нижегородскаяул., Д.32, кор.15.Защита диссертации состоится «18» июня 2013г. в 13 часов назаседании диссертационного совета Д 212.125.07 при Московскомавиационноминституте(Национальныйисследовательскийуниверситет) «МАИ» по адресу: 125993, г. Москва, A-80, ГСП-3,Волоколамское шоссе, д.4, Учёный совет МАИ, ауд.

302 гл..С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московскогоавиационногоинститута(Национальныйисследовательскийуниверситет) «МАИ».Автореферат разослан «16» мая 2013 г.Ученый секретарьдиссертационного совета Д 212.125.07кандидат технических наук, доцентА.Б. Кондратьев3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Актуальной проблемой сегодня являетсяразработкаметодов,математическихипрограммныхсредствмоделирования объектов электромеханики.Асинхронныйэлектроприводраспространённыхтиповявляетсяэлектроприводаоднимблагодаряизвысокойнадёжности, относительной простоте и удобству эксплуатации. Всвязи с этим,работыисследование статических и динамических режимовасинхронныхдвигателейисистемавтоматическогорегулирования на базе асинхронных двигателей имеет большоепрактическое значение.Для машин нестандартного, специализированного исполнения имашин,у которых динамический режим в процессе эксплуатацииявляется определяющим, необходим учёт динамических режимов настадии проектирования.

Это позволяет решать задачи синтезаэлектрическихмашинсзаданнымисвойствами,добиватьсяулучшения динамики систем автоматического регулированиянеусложнением схем управления, а проектированием двигателей сзаранее заданными статическими и динамическими показателями.При моделировании на макроуровненашла применение теория“обобщённой электрической машины”, где машина представляетсякак совокупность взаимоперемещающихся электрических цепей,находящихся в относительном движении.

Выбор системы координатпри моделировании представляет собой многофакторную задачу.Анализ показывает,что использование математической модели вдвухфазной системе координат целесообразно в тех случаях, когдаэлектрическаямашинарассматриваетсякакэлемент4электромеханическойсистемы.Присозданииалгоритмовпроектирования с учётом многообразия физических процессовцелесообразно применение фазной, фазной ”заторможенной“ системыкоординат.При разработке алгоритмов макромоделирования асинхронныхмашинвдинамикеактуальнойзадачейявляетсясозданиемногоконтурной модели.

Второй роторный контур может бытьиспользован при моделировании двухклеточного двигателя, можеттакже рассматриваться как интегральный контур вихревых токов.Введение второго контура в статорной цепи позволяет моделироватьдинамические режимы с учётом вихревых токов в магнитопроводестатора. Модели могут найти применение в поисковых работах поавтокомпенсации реактивной мощности за счёт многоконтурностистатора.

Динамичность современной программной среды существенновлияетнаразработкуметодовисредствматематическогомоделирования. Оптимальный выбор метода решения зависит от рядапричин объективных и субъективных, не исключающих, например,навыки исследователя.Актуальной проблемой в решении задач анализа и синтезаэлектромеханическихустройствявляетсямногокритериальнаяоптимизация.

Алгоритмы многокритериальной оптимизации хорошосогласуются с концепцией экспертных систем, предполагающейналичие базы знаний и интерактивный режим работы лица,принимающего решение.В задачах проектированияэлектромеханических устройствхорошо зарекомендовал себя метод многокритериальной поисковойоптимизации, основанный на использовании ЛПτ-последовательности.Ряд задач оптимизации статических и динамических режимов5асинхронных двигателей решался на основе оптимизационного ЛПτ –метода с использованием FORTRAN – программ.В условияхсовременной вычислительной техники и средствпрограммирования,становятсяцелесообразнымиреализацияоптимизационного метода ЛПτ в программной среде MATLAB исоздание программного комплекса на основе универсальных моделейдинамики асинхронных двигателей.Поскольку оптимизационный метод ЛПτ предполагает написаниев каждом случае для модели оптимизируемого объекта программысвязи модели объекта с алгоритмом оптимизационного метода,большое значение приобретает разработка универсального алгоритмасвязиоптимизационногополучаемойметодомподобногоалгоритмаметодаспланированияпозволитрегрессионнойэксперимента.существенномоделью,Реализациярасширитькругрешаемых задач моделирования.

