Аннотация: В данной работе рассмотрена задача анализа энергетических процессов автоматизированных складских комплексов на базе кранов-штабелеров, электроприводы которых работают в режиме регулярной рекуперации энергии с целью оценки потенциала снижения пиковой мощности и баланса энергопотребления за рабочий цикл. Проведен сравнительный анализ топологий силовой части электроприводов: с рассеиванием энергии на тормозных резисторах, с общим звеном постоянного тока и с активным выпрямителем (AFE), с учетом существующих нормативных ограничений в РФ, не предусматривающих компенсацию рекупе-рированной энергии при её передаче во внешнюю сеть. Предложен формализованный подход к описанию энергетических про-цессов, основанный на разложении мощности приводов на двигательную и генераторную составляющие, установлении правил суммирования для трёх топологий силовой части и введении коэффициента внутреннего энергообмена ηобм, характеризующего долю генерируемой энергии, распределенной между приводами через общее звено постоянного тока. Выполнено параметрическое исследование (24000 расчётных точек) зависимости ηобм от координат ячейки стеллажа, массы груза и типа рабочего цикла. Результаты верифицированы сопоставлением с полной моделью в среде MATLAB/Simulink. Установлено, что для всех ис-следованных режимов ηобм<0,53 (среднее 0,18): около половины генерируемой энергии рассеивается на тормозном резисторе. Энергетические карты ηобм(x, z) для циклов размещения и снятия груза имеют качественно различную структуру. Показаны два физических режима энергообмена – обмен на этапе перемещения к ячейке и обмен на этапе возврата. Показано, что в условиях действующего в РФ законодательства возврат избыточной энергии в сеть через активный выпрямитель не компенсируется про-мышленному потребителю, что обосновывает переход к топологиям с общим звеном постоянного тока группы агрегатов без активного выпрямителя.

Аннотация: Исследование было направлено на устранение методического дефицита при проектировании систем селективного удаления металлических включений на ленточных конвейерах, возникающего при отсутствии согласования дискретного алгоритма управления исполнительным механизмом с транспортной задержкой потока и динамикой электропривода. Гипотеза исследования заключалась в том, что объединение в единой имитационной модели транспортной задержки между зоной детекции и зоной сброса, динамических характеристик электропривода и механизма, а также конечного автомата управления с межблокировками и диагностикой позволит обосновать временные параметры рабочего цикла без проведения натурных экспериментов на дей-ствующей конвейерной линии. Целью работы являлась разработка и верификация алгоритма автоматизированного управления односторонним плужковым сбрасывателем, обеспечивающего быстродействующий ввод в поток транспортируемого материала и регламентированный возврат в исходное положение. В качестве методов использовались структурно-логическое описание алгоритма в виде конечного автомата состояний, расчётная параметризация электропривода с учётом нагрузочных характеристик, формирование критериев отказа по признакам недостижения конечных положений и превышения временных допусков, а также имитационное моделирование переходных процессов в среде MATLAB/Simulink. Полученная модель обеспечивала анализ пусковых режимов, оценку достижимости конечных положений и проверку устойчивости алгоритма управления, включая моделирование аварийных и нештатных сценариев работы. Результаты исследования могли быть использованы при проектиро-вании автоматизированных узлов селективного удаления металла на конвейерных линиях горно-обогатительных предприятий с целью сокращения времени вынужденных остановок и повышения эксплуатационной надёжности оборудования в условиях непрерывных технологических процессов промышленного транспорта горных предприятий отрасли.

