Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование процессов отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока опасных производственных объектов

Сведения об участнике
ФИО
Розаев Иван Андреевич
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Машиностроение. Энергетика
Раздел области наук
Электротехника
Тема
Исследование процессов отказоустойчивого управления электроприводом переменного тока опасных производственных объектов
Резюме
Данная работа посвящена электроприводам переменного тока со стороны его отказоустойчивости, надежности и живучести. Отказоустойчивый электропривод находит применение в областях военной, космической и медицинской промышленности где к приводам предъявляются особые требования. Обеспечить свойство живучести возможно на основе построения избыточных систем, используя комбинацию следующих видов резервирования: структурного, функционального, временного, информационного и нагрузочного. Обязательным при разработке таких электроприводов является адекватное моделирование процессов возникающих при аварийной ситуации что позволит сократить временные и материальные ресурсы.
Ключевые слова
Вентильно-индукторный электропривод, алгоритм отказоустойчивого управления, живучесть, неполнофазный режим работы, отказ, обрыв фазы, аварийное состояние, избыточность.
Цели и задачи
Целью работы является изучить вентильно-индукторный электропривод по его отказоустойчивости и надежности. Необходимо было провести анализ имеющихся методов и принципов отказоустойчивого управления, разработать математическую и имитационные модели, для исследования неполнофазных режимов работы, разработать алгоритмы отказоустойчивого управления, непрерывного мониторинга состояния системы и проверки в реальном времени остаточной работоспособности, разработать научно-исследовательский стенд для проведения экспериментов по снятию характеристик электропривода в аварийных режимах работы, предложить несколько новых схемных решений.
Введение

Вентильно-индукторный электропривод находит применение в сферах промышленности, где предъявляются высокие требования к отказоустойчивости механизма. Целью работы является изучить данный электропривод по его отказоустойчивости и надежности. Для оценки работы проведен анализ имеющихся принципов отказоустойчивого управления, разработана математическая и имитационная модель, для исследования неполнофазных режимов работы, разработаны алгоритмы отказоустойчивого управления, непрерывного мониторинга состояния системы и проверки в реальном времени остаточной работоспособности, разработан научно-исследовательский стенд для проведения экспериментов по снятью характеристик электропривода в аварийных режимах работы.

Методы и материалы

Были произведены исследования наработок по тематике, на основании них с использованием математического аппарата была разработана модель позволяющая производить оценку работы электропривода в аварийных режимах работы с использованием всех необходимых и общепринятых из теории электрических машин допущений, с добавлением разработанных матриц отказов и коэффициентов. С использованием программного продукта MatLab Simulink была собрана иммитационная модель позволяющая снимать характеристики и исследовать работу электропривода в неполнофазных режимах. В данную модель были внесены разработанные алгоритмы отказоустойчивого управления и был произведен анализ работы электропривода при использовании данных алгоритмов. Произведен сравнительный анализ. Доказано что при применении разработанных методов можно значительно увеличить надежность вентильно-индукторного электропривода. Разработаны и запатентованы несколько схемных решений по реализации отказоустойчивого управления.

