Синтез ПІ- та ПІД-регуляторів у системах керування, отриманих методом лінеаризації зворотним зв’язком

2024;
: c. 120 – 130
https://doi.org/10.23939/jeecs2024.02.120
Надіслано: Жовтень 17, 2024
Переглянуто: Листопад 11, 2024
Прийнято: Листопад 27, 2024

A. Lozynskyy, L. Kasha, S. Pakizh, R. Sadovyi. Synthesis of PI- and PID-regulators in control systems derived by the feedback linearization method. Energy Engineering and Control Systems, 2024, Vol. 10, No. 2, pp. 120 – 130. https://doi.org/10.23939/jeecs2024.02.120

1
Національний університет «Львівська політехніка», Радомський університет ім. Казіміра Пуласкєго
2
Національний університет «Львівська політехніка»
3
Національний університет «Львівська політехніка»
4
Національний університет «Львівська політехніка»

В роботі запропоновано комплексний підхід до синтезу коефіцієнтів ПІ- та ПІД-регуляторів, а також коефіцієнтів зворотних зв’язків за змінними стану системи при застосуванні методу лінеаризації зворотним зв’язком для синтезу керуючих впливів. Цей підхід враховує не лише статичні, але й динамічні характеристики системи, що дозволяє досягти більш високої точності в управлінні. Метод лінеаризації зворотним зв’язком забезпечує перетворення нелінійних систем у лінійні, що спрощує їх подальший аналіз та проектування контролерів. Дослідження показує, що нова методологія синтезу коефіцієнтів регуляторів забезпечує покращену стабільність системи, знижує чутливість до зовнішніх впливів та зменшує час реагування системи на зміни в умовах експлуатації. Порівняння запропонованого підходу з класичним методом лінеаризації зворотним зв’язком демонструє значні переваги у адаптивності та точності. Зокрема, нова методологія дозволяє враховувати зміни в параметрах системи в реальному часі, що є критично важливим для складних автоматизованих процесів. На прикладі двомасової системи продемонстровано практичне застосування цього підходу для синтезу системи керування, що надає можливість досягти більшої точності в управлінні та зменшити енергетичні витрати. Результати експериментальних досліджень підтверджують ефективність запропонованої методології, вказуючи на її здатність забезпечувати стабільну роботу системи в умовах змінних навантажень і зовнішніх впливів. Аналіз показав, що новий підхід може бути використаний не лише в традиційних автоматизованих системах, але й в широкому спектрі застосувань, таких як робототехніка, промислова автоматизація та системи управління електричними приводами. Дане дослідження відкриває нові горизонти для подальшого розвитку адаптивних методів управління та може слугувати основою для майбутніх досліджень у цій галузі.

  1. Hassan K. Khalil, (2022) Nonlinear Systems. Prentice Hall, New York, 2002, 768 p.
  2. Isidori, A. (1995) Nonlinear control systems,  Springer-Verlag, pp. 550. https://doi.org/10.1007/978-1-84628-615-5
  3. Ortega, R., Garcı´a-Canseco, E. (2004) Interconnection and damping assignment passivity-based control: A survey, European J. of Control, Vol. 10(5), pp. 432-450. https://doi.org/10.3166/ejc.10.432-450
  4. Shchur, I., Rusek, A., & Biletskyi, Y. (2014). Energy-shaping optimal load control of PMSG in a stand-alone wind turbine as a port-controlled Hamiltonian system. Przegląd Elektrotechniczny (Electrical Review), 5, pp. 50-55.
  5. Lozynskyy, A., & Demkiv, L. (2016). Application of dynamic systems family for synthesis of fuzzy control for electromechanical systems. Advances in Electrical and Electronic Engineering, 14(5), pp. 543-550. https://doi.org/10.15598/aeee.v14i5.1717
  6. Lozynskyi, O. Yu., Lozynskyi, A. O., Paranchuk, Ya. S., Marushchak, Ya. Yu., & Tsapa, V. B. (2016). Methods for synthesizing optimal linear systems. Lviv Polytechnic Publishing House,  392 p. (in Ukrainian)
  7. Lascu, C., Jafarzadeh, S., Fadali, M. S., & Blaabjerg, F. (2017). Direct torque control with feedback linearization for induction motor drives. IEEE Transactions on Power Electronics, 32(3), pp.  2072-2080. https://doi.org/10.1109/TPEL.2016.2564943
  8. Choi, Y.-S., Choi, H. H., & Jung, J.-W. (2016). Feedback linearization direct torque control with reduced torque and flux ripples for IPMSM drives. IEEE Transactions on Power Electronics, 31(5), pp. pp. 3728-3737. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2460249
  9. Baltag, A., Livint, G., Belehuz, L., & Baciu, A. G. (2023). Application of feedback linearization method to wind turbines with PMSG for extracting maximum power from wind energy. In 2023 10th International Conference on Modern Power Systems (MPS), Cluj-Napoca, Romania, pp. 01-06. https://doi.org/10.1109/MPS58874.2023.10187595
  10. Lozynskyy, A., Lozynskyy, O., Marushchak, Ya., & Kasha, L. (2020). Synthesis of combine feedback control of electromechanical system by feedback linearization method. In IEEE Problems of Automated Electrodrive. Theory and Practice (PAEP) Kremenchuk, Ukraine,         pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/PAEP49887.2020.9240776
  11. Accetta, A., et al. (2019). Robust control for high performance induction motor drives based on partial state-feedback linearization. IEEE Transactions on Industry Applications, 55(1), pp. 490-503. https://doi.org/10.1109/TIA.2018.2869112
  12. Gastaldini, C. C., Vieira, R. P., Azzolin, R. Z., & Grndling, H. A. (2013). Feedback linearization control with sliding mode speed observer for three-phase induction machines. In 2013 Brazilian Power Electronics Conference,  Gramado, Brazil, pp. 345-349. https://doi.org/10.1109/COBEP.2013.6785138
  13. Morawiec, M., Strankowski, P., Lewicki, A., Guziński, J., & Wilczyński, F. (2020). Feedback control of multiphase induction machines with backstepping technique. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 67(6), pp. 4305-4314. https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2931236
  14. Boukas, T. K., & Habetler, T. G. (2004). High-performance induction motor speed control using exact feedback linearization with state and state derivative feedback. IEEE Transactions on Power Electronics, 19(4), pp. 1022-1028. https://doi.org/10.1109/TPEL.2004.830042
  15. Marushchak, Y. Yu., Lozynskyi, A. O., & Kushnir, A. P. (2011). Dynamics of two-mass systems for stabilization of modes in electric arc furnaces. Lviv Polytechnic Publishing House, 224 p. (in Ukrainian)