Анотація до роботи:

Лозинський А.О. Електромеханічні системи автоматизації технологічних об’єктів з інтелектуальним керуванням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.03 – електротехнічні комплекси та системи. – Національний університет “Львівська політехніка”, Львів, 2004.

Дисертацію присвячено створенню нових та розвитку існуючих методів синтезу інтелектуальних регуляторів електромеханічних систем автоматизації технологічних об’єктів, які забезпечують формування необхідних динамічних та статичних характеристик в умовах дії як детермінованих, так і випадкових збурень в різних режимах роботи за наявності значних нелінійностей та зміни параметрів, сформульовано умови стійкості систем із нечіткими регуляторами, побудованими на принципах підпорядкованого регулювання та керування за повним вектором стану.

Ефективність застосування розроблених в дисертації на основі теорії нечітких множин, теорії штучних нейронних мереж та генетичного алгоритму методів та підходів до синтезу регуляторів перевірено на вибраних характерних об’єктах, зокрема таких, як система стабілізації електричного режиму дугової сталеплавильної печі, система керування пресового дефібрера та електропривод змінного струму з прямим керуванням за моментом. Наведено результати, виконаних за допомогою розроблених математичних моделей та підтверджених при проведенні промислових випробувань, досліджень, що демонструють істотне покращення техніко-економічних показників функціонування таких об’єктів.

У дисертації наведене теоретичне узагальнення та нове вирішення науково-прикладної проблеми синтезу та аналізу інтелектуальних регуляторів електромеханічних систем автоматизації технологічних об’єктів, які перебувають під дією детермінованих та випадкових збурень, що дає змогу формувати динамічні характеристики координат регульованих систем а також розвиває методи проектування інтелектуальних регуляторів і методи аналізу стійкості систем з такими регуляторами.

Виконані в дисертаційній роботі дослідження дали змогу зробити такі висновки:

1. Застосування методів теорії нечітких множин, теорії штучних нейронних мереж та генетичного алгоритму для формування керуючих впливів, ставить нові задачі аналізу та синтезу в області електромеханічних систем, зокрема задачі ідентифікації координат для побудови інтелектуальних регуляторів; оптимізації їх параметрів та структури; забезпечення стійкості.

2. Метод параметричного синтезу систем керування на основі генетичного алгоритму не вимагає аналітично вираженого зв’язку між сформованим функціоналом якості та параметрами регулятора, а забезпечує розв’язання поставленої задачі за допомогою математичної моделі, представленої у вигляді алгоритму. Розроблений на основі зазначеного метод синтезу взаємозв’язаних систем для вибраних об’єктів дав такі результати:

зменшення дисперсії струмів дуг в середньому на 10% у порівнянні з традиційним підходом до синтезу електромеханічного контура регулювання електричного режиму ДСП ;

покращення динамічної точності компенсації реактивної потужності, що виражається у зменшенні дисперсії напруги мережі в середньому на 8.5% та дисперсії реактивної потужності в середньому на 10.5%.

3. Розроблений на основі методу генетичного алгоритму метод параметричного синтезу оптимальних систем керування об'єктами, що перебувають під дією випадкових збурень, забезпечує одночасне розв’язання оптимізаційної задачі і задачі забезпечення стійкості системи. Застосування цього методу до синтезу системи керування переміщення електродів дугової сталеплавильної печі забезпечує зменшення дисперсії вихідної координати до 29%, при зменшенні в середньому в 1.4 раза значення інтегрального критерію виду ISE у порівнянні з системою налагодженою згідно зі стандартною біноміальною формою.

4. Синтез корегуючого сигналу на основі теорії розривного керування забезпечує в паралельній нейроструктурі системи керування інваріантність системи щодо дії збурень та варіації параметрів об’єкта керування, а також спрощує як структуру застосованої нейронної мережі, так і процедуру синтезу системи, порівняно з використанням традиційних ПІ-регуляторів.

5. Застосування нейропредиктора на базі нейрона ADALINE в корегуючому контурі систем керування технологічним процесом дефібрування деревини забезпечує зменшення дисперсії регульованої координати (активної потужності) в кілька десятків разів.

6. Запропонований підхід формування частини правила якщо нечіткого регулятора Такагі-Сугено на основі похибки відпрацювання вихідної координати при синтезі електромеханічних систем забезпечує істотне спрощення структури регулятора та можливість гармонійного поєднання відомих в класичній теорії керування принципів синтезу регуляторів за повним вектором стану з набутками теорії нечітких множин. Синтезований таким чином регулятор, формує керуючий вплив, що оптимізує комбінований функціонал якості зі змінними ваговими коефіцієнтами. Застосування такого підходу до синтезу систем керування дозволило на 15-20% покращити традиційно вживані оцінки якості (IAE, ITAE) навіть при накладанні додаткових умов, зокрема недопустимості перерегулювання вихідної координати.

