Оптимізація параметрів пі-регулятора струму дуги засобами компьютерного моделювання

Abstract

UK: Мета роботи. Сформувати комп'ютерну модель перетворювача, що працює на плазмову дугу, та визначити оптимальні значення коефіцієнтів ПІ-регулятора струму, що забезпечує оптимальне перемикання між режимами його роботи та високу якість процесів керування. При цьому використовувати програмні засоби MATLAB / Simulink. Методи дослідження. Метод комп'ютерного моделювання, метод поділу – оптимальної фільтрації та оптимального детермінованого керування та методи налаштування регуляторів. Отримані результати. Сформовано багаторівневу модель, визначено значення параметрів налаштування ПІ-регулятора струму, при якому в перетворювачі постійного струму спостерігається оптимальне перемикання між режимами його роботи та висока якість процесів керування. Аналітичні методи визначення параметрів PI-регулятора не дозволяють отримати оптимальні налаштування, оскільки базуються на сильно спрощених моделях, але їх застосування є необхідним для отримання попередніх налаштувань, без яких точне налаштування може зайняти багато часу. Встановлено, що оптимальний регулятор надає оптимальну протидію збуренням на вході та виході об'єкта та компенсує зміни параметрів аналогічним чином. Система має задовільний перехідний процес при ненульових початкових умовах у відповідь на заданий еталонний вплив і на зміну заданої точки, має хороші характеристики стійкості та мало чутлива до збурень та змін параметрів об'єкта. Наукова новизна. Запропоновано підхід до визначення безперервної лінійної моделі силового перетворювача електричної енергії та наведено оптимальний вибір параметрів налаштування регулятора його системи керування, що становлять основу побудови будь-якої системи електроживлення плазмотрона, при яких забезпечується задана точність регулювання та швидкодії. Практична цінність. Запропонований принцип вирішення задачі визначення коефіцієнтів ПІ-регуляторів може бути застосований для різних динамічних об'єктів, опис яких допустимо за допомогою лінійних та диференціальних рівнянь. Представлені в роботі результати можуть бути використані для проектування імпульсних джерел живлення для електротехнологій. EN: Purpose. To create a computer model of a plasma arc converter and determine the optimal values of the coefficients of the PI current regulator, which ensures optimal switching between its operating modes and high quality of control processes. In this case, use MATLAB / Simulink software tools Methodology. Computer simulation method, separation method – optimal filtering and optimal deterministic control and methods for adjusting regulators. Findings. A multilevel model was formed, the values of the PI current regulator tuning parameters were determined, at which the DC-DC converter observes optimal switching between its operating modes and high quality of control processes. Analytical methods for determining the PI regulator parameters do not allow obtaining optimal settings, since they are based on highly simplified models, but their use is necessary to obtain preliminary settings, without which accurate tuning can take a long time. It was established that the optimal regulator provides optimal resistance to disturbances at the input and output of the object and compensates for changes in parameters in a similar way. The system has a satisfactory transient process under non-zero initial conditions in response to a given reference influence and to a change in the set point, has good stability characteristics and is not very sensitive to disturbances and changes in the parameters of the object. Originality. An approach to determining a continuous linear model of a power converter of electrical energy is proposed and the optimal choice of parameters for setting the regulator of its control system is given, which form the basis for constructing any plasma torch power supply system, which ensures the specified accuracy of regulation and speed of operation. Practical value. The proposed principle of solving the problem of determining the coefficients of PI regulators can be applied to various dynamic objects, the description of which is permissible using linear and differential equations. The results presented in the work can be used for the design of pulsed power supplies for electrical technologies.