OPTIMIZATION OF MECHATRONIC MODULE CONTROL SUBSYSTEM BASED ON THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-136-1-103-109Keywords:
mechatronic module, optimization, three-phase induction motorAbstract
For mechatronic modules used in industrial robots and mobile vehicles, the problem of optimizing parameters in order to ensure minimum energy losses at given dynamic characteristics is urgent. It is advisable to use three-phase asynchronous motors in mechatronic modules as having a number of advantages. In particular, a smaller moment of inertia of the rotor creates prerequisites for obtaining better dynamic properties than when used in other types of motors.
This article provides a solution to the problem of optimizing the control part of a mechatronic module with a three-phase asynchronous motor. It is based on the use of a linear mathematical model of the second order, obtained by linearizing the mechanical characteristic of the motor, and a quadratic optimization criterion. The model linearization is justified and confirmed by simulation results. The state variables for the module are the rotational angle of the output shaft and the angular velocity of the motor.
The optimization problem is solved analytically. As a result, analytical dependencies were obtained to calculate optimal feedback coefficients for the angle of rotation of the output shaft and the angular velocity of the electric motor. These dependencies can be used in engineering calculations. It was found that the coefficient of feedback on the angle of rotation of the output shaft is determined only by the elements of the matrices of the optimization criterion, which allows one of the elements to be selected arbitrarily. The speed feedback factor also depends on the engine parameters. Using a mathematical model, the effect of optimization criterion matrices on the quality of response curve and energy loss was investigated. Recommendations on selection of these matrices at designing of optimal drives are offered.
References
Жавнер, В. Л. Мехатронные системы: учеб. пособие / В. Л. Жавнер, А. Б. Смирнов. – СПб. : Изд-во Политехн. ун-та, 2011. – 131 с.
Подураев, Ю. В. Мехатроника: основы, методы, применение: учеб. пособие для студентов вузов. – 2-е изд., стер. / Ю. В. Подураев. – М. : Машиностроение, 2007. – 256 с.
Егоров, О. Д. Конструирование мехатронных модулей: учебник / О. Д. Егоров, Ю. В. Подураев. – М. : МГТУ «СТАНКИН», 2004. – 360 с.
Проектирование мехатронного модуля с использованием асинхронного двигателя и шарико-винтовой передачи // Научные Статьи.Ру. – URL: https://nauchniestati.ru (дата обращения: 24.02.2024).
Герман-Галкин, С. Г. Модельное проектирование электромеханических мехатронных модулей движения в среде SimInTech / С. Г. Герман-Галкин, Б. А. Карташов, С. Н. Литвинов. – М. : ДМК Пресс, 2021. – 494 с.
Поляков, А. Н. Проектирование мехатронных модулей станков с ЧПУ : учебное пособие / А. Н. Поляков. – Оренбург : ОГУ, 2019. – 128 с.
Родичев, А. Ю. Проектирование мехатронных и робототехнических систем : учебное пособие / А. Ю. Родичев, Р. Н. Поляков, А. В. Горин. – Орел : ОГУ имени И.С. Тургенева, 2023. – 271 с.
Волкова, М. А. Приводы мехатронных и робототехнических систем : методические рекомендации / М. А. Волкова. – М. : РТУ МИРЭА, 2024. – 19 с.
Романов, А. М. Программное обеспечение мехатронных и робототехнических систем : учебно-методическое пособие / А. М. Романов, М. А. Волкова. – М. : РТУ МИРЭА, 2019. – 68 с.
Волков, А. Н. Выбор энергосберегающих законов движения мехатронных приводов технологических машин / А. Н. Волков, О. Н. Мацко, А. В. Мосалова // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. –2018. – № 4. – С. 141–149.
Синтез оптимальных по критерию энергосбережения алгоритмов работы приводов роботов и технологических машин: учеб. пособие / А. Н. Волков, А. А. Корнилова, О. Н. Мацко, А. В. Козлович. – СПб. : ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2023. – 80 с.
Фираго, Б. И. Регулируемые электроприводы переменного тока / Б. И. Фираго, Л. Б. Павлячик. – Минск : Техноперспектива, 2006. – 363 с.
Шрейнер, Р. Т. Математическое моделирование электроприводов постоянного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты / Р. Т. Шрейнер. – Екатеринбург : УРО РАН, 2000. – 654 с.
Оптимизация привода постоянного тока с регулируемой скоростью / О. Н. Прокопеня, Л. И. Вабищевич, А. В. Францевич [и др.] // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2023. – № 2. – С. 93–96.
Супрунчук, П. Д. Оптимальный электропривод постоянного тока / П. Д. Супрунчук, О. Н. Прокопеня, О. Г. Прожижко // Новые технологии и материалы, автоматизация производства : сборник статей / Брестский государственный технический университет – Брест : Издательство БрГТУ, 2021. – С. 20–25.
Оптимизация позиционного привода постоянного тока / О. Н. Прокопеня, Л. И. Вабищевич, О. Г. Прожижко, А. С. Лапука // Вестник Брестского государственного технического университета. – 2024. – № 2. – С. 79–83.
Солодовников, В. В. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В. В. Солодовников, В. Н. Плотников, А. В. Яковлев. – М. : Машиностроение, 1985. – 536 с.
Иванов-Смоленский, А. В. Электрические машины: учебник для вузов / А. В. Иванов-Смоленский. – М. : Энергия, 1980. – 928 с.
Вольдек, А. И. Электрические машины. Машины переменного тока: учебник для вузов / А. И. Вольдек, В. В. Попов. – СПб. : Питер, 2008. – 350 с.
Филлипс, Ч. Системы управления с обратной связью / Ч. Филлипс, Р. Харбор. – М. : Лаборатория базовых знаний, 2001. – 616 с.
Асинхронные двигатели серии 4А: справочник / А. Э. Кравчик, М. М. Шлаф, В. И. Афонин, Е. А. Соболенская. – М. : Энергоиздат, 1982. – 504 с.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
The work is provided under the terms of Creative Commons public license Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0). This license allows an unlimited number of persons to reproduce and share the Licensed Material in all media and formats. Any use of the Licensed Material shall contain an identification of its Creator(s) and must be for non-commercial purposes only. Users may not prevent other individuals from taking any actions allowed by the license.
