1. SEPES
  2. Всі випуски
  3. Випуск 7, Номер 1, 2025
  4. Розробка моделі та структурно-параметричий синтез регулятора швидкості дробового порядку системи ПЧ-АД

Розробка моделі та структурно-параметричий синтез регулятора швидкості дробового порядку системи ПЧ-АД

SEPES.
2025;
Випуск 7, Номер 1
: сс. 28 - 38
https://doi.org/10.23939/sepes2025.01.028
Автори:
  1. Богдан Копчак
  2. Андрій Мандюк
  3. Андрій Кушнір
  4. Віра Оксенюк
  5. Юрій Бобечко
  6. Андрій Кушка
1
Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра електромехатроніки та комп’ютеризованих електромеханічних систем
2
Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра електромехатроніки та комп’ютеризованих електромеханічних систем
3
Львівський державний університет безпеки життєдіяльності Кафедра наглядово-профілактичної діяльності та пожежної автоматики
4
Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра систем автоматизованого проектування
5
Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра електромехатроніки та комп’ютеризованих електромеханічних систем
6
Національний університет «Львівська політехніка» Кафедра електромехатроніки та комп’ютеризованих електромеханічних систем

В сучасній промисловості найбільш широко застосовуються регульовані електр- оприводи системи «Перетворювач частоти – асинхронний двигун» (ПЧ-АД), в яких в основному реалізовані та застосовуються регулятори цілого порядку. Застосування в електромеханічних системах ПЧ-АД регуляторів дробового порядку дозволяє забез- печити: вищу якість перехідних процесів, підвищити запас стійкості та надійність роботи системи, вищу робастність до зміни параметрів двигуна і, як результат, гарантує вищу продуктивність порівняно з класичними цілочисельними регуляторами.
В роботі розроблена лінеаризована модель електроприводу ПЧ-АД зі скалярним керуванням та з від’ємним зворотним зв’язком за швидкістю, розраховані її параметри для конкретного електроприводу та шляхом моделювання підтверджена її точність.
В статті розроблено новий підхід для визначення структури і параметрів регулятора швидкості електроприводу ПЧ-АД на основі застосування відповідної бажаної форми дробового порядку. Здійснено розрахунок дробових та цілочисельних регуляторів швид- кості відповідно до заданих параметрів часу наростання та перерегулювання швидкості двигуна.
Розроблена методика структурно-параметричного синтезу регуляторів дробового порядку дає можливість створення нових та модернізації існуючих промислових електроприводів ПЧ-АД на основі регуляторів дробового порядку та застосовування її в інженерних розрахунках.