Без предварительного созданияпрограммы связи с методом появляется возможность использованияметода ЛПτ для любого типа электромеханических устройств,работающих в режимах статики или динамики.Цельюработыявляетсяразработкапринциповмакромоделирования асинхронных машин с учётом динамики длясоздания эффективного по вычислительным затратам и удобного виспользовании программно – алгоритмического аппарата численногомоделирования задач анализа и синтеза асинхронных машин наоснове современных методов компьютерного моделирования.Достижениецелиисследованияпредполагаетрешениеследующих основных задач:-выявление особенностей разработки и реализации численногомоделирования динамических режимов асинхронных двигателей наоснове применения принципов макромоделирования;6-разработкапринциповмакромоделированияасинхронныхдвигателей с учётом динамики и техники эффективной реализациисоответствующих им макромоделей – подпрограмм на основесовременных методов компьютерного моделирования;-разработка методики, алгоритмов решения оптимизационныхзадач проектирования асинхронных машин с учётом динамики вмногокритериальной постановке и их программная реализация;-разработкауниверсальнойметодики,алгоритмовсозданиярегрессионных моделей электромеханических устройств методомпланирования эксперимента и их программная реализация;-создание программного комплекса численного моделированиязадач анализа и синтеза асинхронных машин с учётом динамики,реализующего разработанные принципы макромоделирования.Методы исследования.

При решении поставленных задачиспользованы основные положения теории электрических цепей,вычислительной математики, математического анализа, линейнойалгебры, математической статистики, а также теории обобщённогоэлектромеханическогопреобразователятеории планирования эксперимента,энергии,математическойметодов многокритериальнойпоисковой оптимизации и современных методов реализации большихпрограммных комплексов.Все вычисления и графические построения производились наПЭВМс применением следующих универсальных программныхпродуктов и специализированных пакетов: MATLAB, MAPLE, C.Достоверностькорректнымметодов,аполученныхиспользованиемтакжесоответствующихсопоставлениемобусловленарезультатовматематическихполученныхрезультатовматематического моделирования с экспериментальными данными и срезультатами, полученными другими исследователями.7Научная новизна диссертационной работы заключается вследующих результатах, выносимых на защиту:-разработаныпринципымакромоделирования,позволяющиенаиболее эффективным способом решать задачи анализа и синтезаасинхронных машин с учётом динамики на основе возможностейвычислительной математики;-разработаны методика и алгоритмы макромоделей подпрограмммногоконтурных асинхронных машинзаторможеннойсистемекоординатв двухфазной, фазовойсучётомэнергетическихпоказателей в динамике и несинусоидального напряжения питания;-разработаныкомплексаметодикасозданияиалгоритмырегрессионныхавтоматизированногомоделейдлялюбыхэлектромеханических устройств методом планирования эксперимента;-разработаны методика и алгоритм оптимизационного методамногокритериальной оптимизации для программной среды MATLAB;-создан и экспериментально проверен комплекс программ анализаи синтеза процессов в многоконтурных асинхронных машинах,основанный на разработанных принципах макромоделирования иориентированныйнапользователей,неимеющих навыковвпрограммировании.Практическая значимость результатов работы состоит вразработке моделей, методов, алгоритмов и программных средств,позволяющих решать задачи анализа и синтеза асинхронных машин, сучётом динамических режимов, на основе современных средствкомпьютерного моделирования, что даёт возможность значительноснизить временные затраты на проведение проектно-изыскательскихработ, добиваться улучшения динамики электромеханических системне усложнением схем управления, а путем проектирования двигателейс заранее заданными статическими и динамическими показателями.8Разработанные алгоритмы, программные средства являютсяуниверсальными,посколькуприменимы дляразличных типовэлектромеханических устройств и не требуют от пользователяспециальных навыков в программировании.Результаты диссертационной работы используются на кафедре«Электромеханики»МЭИприразработкекурсалекцийилабораторных работ по дисциплине «математическое моделированиеэлектромеханических устройств».Результатыдиссертационнойиспользованиявразработкеработыпредназначеныэкспертнойдлясистемыэлектромеханических устройств в С.Р.