Синтезовано та експериментально протестовано новий алгоритм ідентифікації невідомих параметрів асинхронного двигуна для процедур самоналаштування асинхронних електроприводів. З метою забезпечення асимптотичної ідентифікації розроблено адаптивний регулятор струму статора, який базується на спостерігачі потокозчеплення статора. Спеціально сформовані задані траєкторії струмів статора гарантують локальну експоненціальну ідентифікацію трьох параметрів асинхронного двигуна разом з оцінюванням невимірюваного потокозчеплення статора як у разі нерухомого, так і вільно обертового ротора. Надані результати експериментальних досліджень показують, що розроблений алгоритм гарантує високу точність ідентифікації параметрів і швидкість сходимості похибок у нуль, які не поступаються існуючим у серійних виробах, і є придатним для реалізації процедур самоналаштування систем векторного керування.

This article presents a novel identification method to identify the unknown stator and rotor resistances of induction motors. Our method allows one to identify the unknown parameters of nonlinear multivariable dynamic systems in real-time operation. An analysis of parameter convergence is provided, and, the regions of convergence is found by using the Lyapunov stability theory. Analytic, numerical and experimental studies are reported to illustrate and validate the mixed parameter identification and state estimation concept. The motor resistances are identified within practical operating modes. The proposed identification concept with state estimation ensures robustness and reduces shortcomings of identification algorithms. The aforementioned advantages uniquely suit advanced control schemes, such as adaptive and vector controls. Accurate identification of parameters allows one to guarantee optimal and energy-efficient operating envelopes which are of a very significant importance in energy and power systems. The experimental results illustrate that the motor parameters match the real motor parameters. Our findings are applicable in various high-performance energy, power and electromechanical systems.

Изложен новый метод идентификации сопротивлений статора и ротора асинхронного двигателя, позволяющий производить их асимптотическую оценку в реальном времени. С использованием теории устойчивости по Ляпунову выполнен анализ и определены области устойчивости алгоритма идентификации. Представлены результаты математического моделирования и экспериментальных тестов, свидетельствующие о том, что разработанный алгоритм обеспечивает асимптотическую оценку неизвестных сопротивлений статора и ротора при реальных режимах работы асинхронного двигателя. Разработанный алгоритм идентификации может применяться для построения адаптивных систем векторного управления, которые будут гарантировать высокие показатели энергетической эффективности электромеханических систем. Полученные в работе результаты могут использоваться для проектирования высокоэффективных электромеханических систем.

Викладено новий метод ідентифікації опорів статора та ротора асинхронного двигуна, що надає змогу здійснювати їх асимптотичне оцінювання в реальному часі. З використанням теорії стійкості за Ляпуновим виконано аналіз і визначено області стійкості алгоритму ідентифікації. Наведено результати математичного моделювання та експериментальних тестів, які свідчать про те, що розроблений алгоритм забезпечує асимптотичне оцінювання невідомих активних опорів статора та ротора за реальних режимів роботи асинхронного двигуна. Розроблений алгоритм ідентифікації може використовуватися для побудови адаптивних систем векторного керування асинхронними двигунами, які будуть гарантувати високі показники енергетичної ефективності електромеханічних систем. Одержані в роботі результати можуть застосовуватися для проектування високоефективних електромеханічних систем.

Синтезирован и экспериментально проверен новый алгоритм идентификации неизвестных параметров асинхронного двигателя для процедур самонастройки электроприводов. С целью обеспечения асимптотической идентификации параметров разработан адаптивный регулятор токов статора, основнный на наблюдателе потокосцепления статора, в который для обеспечения свойств глобальной экспоненциальной устойчивости введен вектор избыточных оценок. Использование специально сформированных заданных траекторий токов статора гарантирует глобальную экспоненциальную идентификацию трех параметров асинхронного двигателя и оценивание вектора потокосцепления статора, как при неподвижном, так и при свободно вращающемся роторе. Проведенное экспериментальное тестирование синтезированного алгоритма демонстрирует высокую точность идентификации параметров, а также высокую скорость сходимости ошибок в ноль, которые не уступают существующим в промышленных решениях. Предложенная процедура идентификации может использоваться для настройки систем векторного управления, в том числе и бездатчиковых.