Аннотация: В данной статье рассмотрены прикладные вопросы синтеза наблюдателя состояния явнополюсного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов, а также структура адаптивной подсистемы фильтрации выхода с целью снижения влияния пульсационной составляющей в оценках ЭДС вращения статора на точность восстановления текущей информации о неизмеряемых механических координатах ротора. В качестве фильтрующего выходного устройства в данной статье предложен полосовой фильтр с функцией автоматической подстройки к задающему воздействию, обеспечивающий слежение резонансной частоты за рабочей точкой электропривода. Был получен вариант математической модели алгоритма наблюдения неизмеряемых механических координат ротора явнополюсного синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов, базирующийся на скользящих режимах, а также сформирована функциональная схема данного алгоритма наблюдателя. В качестве верификации работоспособности предложенных алгоритмических решений в работе были представлены результаты цифрового моделирования в программном пакете MATLAB/Simulink. Результаты моделирования показали, что синтезированный алгоритм наблюдения на основе преднамеренной организации скользящих режимов обеспечивает качественную оценку состояния явнополюсной синхронной машины с возбуждением от постоянных магнитов, а также малую чувствительность к проявлению нестационарных свойств объекта и влиянию внешних воздействий со стороны нагрузки. Помимо этого, полосовой фильтр с функцией автоматической подстройки обеспечивает качественное подавление мультигармонических пульсаций, вызванных разрывным характером процессов в наблюдателе, по причине чего рассмотренные в данной статье структуры позволяют реализовать бездатчиковое векторное управление синхронной электрической машиной во всех квадрантах плоскости механических характеристик.

Аннотация: Рассмотрено применение регулируемого электропривода рубительной машины, что позволяет контролировать скорость и момент резания, обеспечивает выработку качественной щепы, а также уменьшает затраты электроэнергии. Регулирование момента и скорости электродвигателя на основе нечеткой логики улучшает характеристики электропривода. Применение принципа многокаскадности при построении нечеткого регулятора позволяет учитывать режимы работы и параметры нагрузки. Целью работы является исследование возможности стабилизации скорости и момента резания дисковой рубительной машины за счет применения электропривода с регулированием на основе нечеткой логики, а также оценка энергоэффективности разработанного электропривода. Исследование электропривода рубительной машины производилось в среде Matlab по разработанной ими-тационной модели. Построена и проанализирована математическая модель нагрузки, учитывающая изменяющиеся параметры объекта регулирования. Обоснован выбор алгоритма с прямым управлением моментом для стабилизации процесса резания. Выявлено, что применение регулируемого электропривода позволяет стабилизировать скорость и момент двигателя при резко-переменной нагрузке и снизить потребляемую мощность. Показано, что введение нечеткого регулирования во внутренний контур системы управления уменьшает пульсации момента в системе с прямым управлением моментом, а учет режимов работы электропривода путем усложнения нечеткого регулятора в контуре скорости стабилизирует скорость и момент резания при изменении условий работы, что повышает качество конечной продукции. Сравнение результатов моделирования показало сни-жение потребляемой мощности при применении регулируемого электропривода по сравнению с нерегулируемым и при приме-нении нечеткого регулирования по сравнению с классической схемой системы с прямым управлением моментом.

Аннотация: В рамках статьи поставленной целью являлось повышение эффективности процессов проектирования и анализа сложных систем за счет постановки и формализации задачи системного анализа контекстного моделирования сложных систем. Актуаль-ность исследования обоснована устойчивым ростом как используемых, так и разработанных производственных технологий в Российской Федерации за последние пять лет, что напрямую свидетельствует о повышении уровня сложности современных технических и информационных решений. В соответствии с целью структура исследования включала последовательное решение основных задач: постановка задачи системного анализа контекстного моделирования сложных систем (формулирование краткого наименования задачи, описание потенциальных пользователей, периодичности решения, вызовов к решению задачи, вида задачи, условий применимости, особенностей задачи, требований к результату, исходных данных, ожидаемых результатов); формализация задачи системного анализа контекстного моделирования сложных систем (описание номенклатуры обозначений, вида модели, допущений, ограничений, формализованных основ модели). Используемыми методами исследования являлись системный анализ, функциональное моделирование, сравнительный анализ средств проектирования информационных систем. В качестве полученных результатов представлены формализованная модель процесса контекстного моделирования, выявленные проблемные зоны традиционной технологии контекстного моделирования, а также предложение по единому инструменту, устраняющему информационный разрыв между требованиями к системе и ее моделью. Новизна исследования заключается в том, что интеграция функций управления требованиями и контекстного моделирования в едином программном средстве позволяет значительно сократить трудозатраты, повысить точность и согласованность результатов системного анализа, а также обеспечить динамическую актуализацию моделей при изменении внешних или внутренних условий функционирования сложных систем.