7. Застосування запропонованого способу ідентифікації режиму роботи такого електротехнологічного об’єкта, як дугова сталеплавильна піч, дало змогу синтезувати нечіткий регулятор на основі спрощеної бази правил, що адекватно реагує на зміну ситуації в керованому об’єкті, забезпечує реалізацію автономного керування і тим самим зменшує час перебування печі в неоптимальному режимі та покращує її техніко-економічні показники.

8. Запропонований підхід до синтезу нечіткого регулятора, згідно з яким для кожної з координат визначені області «допустимих відхилень» та «відхилень за допустимі межі" і для кожної з цих областей сформовані окремі функціонали якості з використанням функцій кари за недотримання накладених умов, дозволяє ефективно обмежувати проміжні координати в системах керування за повним вектором стану і забезпечує покращення динамічних характеристик у порівнянні з системами, побудованими на основі традиційних підходів. Так, при обмеженні проміжних координат на рівні, що відповідає налагодженню системи згідно зі стандартною біноміальною формою, забезпечується зменшення значення критерію якості IAE на 19.5%.

9. Запропонований підхід до синтезу нейро-фаззи регулятора, в якому застосовано поєднання кластерного аналізу даних, паралельного гібридного генетичного алгоритму та введення універсальної активаційної функції нейронів, дає змогу оптимально формувати кількість лінгвістичних змінних для кожного входу регулятора, продовжувати структурний синтез нечіткого регулятора і на етапі оптимізації його параметрів, і підвищує ефективність роботи пошукового алгоритму. Синтезований на основі запропонованого підходу регулятор у більшості випадків має простішу структуру у порівнянні з нечіткими регуляторами, синтезованими при використанні інших підходів, що особливо важливо при реалізації систем керування.

10. Застосування в системах керування переміщення електродів дугових сталеплавильних печей фаззи та нейро-фаззи регуляторів забезпечує підвищення точності відпрацювання заданого режиму (відносна похибка регулювання режимної координати у 2-3 рази менша), зменшення перерегулювань (у 3-7 раз) та зниження коливності проміжних координат системи у порівнянні з традиційною системою керування, за умови дотримання однакової швидкодії порівнюваних систем.

11. Розроблений метод фаззи-розривного керування в системах керованого електроприводу змінного струму, побудованих на принципах прямого керування моментом, забезпечує підвищення точності відпрацювання заданого значення моменту, зменшення пульсацій електромагнітного момента асинхронного двигуна у порівнянні з класичною схемою DTC.

12. Сформульовані умови стійкості систем з нечіткими регуляторами, побудованими на принципах керування за повним вектором стану та підпорядкованого керування, разом з відомими умовами стійкості систем з фаззи – розривним керування та max методом дефазифікації забезпечують можливість аналізу стійкості в подібних електромеханічних системах.

13. Запропонований нечіткий регулятор в структурі двоконтурної систем керування електричним режимом дугових сталеплавильних печей за рахунок врахуванням взаємовпливів паралельних різнотемпових контурів регулювання дає змогу покращити динамічну та статичну точність стабілізації координат електричного режиму та зменшити на 5-12% їх дисперсію.

14. Розроблені в дисертації методи, способи та підходи до синтезу та аналізу інтелектуальних регуляторів електромеханічних систем перевірені на вибраних, характерних об’єктах, що є практичним свідченням їх універсальності в сенсі застосування для широкого класу таких об’єктів.

Таким чином, виконані в дисертаційній роботі дослідження є подальшим розвитком теорії інтелектуального керування, зокрема в електромеханічних системах автоматизації технологічних об’єктів з детермінованими та випадковими характерами процесів, що дають змогу забезпечити суттєве покращення техніко-економічних показників функціонування таких об’єктів.

Публікації автора:

1. Лозинський А. Синтез нейро-фаззи регулятора системи переміщення електродів дугової сталеплавильної печі // “Технічна електродинаміка”. Тематичний випуск «Проблеми сучасної електротехніки 2002». –2002. - Ч.6. - С. 61-66.

2. Лозинський А.О. Аналіз стійкості та синтез нелінійних систем автоматичного керування електротехнічних об'єктів з нечіткими ПІ-регуляторами // Міжв. наук.-техн. збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". - Київ: Техніка, 2003. - Bип. 60. – С. 79-88.

