ОПТИМИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПОДСИСТЕМЫ МЕХАТРОННОГО МОДУЛЯ НА ОСНОВЕ ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
DOI:
https://doi.org/10.36773/1818-1112-2025-136-1-103-109Ключевые слова:
мехатронный модуль, оптимизация, трехфазный асинхронный электродвигательАннотация
Для мехатронных модулей, используемых в составе промышленных роботов и мобильных транспортных средств, является актуальной проблема оптимизации параметров с целью обеспечения минимальных потерь энергии при заданных динамических характеристиках. Целесообразным является использование в мехатронных модулях трехфазных асинхронных электродвигателей, как обладающих рядом преимуществ. В частности, меньший момент инерции ротора создает предпосылки для получения лучших динамических свойств, чем при использовании в других типов двигателей.
В данной статье предлагается решение задачи оптимизации управляющей части мехатронного модуля с трехфазным асинхронным электродвигателем. Оно основано на использовании линейной математической модели второго порядка, полученной путем линеаризации механической характеристики двигателя, и квадратичного критерия оптимизации. Допустимость линеаризации модели обоснована и подтверждена результатами моделирования. Переменными состояния для рассматриваемого модуля являются угол поворота выходного вала и угловая скорость электродвигателя.
Задача оптимизации решена аналитически. В результате получены аналитические зависимости для расчета оптимальных коэффициентов обратной связи по углу поворота выходного вала и угловой скорости электродвигателя. Данные зависимости могут использоваться в инженерных расчетах. Установлено, что коэффициент обратной связи по углу поворота выходного вала определяется только элементами матриц критерия оптимизации, что позволяет один из элементов выбирать произвольно. Коэффициент обратной связи по скорости зависит также от параметров двигателя. С помощью математической модели исследовано влияние матриц критерия оптимизации на качество переходных процессов и потери энергии. Предложены рекомендации по выбору данных матриц при проектировании оптимальных приводов.
Библиографические ссылки
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.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Авторы предоставляют материалы на условиях лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. Пользователи не вправе препятствовать другим лицам выполнять действия, разрешенные лицензией.