Аннотация: Одним из вероятных минимальных режимов короткого замыкания в условиях выводов высокого напряжения силового трансформатора понизительной подстанции является обрыв фазы ошиновки распределительного устройства и замыкание её на землю со стороны трансформатора. Такой режим сочетает два вида несимметрии – продольную и поперечную, и его расчет и анализ удобнее выполнять с использованием специализированного программного обеспечения. В условиях систем электро-снабжения промышленных предприятий такой расчет дополнительно осложняется наличием нескольких узлов примыкания системы электроснабжения к энергосистеме, наличием собственных электростанций, высокой плотностью нагрузки, а также преобладанием разомкнутых участков сети 110–220 кВ над замкнутыми. В работе описан алгоритм расчета сложнонесиммет-ричного режима, реализованный в программно-вычислительном комплексе «КАТРАН» и основанный на сочетании методов последовательного эквивалентирования для расчета установившегося режима и метода симметричных составляющих для расчета режима аварийной несимметрии. Модуль автоматизированного расчета уставок защит данного программного комплекса использован в работе для оценки чувствительности дифференциальной защиты трансформатора в условиях режима двухфазного короткого замыкания за трансформатором и режима сложной несимметрии. Описанный модуль расчета уставок позволяет на основе сведений о параметрах установившегося и аварийного режимов, а также характеристиках измерительных трансформаторов произвести расчет уставок защит в соответствии с требованиями к защитам и рекомендациями заводов-изготовителей микропроцессорных устройств защиты. Выполненные расчеты позволили установить, для каких понизительных подстанций следует выполнять проверку чувствительности защит по условиям режима сложной несимметрии.

Аннотация: В статье рассматривается решение задачи планирования технологических процессов нагрева и прокатки слябов на стане, направленной на повышение производительности металлургического производства. Основное внимание уделяется созданию модели оптимизации прокатных партий и интеллектуального алгоритма оптимального планирования на основе формирования прокатных групп и компоновки загрузки нагревательных печей с учетом всех технологических требований. Эффективное пла-нирование загрузки листопрокатных станов является одной из ключевых задач, определяющих качество готового проката и его себестоимость. Прокатный план представляет собой упорядоченную последовательность слябов, формируемую на основе мно-жества заказов. Данная задача относится к классу сложных, поскольку при построении плана заказов потребителей с различными сортаментами и марками сталей необходимо учитывать множество технологических ограничений на процессы нагрева и прокатки. Дополнительным фактором сложности выступает необходимость обработки больших объёмов информации. В таких условиях полное соблюдение всех технологических требований для каждого сляба становится практически невозможным. Поэтому при планировании требуется минимизация издержек, возникающих вследствие нарушения этих требований. На практике для загрузки станов горячей прокатки специалисты используют эвристические правила, основанные на формализации положеных технологических инструкций и, как правило, стремятся лишь к сокращению числа нарушений и количества простоев между группами слябов. Научная новизна заключается в разработке комплексного подхода к автоматизации процессов планирования, отличающегося оригинальными моделями формирования прокатных групп, в отличие от существующих, одновременно учитывают технологические параметры слябов и динамику производственного графика. В работе представлены результаты практического тестирования разработанной модели оптимального планирования технологических процессов нагрева и прокатки слябов на стане, подтверждающие сокращение длительности производственного цикла и простоев оборудования. Модель позволяет автоматизировать процесс формирования прокатных групп, повысить эффективность загрузки нагревательных печей и сократить простои оборудования.