Описание и обсуждение результатов

В ходе выполнения научной работы основные исследования были направлены на исследования вентильно-индукторного электропривода в аварийных и неполнофазных режимах работы. Был проведен анализ литературы по тематике исследования. Разработана математическая модель двухсекционного трехфазного вентильно-индукторного электропривода позволяющая исследовать рабочие и аварийные режимы электропривода и разрабатывать алгоритмы восстановления работоспособности в аварийных и неполнофазных режимах работы.          Разработана имитационная модель, позволяющая исследовать аварийные режимы в односекционном и двухсекционном вентильно-индукторном электроприводе. Разработан алгоритм непрерывного мониторинга вентильно-индукторного электропривода с формированием битов матрицы отказов на основе анализа мгновенных значений фазных токов. Получена доработанная адекватная имитационная модель, позволяющая исследовать аварийные режимы в односекционном вентильно-индукторном электроприводе. Показана возможность и процесс плавного исчерпания рабочего ресурса двухсекционного трехфазного вентильно-индукторного электропривода с обеспечением свойства живучести при одиночных и множественных отказах вплоть до работы на двух разноименных оставшихся фазах в одной или двух секциях двигателя. Разработаны алгоритмы отказоустойчивого управления трехфазным двухсекционным вентильным электроприводом позволяющие на основании матрицы отказов обеспечить свойство живучести при одиночных и множественных отказах одной или нескольких фаз электропривода с постепенным исчерпанием рабочего ресурса электропривода. Предложен способ оценки остаточного ресурса электропривода на основании расчета коэффициента работоспособности системы электропривода позволяющий контролировать рабочий ресурс электропривода в реальном времени от состояния полной работоспособности до полного отказа системы. Разработана схема импульсного регулятора напряжения для вентильно-индукторного электропривода. Разработана схема отказоустойчивого двухсекционного вентильно-индукторного электропривода. Разработан лабораторный стенд для исследования работы вентильно-индукторного электропривода в рабочих и аварийных режимах. Разработана автоматическая система управления технологическим экспериментом по исследованию отказоустойчивого вентильно-индукторного электропривода. Рассчитаны различные виды затрат, проанализирован бюджет затрат на научно-исследовательскую работу, по итогам всего проекта хотелось бы отметить, что данный проект является весьма стабильным и устойчивым, имеет минимальное количество угроз. Так же на основе исследований хотелось бы отметить, что коммерческий и инновационный потенциал данного проекта высок. Проект обладает высокой степенью новизны и перспективностью.

Используемые источники
1. Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели - М.: Издательство МЭИ, 2003 - 70 с.
2. И.А Розаев, Однокопылов Г.И, «Моделирование вентильно-индукторного электроприво-да в аварийных режимах работы» // Известия ТПУ. - 2013 - Т. 323 - №. 4. - C. 138-143
3. R. Krishnan. Switched reluctance motor drives: modeling, simulation, analysis, design, and applica-tions. BocaRaton: CRCPress, 2001.
4. Odnokopylov G. I., Rozaev I. A. Formation of failure matrix and failure-free control algorithm for multi-sectioned Switched-reluctance drive (Article number 012035) // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2014 - Vol. 66 - №. 1. - p. 1-7
5. Irimia N.D., Simon A., Livadaru L., Vlasceanu S., Dabija O., Mihai A.M., Study of a 3 phase (6/4) switched reluctance motor control, Gheorghe Asachi Technical University of Iasi, 2011.
Information about the project
Surname Name
Rozayev Ivan
Project title
Study of fault-tolerant control algorithms of AC drive dangerous production facilities.
Summary of the project
It is necessary to use failure-free control of electric drives with ensuring fault tolerance properties in electric drives of industrial mechanisms of dangerous manufacturing (nuclear, military, chemistry or medicine). As known, the property of fault tolerance can be only in the systems with redundancy and one way of ensuring fault-tolerance property of electric drive in emergencies like failure one or more phases, is using the switched-reluctance motor (SRM) with partitioning the stator windings. It is a combination of multi-sectioned switched-reluctance motor and special control algorithms.
In this case, the redundancy is formed by the complex using of both the structural reserve of multi-sectioned electric motor and their functional backup. This functional features are based on the possibility of work on remaining operational phases of electric motor after some failures. To ensure the fault tolerance operation of SRD the motor should work under the half of their nominal capacity mode. The solution of issue ensuring failure-free control involves the real-time monitoring of technical drive status with creating appropriate failure bits in failure matrix under the open-phase operation mode with further full or partial operation recovery with using a special failure-free control algorithm.
Keywords
switched-reluctance motor drive, fault-tolerant control algorithm, functional recovery, open-phase mode, failure, loss of phase, emergency mode, redundancy.