електропривод
перетворювач частоти
асинхронний двигун
синтез
регулятор дробового порядку
бажана форма дробового порядку
  1. El-Shahat A. Induction Motors – Recent Advances New Perspectives and Applications. – IntechOpen, 2023.
  2. Bahrami-Fard M., Chen T., Winchell E. A., Fahimi B. Integrated induction motor drive for variable speed industrial applications // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2025. – DOI: 10.1109/TPEL.2025.3532880.
  3. Graciola C. L., Goedtel A., Angelico B. A. Energy efficiency optimization strategy for scalar control of three- phase induction motors // Journal of Control Automation and Electrical Systems. – 2022. – Vol. 33. – P. 1032– 1043.
  4. Kopchak B. Development of fractional order differential-integral controller by using Oustaloup transformation // Proc. XII Int. Conf. Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). – Lviv, Ukraine, 2016. – P. 62–65. – DOI: 10.1109/MEMSTECH.2016.7507521.
  5. Marushchak Y., Mazur D., Kwiatkowski B., Kopchak B., Kwater T., Koryl M. Approximation of fractional order PIλDμ-controller transfer function using chain fractions // Energies. – 2022. – Vol. 15, Iss. 13. – P. 1–12. – DOI: https://doi.org/10.3390/en15134902
  6. Adigintla S., Aware M. V. Design and analysis of a speed controller for fractional-order-modeled voltage-source- inverter-fed induction motor drive // International Journal of Circuit Theory and Applications. – 2022. – Vol. 50, No. 7. – P. 2378–2397.
  7. Trivedi R., Padhy P. K. Design of indirect fractional order IMC controller for fractional order processes // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. – 2021. – Vol. 68, No. 3. – P. 968–972.
  8. Khurram A., Rehman H., Mukhopadhyay S., Ali D. Comparative analysis of integer order and fractional order proportional integral speed controllers for induction motor drive systems // Journal of Power Electronics. – 2018.– Vol. 18, No. 3. – P. 723–735.
  9. Adigintla S., Aware M. V. Robust fractional order speed controllers for induction motor under parameter variations and low speed operating regions // IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs. – 2023. – Vol. 70, No. 3. – P. 1119–1123.
  10. Bingi K., Kulkarni R. R., Mantri R. Design and analysis of complex fractional-order PID controllers // Proc. IEEE Madras Sect. Conf. – 2021. – P. 1–6.
  11. Sathishkumar P., Selvaganesan N. Fractional controller tuning expressions for a universal plant structure // IEEE Control Systems Letters. – 2018. – Vol. 2, No. 3. – P. 345–350.
  12. Nemouchi B., Rezgui S. E., Benalla H., Nebti K. Adaptive fractional PI controller for speed  control of asynchronous motor // Proc. Int. Conf. Advances in Electronics, Control and Communication Systems (ICAECCS). – Blida, Algeria, 2023. – P. 1–5. – DOI: 10.1109/ICAECCS56710.2023.10104802.
  13. Malhotra R., Singh N., Singh Y. Genetic algorithms: concepts, design for optimization of process controllers // Computer and Information Science. – 2011. – Vol. 4, No. 2. – P. 39–54.
  14. Kulikov A., Kaverin V., Ardabili S., Mosavi A., Nabipour N., Kalinin A. Machine learning modeling and simulation of asynchronous electric drive // Proc. IEEE 6th Int. Symp. on Logistics and Industrial Informatics (LINDI). – 2024. – P. 95–102. – DOI: 10.1109/LINDI63813.2024.10820415.
  15. Leuzzi R., Lino P., Maione G., Stasi S., Padula F., Visioli A. Combined fractional feedback-feedforward controller design for electrical drives // Proc. Int. Conf. on Fractional Differentiation and Its Applications (ICFDA). – Catania, Italy, 2014.
  16. Ahuja A., Tandon B. Design of fractional order PID controller for DC motor using genetic algorithm // TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering. – 2014. – Vol. 12, No. 12. – P. 8140–8151.
  17. Bendjedia M., Tehrani K., Azzouz Y. Design of RST and fractional order PID controllers for an induction motor drive for electric vehicle application // Proc. 7th IET Int. Conf. Power Electronics, Machines and Drives (PEMD).– Manchester, UK, 2014.
  18. Saleem A., Soliman H., Al-Ratrout S., Mesbah M. Design of a fractional order PID controller with application to an induction motor drive // Turkish Journal of Electrical Engineering and Computer Sciences. – 2018. – Vol. 26.– P. 2768–2778.
  19. Zhao H., Deng W., Yang X., Li X., Dong C. An optimized fractional order PID controller for suppressing vibration of AC motor // Journal of Vibroengineering. – 2016. – Vol. 18, No. 4. – P. 2205–2220.
  20. Thammarat C., Puangdownreong D. Design of fractional order PID controller for induction motor speed control system by cuckoo search // International Journal of Circuits, Systems and Signal Processing. – 2019. – Vol. 13. – P. 92–96.
  21. Kopchak B., Kopchak M. Application of fractional order transfer function with zero and pole in approximation of electromechanical systems high order objects // Proc. XIV Int. Conf. Perspective Technologies and Methods in MEMS Design (MEMSTECH). – Lviv, Ukraine, 2018. – P. 23–27. – DOI: 10.1109/MEMSTECH.2018.8365694.
  22. Kopchak B. Synthesis of automatic control systems by a particle swarm optimization method using Butterworth fractional standard forms // Proc. 16th Int. Conf. Computational Problems of Electrical Engineering (CPEE). – Lviv, Ukraine, Sept. 2015. – P. 78–80. – DOI: 10.1109/CPEE.2015.7333342.