3. Лозинський А. Синтез системи керування нелінійним об'єктом // Респ. міжв. наук.-техн. збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". - Київ: Техніка, 2002. - Bип. 59. – С.3-10.

4. Лозинський А. Критерії стійкості систем з нечіткими регуляторами // Вісн. НТУ “ХПІ” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. –2003. -Вип.10, Т.2. -С. 510 - 511.

5. Лозинський А. Формування керуючих впливів електромеханічних систем на основі принципів нечіткої логіки // "Радіоелектроніка, інформатика, управління". – 2000. -№ 1. - С. 156-161.

6. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Параметричний синтез електромеханічного контура двоконтурної САР електричного режиму дугової печі з адаптацією до зовнішніх характеристик // Вісник СНУ ім. В. Даля. Науковий журнал. –2003. - № 6(64). – С. 138-145.

7. О. Лозинский, Я. Марущак, А. Лозинский. Некоторые аспекты формирования управляющих воздействий в электромеханических системах // Электротехника. – 1999. - №5. – С. 52-56.

8. Лозинський A. Застосування штучних нейронних мереж в сучасних керованих електромеханічних системах // "Інформаційні технології і системи". – 2001. - Т. 4, № 1-2. - С.35-43.

9. Лозинський А. Реалізація принципу інваріантності в комбінованих САК за допомогою штучних нейронних мереж // Міжв. наук.-техн. збірник "Електромашинобудування та електрообладнання". - Київ: Техніка, 2001. - Bип. 56. – С.16-21.

10. Лозинський А. Застосування нейрональних регуляторів в системах керування за збуреннями // Праці 5-ої Укр. конф. з автомат. управління “Автоматика - 98”. - Київ, 1998. - Ч. 3. - С. 172-176.

11. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Оптимізація системи регулювання струмів дуг ДСП на основі принципів нечіткої логіки // "Автоматика –2000" МК з автоматичного управління. Праці в 7-ми томах. - Львів, 2000. -Т. 4. - С. 67-72.

12. Лозинський А.О. Застосування fuzzy logic регулятора в системах керування за повним вектором стану // Вісник ХДПУ “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. Спец. вип. - Харків, 1998. – C. 388-389.

13. Лозинський А. Принцип формування динамічних характеристик електромеханічних систем // Вісн. ХДПУ “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. -1999. -Вип.61. – С. 57.

14. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Адаптивна система автоматичного регулювання електроприводу переміщення електродів дугової сталеплавильної печі // Вісник ХДПУ “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. – 2000. - Вип. 113. - С. 215-216.

15. Лозинський А. Пряме покоординатне керування електроприводом змінного струму на базі асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором // Вісник НТУ”ХПІ” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. – 2001. - Вип. 10. - С. 22-25.

16. Лозинський А. Зменшення пульсацій електромагнітного моменту асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором в системах прямого керування за моментом // Вісник НТУ”ХПІ” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. – 2002. - Вип. 12, Т.1. - С.48-50

17. Лозинський А. Синтез систем автоматичного керування з заданими динамічними властивостями // Збір. наук. праць КДПУ "Проблеми створення нових машин і технологій". - 2001. - Bип. 1. - С.93-96.

18. Лозинський А.О., Паранчук Я.С., Щербовських С. Багатофункціональна система керування режимами електротехнологічного комплексу “дугова сталеплавильна піч – електропостачальна мережа” // Збірник “Труды Одесского политехнического института”. – 2001. - № 3(15). - С. 70-73.

19. Лозинський А.О., Паранчук Я.С., Гайдучок Ю.Р. Розрахунок оптимальних уставок регулятора потужності ДСП методом генетичного алгоритму // Збірник “Труды Одесского политехнического института”. –2001. -№ 4(16). - С. 67-69.

20. A. Lozynskyy. Synthesis by genetic algorithm method of automatic control system of object with stochastic disturbances // Przegland Electrotechniczny. – 2003. - No 10. Spec. Issue. – P. 757-760.

21. Лозинський А. Cпосіб визначення кута зсуву між фазами для трифазної системи величин // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. –1997. -№301. – С. 137-138.

22. Плахтина О., Лозинський А., Куцик А. Дослідження нормальних та аварійних режимів роботи електропривода за схемою "тиристорний регулятор напруги – асинхронний двигун" методом комп'ютерного симулювання // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. – 1997. - №334. – С. 89-93.