Представлено нову систему векторного керування асинхронними генераторами. Процедура проектування базується на концепції непрямої орієнтації за вектором потокозчеплення ротора і використовує метод лінеаризації зворотнім зв'язком для проектування регулятора напруги. Запропоноване рішення гарантує асимптотичне регулювання потокозчеплення ротора і напруги в ланці постійного струму, забезпечуючи лінійну динаміку похибки регулювання напруги. Завдяки розділенню контурів регулювання в часі досягається декомпозиція на підсистему напруги і підсистему струму-потокозчеплення, що дозволяє використовувати просту процедуру налаштування регуляторів. Представлено результати порівняльного експериментального дослідження запропонованого алгоритму і стандартного, який базується на алгоритмі з непрямою орієнтацією за потокозчепленням ротора і використовує лінійний Пі регулятор напруги. Показано, що розроблений контролер, на відміну від стандартних рішень, забезпечує стабілізацію показників якості системи при зміні кутової швидкості ротора генератора. Запропонований алгоритм керування може застосовуватися в системах генерування зі змінною робочою швидкістю, які працюють в автономному режимі чи підключені до мережі через відповідний інвертор.

Оцінено гармоніки струму трифазної мережі в реальному часі на основі методів теорії адаптивного керування. Показано, що стандартний спостерігач позитивної та негативної послідовностей кожної гармоніки забезпечує властивості селективності, але має обмежену швидкість оцінювання і придатний для застосування у випадку, коли необхідно оцінити набір вибіркових гармонік. Запропоновано нову структуру спостерігача з фільтрацією виміряних струмів, яка забезпечує швидке асимптотичне оцінювання гармонік та має просту процедуру налаштування. Представлено новий підхід до регулювання струмів активного фільтра на основі поєднання спостерігача гармонік та контурів регулювання струмів. Запропонований підхід дозволяє досягти асимптотичного оцінювання та асимптотичної компенсації всього спектра гармонік струму. Результати математичного моделювання та експериментальних досліджень підтверджують теоретичні висновки.

Розроблено алгоритм керування швидкістю ДПС з незалежним збудженням, який не вимагає використання давача швидкості. Розробка алгоритму відбувається в три етапи: синтез алгоритму керування кутовою швидкістю за умови вимірюваності швидкості; синтез спостерігача швидкості; синтез алгоритму бездавачевого керування швидкості на основі принципу розділення. Оцінювання швидкості забезпечується завдяки запропонованому замкненому спостерігачу на основі інформації про струм двигуна. Проаналізовано стійкість композитної системи (контур регулювання кутової швидкості, контур регулювання струму і спостерігач кутової швидкості). Запропоновано процедуру конфігурації коефіцієнтів зворотних зв'язків алгоритму для досягнення розділення в часі процесів у трьох підсистемах. Результати моделювання свідчать, що запропонована система керування без використання давача швидкості забезпечує динамічні показники, які є близькими до отриманих у системах на основі вимірювання кутової швидкості. Результуюча замкнена система має властивості робастності до параметричних та координатних збурень.

Розроблено новий робастний алгоритм прямого полеорієнтованого векторного керування автономними асинхронними генераторами (АГ). Запропонований регулятор використовує концепцію прямого полеорієнтування та забезпечує асимптотичне регулювання модуля вектора потокозчеплення ротора і напруги ланки постійного струму за умови, що навантаження в ланці постійного струму постійне або змінюється повільно. Підсистема регулювання потокозчеплення, розроблена з використанням другого методу Ляпунова, на відміну від стандартних конструкцій, має властивості замкненого контуру і, отже, вона є робастною до варіацій опору ротора. Для проектування підсистеми напруги використовується підхід декомпозиції на основі розділення в часі динаміки напруги та моментної складової струму статора. Лінеаризуючий зворотним зв'язком регулятор напруги розроблено з використанням рівняння балансу потужності АГ в усталеному режимі. Результуюча квазілінійна динаміка контуру регулювання напруги дає змогу використовувати просту процедуру налаштування регуляторів і забезпечує покращені динамічні характеристики за умови змінної швидкості первинного рушія та потокозчеплення. Результати порівняльного експериментального дослідження зі стандартним алгоритмом непрямого векторного керування також представлено задля порівняння з результатами застосування розробленого алгоритму. На відміну від існуючих рішень, розроблений алгоритм забезпечує стабілізацію показників якості регулювання системи за умови змінних швидкості та потокозчеплення. Експериментально показано, що робастний алгоритм керування забезпечує робастне регулювання потокозчеплення і робастну стабілізацію динаміки моментної складової струму, що призводить до покращення енергетичної ефективності процесу електромеханічного перетворення. Запропонований регулятор може застосовуватися для систем генерування енергії зі змінною швидкістю.

