Особливості синтезу редукованих пристроїв спостереження стану для електроприводів постійного струму з модальним керуванням
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6761-2026-1-2Ключові слова:
електропривод постійного струму, модальне керування, пристрій спостереження стану, редукований спостерігач, простір станів, розміщення полюсів, перехідні процеси, стійкість системи, нелінійність, синтезАнотація
Мета роботи Розробка та обґрунтування методики синтезу редукованих пристроїв спостереження стану для електроприводів постійного струму з модальним керуванням, а також аналіз їх впливу на динамічні властивості, стійкість і показники якості перехідних процесів електромеханічних систем.
Методи дослідження. У роботі використано методи теорії автоматичного керування та теорії простору станів, зокрема методи модального синтезу та розміщення полюсів. Для побудови редукованого пристрою спостереження застосовано аналітичні методи лінійної алгебри та матричного аналізу. Дослідження динамічних властивостей електромеханічної системи виконано з використанням методів математичного моделювання та імітаційного експерименту в програмному середовищі MATLAB. Оцінювання якості перехідних процесів здійснювалося на основі аналізу часових характеристик та показників стійкості системи керування.
Отримані результати. Розроблено математичні моделі повного та редукованого пристроїв спостереження стану в просторі станів і запропоновано алгоритм синтезу редукованого спостерігача, який забезпечує відновлення лише невимірюваних змінних стану електроприводу. Показано, що вибір швидкодії редукованого пристрою спостереження, яка перевищує швидкодію об’єкта керування, гарантує збіжність оцінок і коректну роботу системи модального керування. На прикладі електроприводів другого та четвертого порядків доведено можливість відновлення інтегральної складової ПІ-регулятора та моменту навантаження без використання додаткових датчиків. Результати моделювання засвідчили, що в системах низького порядку застосування редукованого спостерігача може призводити до незначного зростання перерегулювання і тривалості перехідних процесів, тоді як у системах вищого порядку його вплив на динамічні показники є мінімальним.
Наукова новизна. У роботі вперше обґрунтовано застосування типових нормованих рівнянь модульного оптимуму для синтезу редукованих пристроїв спостереження в системах електроприводів постійного струму з модальним керуванням, а також встановлено залежність впливу редукованого спостерігача на динаміку системи від її порядку.
Практична цінність. Отримані результати можуть бути використані при проєктуванні систем керування електроприводами з обмеженими сенсорними можливостями, дозволяючи зменшити структурну та апаратну складність системи, підвищити її надійність і спростити практичну реалізацію без істотного погіршення показників якості керування.
Посилання
Luenberger, D.G. (1964). Observing the state of a line-ar system. IEEE Transactions on Automatic Control, 9, 2, 74–80. https://doi.org/10.1109/TAC.1964.1105342
Nechak, L. (2024). Reduced order state observer via centre manifold and sliding-mode theories. Proceed-ings of the 2024 European Control Conference (ECC), 2831–2836. DOI: 10.23919/ECC64448.2024.10591214
Darouach, M., Zasadzinski, M., Hayar, M. (1996). Reduced-order observer design for descriptor systems with unknown inputs. IEEE Transactions on Auto-matic Control, 41, 8, 1068–1072.
Tolochko, O.I., Piskovatska, O.V., Kudokotsev, S.M. (2012). Systemy nepriamoho rehuliuvannia shvydkosti zi sposterezhachamy stanu [Indirect speed control systems with state observers]. Scien-tific works of Donetsk National Technical Universi-ty. Series: Electrical Engineering and Power Engi-neering, 67, 168–173. (in Ukrainian)
Stopkin, V., et al. (2021). Problems of constructing asynchronous electric drives with state observers. In-formation technologies in metallurgy and mechani-cal engineering: International scientific and tech-nical conference, 197–201.
Kuczmann, M. (2024). Review of DC motor modeling and linear control: theory with laboratory tests. Elec-tronics, 13, 11, 2225. DOI: 10.3390/electronics13112225
Verbanac, N., et al. (2024). Reduced-order observer-based position control of a magnetic-geared servo drive. Actuators, 13, 1, 6–11.
Powell, G.F., Powell, J.D. (2015). Feedback control of dynamic systems. Boston: Pearson, 728.
Coronado-Andrade, A., Alvarez-Icaza, L. (2023). Load torque observer for BLDC motors based on a HOSM differentiator. Machines, 11, 12, 1065. DOI: 10.3390/machines11121065
Zhu, Y., Yu, J., Tang, Y. (2025). A nonlinear extend-ed state observer-based load torque estimation method for wind turbine generators. Engineering, 6, 10, 264–270.
Franklin, G.F., Powell, J.D. (2004). Automatic control systems. Analysis and synthesis in state space. New York: Wiley, 640.
Åström, K.J., Murray, R.M. (2008). Feedback sys-tems: an introduction for scientists and engineers. Princeton: Princeton University Press, 396.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 O.S. Sadovoy, A.A. Stavynskyy, A.Yu. Rudenko, R.A. Stavynskyy, A.P. Gurov, O.G. Vasiliev
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