23. Лозинський А. Система керування переміщенням електродів дугової сталеплавильної печі з fuzzy logic регулятором // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. –1997. - №340. – С. 62-68.

24. Лозинський О., Марущак Я., Мазепа С., Лозинський А. Моделювання САР переміщення електродів дугових сталеплавильних печей з керуванням за повним вектором стану//Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. –1997. - №340. – C. 56-62.

25. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О. Мінімізація методом генетичного алгоритму функціоналу якості при керуванні за складовими повного вектора стану системи // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. – 1998. - №347. - C.47-53.

26. Лозинський А. Застосування нейрокоректора для підвищення точності функціонування керованого електроприводу, що перебуває під дією випадкових збурень // Вісник ДУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. – 1998. - №347. - C. 42-47.

27. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О. Оптимізація динамічних режимів взаємозалежних електромеханічних систем // Вісник НУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. – 2001. - №421. - C. 98-103.

28. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Костинюк Л.Д. Керування процесами в дугових сталеплавильних печах з адаптацією до режиму великих збурень // Вісник НУ “Львівська політехніка” “Електроенергетичні та електромеханічні системи”. – 2001. - №435. - C. 112-118.

29. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Оптимізація режимів компенсації реактивної потужності ДСП з використанням методу генетичного алгоритму // Теоретична електротехніка. – 2002. - Вип. 56. - С.81-86.

30. Лозинський О., Марущак Я., Лозинський А. Математична модель системи переміщення електродів дугової сталеплавильної печі з врахуванням кіл живлення дуг // “Технічна електродинаміка”, Спец. випуск. - 1998. – С. 173-179.

31. Lozynskyy A.O., Smetana I.V., Klytta M., Garbrecht F.-W. Identification of induction cage motor flux using state variables // Вісник НТУ”ХПІ” “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. – 2002. - Вип. 12. Т.1. - С. 121-123.

32. Лозинський А.О., Маляр А.В. Стабілізація вихідної координати механізмів, що перебувають під дією випадкових збурень//Вісн. ХДПУ “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория та практика”. Спец. випуск. – Алушта, 1998. - С. 268-269.

33. Паранчук Я., Лозинський А. Стохастична модель дуг дугової сталеплавильної печі // Вісник ХДПУ “Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика”. Спец. випуск. -1998. – С. 189-189.

34. Марущак Я., Лозинський А., Костинюк Л. Забезпечення раціонального режиму роботи дугових сталеплавильних печей // Матеріали 2-ої Міжнародної конференції з керування використанням енергії. - Львів, 1997. – С. 3.1-3.3.

35. Lozynskyy A.O., Smetana I.V., Klytta M., Garbrecht F.-W. The harmonical analysis of induction motor phase currents in direct torque control and fuzzy sliding mode control systems // Proc. of 3rd International Workshop "Compatibility in Power Electronics” CPE-03. - Gdaсsk - Zielona Gуra (Poland). - P. 122-126 (Full paper version on CD).

36. Плахтына Е., Боровски Р., Ягела К., Лозинский А. Математическая модель в фазных кординатах асинхронного электропривода с преобразователем DTC // Proc. of UEES'99. - St. Peterburg (Russia), 1999. -Szczecin: Technical University Press, 1999. - Vol. 3. – P. 1383 –1388.

37. Лозинський А.О., Паранчук Я.С. Застосування регуляторів, побудованих на основі правил нечіткої логіки, у системах зі змінними параметрами. Доповіді спільної українсько-польської школи-семінару "Актуальні проблеми теоретичної електротехніки: наука і дидактика". – Алушта, 2000. - С. 93-94.

38. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О., Паранчук Р.Я. Статичний тиристорний компенсатор реактивної потужності для трифазних мереж // Патент України № 40301А на винахід від 18.06. 2001. Опубл. в ПВ №6, 2001.

39. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О., Паранчук Р.Я. Статичне регульоване джерело реактивної потужності для трифазних мереж // Патент України № 52813 на винахід. Опубл. 15.01.2003 в ПВ № 1, 2003.

40. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О., Паранчук Р.Я. Пристрій для регулювання електричного режиму дугової багатофазної печі // Патент України 53074А на винахід. Опубл. 15.01.2003 в бюлетені ПВ № 1, 2003.

41. Лозинський О.Ю., Паранчук Я.С., Лозинський А.О., Марущак Я.Ю., Паранчук Р.Я. Пристрій для регулювання потужності трифазної дугової електропечі // Патент України № 50160А на винахід від 15.10. 2002. Опубл. в ПВ №10, 2002.