Представлено спостерігач швидкості для систем векторного керування асинхронними двигунами. Запропоноване рішення засноване на принципі побудови класичного спостерігача потокозчеплення повного порядку, який є адаптивним до варіацій активного опору ротора. Завдяки структурній подібності швидкості ротора і активного опору ротора в моделі асинхронного двигуна, спостерігач швидкості може бути спроектований на основі аналогічної структури. Розроблений спостерігач гарантує локальне асимптотичне оцінювання потокозчеплень ротора, струмів статора і швидкості ротора в усіх робочих режимах за винятком збудження двигуна постійним струмом. Стійкість процесу оцінювання спостерігача доведено на основі другого методу Ляпунова. Результати експериментального дослідження свідчать, що спостерігач забезпечує достатній рівень показників якості динаміки оцінювання швидкості, якщо швидкість змінюється повільно. Запропонований спостерігач може бути використаний для застосувань із середніми вимогами до якості регулювання швидкості.

Розглянуто проблему компенсації паразитного моменту для електроприводів на основі недорогих безредукторних явнополюсних синхронних двигунів з постійними магнітами. Властивості робастності систем векторного керування швидкістю і положенням досліджено з використанням принципу розділення у часі контурів регулювання струму, швидкості і положення. Доведено, що динамічна поведінка замкненої системи завдяки новому синтезу алгоритму керування має каскадні властивості з послідовно зв'язаними контурами регулювання швидкості і положення. Таким чином забезпечується можливість компенсації високочастотних паразитних моментів завдяки підвищенню коефіцієнтів налаштування регуляторів. Результати експериментального дослідження на основі двох двигунів з подібними номінальними параметрами, проте з суттєво різним рівнем паразитного моменту свідчать, що незалежно від амплітуди паразитного моменту забезпечується подібна ефективність відпрацювання положення. Запропоновані алгоритми керування можуть бути використаними як для високодинамічних застосувань, так і для недорогих безредукторних електроприводів із середніми вимогами до якості регулювання швидкості і положення.

Гармонічні спотворення в електричних мережах є добре відомими та достатньо вивченими явищами. Силовий активний фільтр визнано ефективним засобом для задоволення вимог нормативних документів, що регулюють якість електроенергії. Незважаючи на цей факт, їхня практична реалізація досі пов'язана зі значними складностями. Зокрема, в існуючих системах для оцінювання гармонічного складу струму мережі, як правило, використовуються методи на основі швидкого перетворення Фур'є або методи на базі теорії миттєвої потужності. Проте використання швидкого перетворення Фур'є вимагає високої обчислювальної здатності системи керування з однієї сторони, а застосування теорії миттєвої потужності значно підвищує вимоги до силової частини активного фільтра. Застосування іншого підходу - селективної компенсації гармонік, надає можливість зменшити вимоги до обчислювальної потужності та значно спростити технічну реалізацію активного фільтра і при цьому досягти прийнятного рівня компенсації спотворень. Наведено результати розробки та дослідження системи керування силовим активним фільтром. Запропонована система керування складається з селективного спостерігача гармонік, лінеаризуючого зворотним зв'язком регулятора струмів, регулятора напруги ланки постійного струму фільтра та спостерігача напруги мережі. Спостерігач гармонік, який налаштовано відповідно до спрощеної процедури, забезпечує селективне виявлення вищих гармонік струму мережі та формує завдання на струм компенсації, яке відпрацьовується регуляторами струмів. Нелінійний регулятор напруги забезпечує асимптотичне регулювання середнього значення напруги ланки постійного струму САФ, розв'язане з процесом компенсації струмів. Адаптивний спостерігач напруги мережі надає інформацію про амплітуду, частоту обертання та положення вектора напруги мережі. Запропоновану систему керування реалізовано на цифровому сигнальному процесорі TMS320F28335 і досліджено експериментально. Результати експериментальних досліджень разом із результатами моделювання підтверджують ефективність запропонованого рішення. Розроблена система керування може бути використаною для створення силових активних фільтрів.