Аннотация: В статье рассматривается актуальная задача многокритериальной оптимизации размещения и выбора номинальной мощности батарей статических конденсаторов в распределительных электрических сетях. Выдвинутая гипотеза заключается в том, что применение эволюционных вычислений, в частности классического генетического алгоритма, позволяет эффективно преодолевать локальные экстремумы сложных комбинаторных задач и находить глобально оптимальную конфигурацию компенсирующих устройств. При этом обеспечивается одновременное снижение технико-эксплуатационных потерь и минимизация совокупных экономических затрат при строгом соблюдении нормативных ограничений по качеству электроэнергии. Целью исследования выступает разработка, программная реализация и практическая апробация автоматизированного метода проектирования систем компенсации реактивной мощности. В качестве основного инструмента использована комплексная математическая модель функции приспособленности, интегрирующая дискретные и непрерывные переменные. Модель учитывает потери активной мощности, отклонения напряжений в узловых точках, тангенс угла реактивной мощности, а также капитальные вложения на закупку оборудования и эксплуатационные издержки. Алгоритм специально адаптирован для работы с нелинейными харак-теристиками распределительных сетей и дискретным рядом номинальных мощностей оборудования. Для нормализации разно-направленных критериев применена система эмпирически подобранных весовых коэффициентов.

Аннотация: С повышением сложности формализации объектов регулирования существенно возрастают требования и к системам управления, в том числе и интеллектуальным. Развитие систем управления с искусственным интеллектом существенно ограничивается ресурсами стандартных средств автоматизации. Для разделения интеллектуальных систем с различным построением его структуры предложена классификация по алгоритму функционирования вложенного каскада, в частности выделены регуляторы с классическими элементами, с элементарными модулями и нечеткими переменными, расширяющими базовое терм-множество. В работе показаны методики повышения интеллектуальности систем с нечеткой логикой с учетом возможности их разделения модульно на используемых промышленных контроллерах. Повышение интеллектуальных свойств систем автоматического управления возможно не только за счет замены существующих классических регуляторов, но и интеграции интеллектуальных модулей с уже существующей системой с реализацией алгоритмов принятия решений. В зависимости от особенностей функционирования технологического процесса рассмотрены возможные варианты синтеза многокаскадных систем управления: с гетерогенной структурой, включающей классические элементарные звенья; гомогенной структурой с набором подобных модулей, отличающихся единственным параметром; а также модель нечеткого регулятора с вариацией нечетких переменных в базовом терм-множестве. Выявлены особенности при формировании многокаскадных нечетких систем управления технологическими процессами в зависимости от требований к системе регулирования и свойствами такого объекта, характеризующегося уникальностью. Модульность и иерархичность при построении моделей многокаскадных нечетких систем управления технологическими процессами позволяет сократить порядок базы продукционных правил и, как следствие, снизить время на обработку механизма нечеткого логического вывода.

Аннотация: В рамках данного исследования была выдвинута гипотеза о том, что применение широтно-импульсной модуляции с выбо-рочным подавлением гармоник (SHE PWM) в сочетании с пассивным LC-фильтром позволит обеспечить формирование сину-соидального тока для проведения испытаний асинхронных тяговых двигателей при одновременном соблюдении строгих норм по коэффициенту нелинейных искажений и минимизации коммутационных потерь. Целью работы являлось подтверждение эффективности предложенного подхода на базе трехуровневого автономного инвертора напряжения. Для достижения постав-ленной цели было проведено математическое моделирование электромагнитных процессов в системе «трехуровневый автономный инвертор — асинхронный тяговый двигатель» без фильтра и с его последующим введением. В качестве метода формирования выходного сигнала применялась SHE PWM с контролем трёх низших гармоник. Расчёт углов переключения силовых ключей выполнялся методом Ньютона – Рафсона. Для подавления высших гармоник в схему был интегрирован LC-фильтр с частотой среза 500 Гц (Lf = 200 мкГн, Cf = 506,61 мкФ). В ходе экспериментов было установлено, что использование SHE PWM без фильтра позволяет снизить коэффициент нелинейных искажений. Внедрение LC-фильтра позволило практически полностью подавить неконтролируемые высшие гармоники. Практическая значимость полученных результатов заключается в возможности создания энергоэффективных испытательных стендов для высокоскоростных асинхронных тяговых приводов. Разработанная система обеспечивает высокое качество питающего напряжения при низких тепловых потерях в полупроводниках, что способствует продлению ресурса оборудования и гарантирует соответствие характеристик тягового двигателя паспортным дан-ным в условиях, приближенных к реальным эксплуатационным режимам.